■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	천연염색 - 매염제의 종류			실험 원리	천연염색과 매염제에 따른 색변화
실험 시간	70분	실험 분야	화학	실험 방법	4인 1조, 조별실험
세트구성물	면손수건(50cm * 50cm) 4장, 소목, 백반, 염화제일철, 초산동, 거름망
교사준비물	비커 큰 것 1개, 비커 3개, 가열기구, 유리막대, 넓은 접시나 그릇(해부접시) 4개			학생준비물	유성펜, 비닐장갑, 앞치마(헌옷)
실험 결과	염색된 손수건 1매를 가져갈 수 있습니다.
실험팁	TIP 1. 비닐장갑과 앞치마(헌옷)를 반드시 착용하도록 지도하십시오. TIP 2. 염색과정(염액에 담그기 → 매염액에 담그기)를 여러 번 반복할수록 염색이 선명하게 됩니다. 진하게 할수록 매염제에 따른 색의 구분이 더 잘 됩니다. TIP 3. 각 매염액에 담근 손수건이 다른 매염액에 묻거나, 다른 염액에 묻으면 얼룩이 집니다. 반드시 라벨을 하도록 하세요. TIP 4. 천연염색한 손수건은 물이 빠집니다. 단독세탁하세요. TIP 5. 처음 말리고 나서 다리미로 물을 뿌려 다려주시면 물 빠짐이 조금 줄어들며, 색도 이쁘게 나옵니다.

[천연 염색]

옛날에는 피부병이 발생하면 천연염색의 옷을 입었고, 선진국에서는 무좀 및 아토피성 피부병 환자용으로 천연염색 옷이 개발되어 팔리고 있다. 그러나 식물, 동물, 미네랄 등의 천연염료에 의한 염색은 색이 쉽게 없어지는 성질이 있기 때문에 대부분의 천연염색은 색깔을 오래 유지하기 위해서 매염제를 사용해야 한다. 매염단계에서는 섬유에 금속 매염액 (일반적으로 알루미늄염, 크롬염, 구리염, 철염, 주석염 등) 을 처리해주고 염색을 하는데, 이러한 금속이온들은 섬유와 염료와의 강한 결합을 형성하여 색을 유지시켜 준다.

실험에 사용한 매염제

알루미늄염 : 백반(aluminum  amonium sulphate ; AlNH4(SO4)2 ) : 적색 계열로 발색

철염 : 염화제일철(ferric chloride; FeCl2) : 자색 계열

구리염 : 초산동(copper acetate; (CH3COO)2Cu) : 적자색 계열

매염제의 역할은 크게 다음의 세가지가 있다.

1. 흡착 : 섬유에 염료를 붙이는 역할

2. 고착 : 섬유에 붙은 염료가 떨어지지 않게 하는 역할

3. 발색 : 색이 나게 하는 역할

발색 과정은 색소와 매염제의 화학 반응으로 섬유에 미리 금속 산화물을 침투시킨 다음 염액에 담그면 금속 착화합물이 생성됨으로써 이루어진다. 일반적으로 식물을 끓여서 얻어진 염액에서는 여러 종류의 색소가 섞여있기 때문에 식물 염료를 복합색소라고 한다. 그러므로 동일한 염액을 나누어서 각각 다른 매염제를 처리하면 반응하는 색소의 종류가 달라지므로 서로 다른 색상을 얻을 수 있게 된다. 이는 단일 색소로 된 화학 염료에서는 볼 수 없는 식물 염료만의 특징으로 천연염색을 하는 커다란 매력이기도 하다.

모든 섬유는 긴 사상분자 즉 선상 중합체로 이루어져 있다. 예를 들면 견은 polypeptide, 목면 및 비스코스 레이온은 polycellulose, 나일론 및 아밀란은 polyamide이다. 섬유는 비교적 교칙적인 분자가 배열된 결정 영역 또는 miceller라고 부르는 부분과 배열이 흐트러진 비결정 영역으로 이루어진다. 염료가 관여하는 곳은 비결정 영역으로 염료가 들어가는 구멍의 폭(직경)이 중요하다. 일단 염료가 섬유에 들어가면 섬유의 특정한 관능기와 염료의 염착이 일어난다. 섬유와 염료의 결합은 이온결합, 수소결합 또는 반데르발스 결합일 때도 있다.

[소목]

소방(蘇芳)은 소목, 소방목, 단목, 목홍이라고도 불리는 콩과의 상록교목으로서 학명은 Caesalpinia sappan이며, 인도, 말레이시아, 중국남부 등 열대 아시아에 주로 분포한다. 높이 약 5m 내외로서 줄기나 가지에 가시가 있으며, 잎은 긴 타원형의 좌우비대칭으로 광택이 있다. 소방은 다색성 염료로서 분류상 매염염료에 속하며, 주색소성분은 브라질린(brazilin)으로 주로 심재에 많이 함유되어 있다. 소방은 황갈색이 강하게 나고 광택이 있은 것일수록 염색이 잘 되어 화려한 홍색을 얻을 수 있다.

소목의 목홍색이 매염제인 명반에 의해 홍색으로 발색되며, 철 매염으로는 붉은 색이 도는 회색을 발한다. 철과 알루미늄 매염을 동반하면 자색으로, 주석 매염으로는 적색, 구리 매염으로는 적자색, 산매염에 의해서는 적미황색, 퇴홍색 등으로 염색된다고 한다. 소목은 일광에 퇴색하기 쉬운 결점이 있으나 붉은 색이 진하고 고와서 견 염색에 많이 사용하였고 비교적 염색법이 쉽다. 매염제의 종류에 따라 다양한 색을 얻을 수 있다는 장점이 있으며 다홍색인 목홍과 대홍의 염료로 이용되어 왔다. 소방의 심재는 설사, 구토, 이질에 대해 효과가 있는 것으로 알려져 있으며, 최근에는 항염작용과 함께 항균성과 소취성에 연구가 이루어지고 있다.

[백반]

황산알루미늄과리튬 이외의 알칼리금속 ·탈륨 ·암모늄 등 1가(價) 금속의 황산염이 만드는 복염(複鹽).

명반(明礬)이라고도 한다. MIA1(SO4)2 ·12H2O 또는 MI2SO4·Al2(SO4)3 ·24H2O의 일반식을 갖는다. 이것은 함유되어 있는 1가의 금속이온에 따라 칼륨 백반(potassium alum:칼리나이트) KAl(SO4)2 ·12H2O, 암모늄 백반(ammonium alum:체르미가이트) (NH4)Al(SO4)2 ·12H2O 등이라고도 한다.

또, 알루미늄 대신에 다른 3가의 금속이온이 치환된 MIMIII(SO4)2 ·12H2O(MIIITi, V, Cr, Mn, Fe, Co, Rn, Ir, Ga, In 등)도 넓은 뜻에서 백반이라 하며, 각각의 금속이온에 따라, 이를테면 암모늄-철백반 ·루비듐-코발트백반 등으로 부른다. 이때칼륨 및 알루미늄은 생략하여 부르는데, 예를 들면 KFe(SO4)2·12H2O는 철백반, KAl(SO4)2 ·12H2O는 단지 백반이라 부르기도 한다.

어느 것이나 성분인 1가의 금속 황산염과 3가의 금속 황산염의 1:1 혼합수용액으로부터 결정으로서 생성된다. 보통 등축정계에 속하는 정팔면체(때로는 정육면체)의 이질동상 결정을 만들며, 결정성이 양호하기 때문에 단결정(單結晶)을 잘 성장시키면, 한 모서리의 길이가 수십 cm에 이르는 큰 결정을 얻을 수 있다. 또, 이질동상이기 때문에 혼성결정을 잘 만들며, 한 백반의 결정 위에 다른 백반의 결정을 성장시킬 수도 있다.

[염화제일철]

염화철 (Ⅱ) :화학식 FeCl2. 염화제일철이라고도 한다. 자연철이나 화산의 분출물 속에 염화니켈을 수반하는 로렌사이트로서 존재한다 무수물은 건조한 염소 속에서 철을 가열하면 생기며, 무색에서 담녹색의 결정이다. 녹는점 672℃, 끓는점 1,023.4℃, 비중 2.99(18℃)이다. 습한 공기 중에서는 분해하여 녹황색에서 적갈색으로 된다. 물·알코올에 녹지만, 아세톤· 에테르에는 녹지 않는다.

[초산동]

아세트산 구리 (CH3COO)2Cu

산화동이나 염기성 탄산동을 아세트산에 녹인 용액으로부터 분리해 낸 암녹색의 결정

살충제나 의약제로 쓰인다.

매염에서는 황산동도 구리염으로 쓰이나 황산동은 유독하므로 잘 쓰지 않는다.