섬유염료 2 : 산성염료, 염기성염료,캐티온염료, 황화염료, 매염염료, 분산염료, 아조염료

 

이번에는 산성염료, 염기성염료, 캐티온염료, 황화염료, 매염염료, 분산염료와 아조염료 대하여 알아보도록 하겠습니다. 다른 염료에 관한 내용은 아래의 포스팅을 참조해주세요 ~~

 

섬유염료 2 : 산성염료, 염기성염료,캐티온염료, 황화염료, 매염염료, 분산염료, 아조염료

 

섬유염료 : 직접염료, 반응성염료, Vat염료 👉👉👉

 

1.  산성 염료 (Acid dyes)

 

산성 염료는 물에 가용성으로 염료이온이 음이온성을 띄는데 염료 중에서는 분자량이 작습니다. 주로 양모 및 나일론 등의 폴리아마이드 섬유에 대한 친화력이 있고, 셀룰로오스 섬유에 대한 친화성이 작은 염료를 산성염료라고 합니다.

 

이 산성 염료는 두 가지 기준으로 나뉩니다.

그 하나는 염료분자 내에 금속원자가 배위 결합되어 있는 염료는 금속착염산성염료 또는 함금속산성염료라고 부릅니다. 아래 좀 더 자세한 설명을 참고하세요.

 

두 번째 기준은 균염성을 기준으로 분류하는 것입니다.

균염형 염료, 반균염형 염료, 불균염형 염료로 분류 할 수 있습니다. 아래 좀 더 자세한 설명을 참고하세요.

 

산성염료는 염기성염료 다음으로 역사가 깊은 염료로서 1864년 P. Griess가 방향족 아민의 디아 조화 반응을 발명하고부터 많은 산성염료가 합성되었으며, 용도 또한 양모, 견 및 나일론과 그의 혼방품, 피혁 등으로 폭이 넓기 때문에 현재까지 대단히 많은 종류의 염료가 개발되어 사용되고 있으며 Colour Index에도 가장 많은 품목이 등록되어 있습니다.

 

1)  염색되는 소재

 

 

 

 

앞서 설명한 바와 같이 폴리아마이드계 소재인 양모나 Nylon 입니다.

양모 or 견 and Nylon 6 의 혼방 시 이 염료로 염색하면 염착량의 차이 때문에 원단에 줄이 생기는 defect 가 발생하므로 사용에 주의가 필요합니다.

 

2)  염료의 화학 반응

 

화학구조는 아조계와 안트라퀴논계가 많으며 그 외에 프탈로시아닌, 아진, 트리페닐메탄계 등이 있습니다. 이들 염료의 모체에 술폰기(-SO3H), 카르복실기(-COOH) 등의 산성기가 결합되어 있습니다.

일반식은 D-SO3Na, D-COONa 등으로 표시되는 색소산의 나트륨염 이므로 직접염료와 같이 물에 녹아서 음이온으로 되지만 용액의 콜로이드성은 그것보다 작고 염료입자도 작습니다.

 

3)  염료의 성질

 

①   산성염료는 물에 가용성이며 알코올에도 잘 녹습니다.

 

②   산성염료 수용액에 무기산을 가하면 색소산이 유리되어 침전되는데, 이와 같이 산에 의하여 침전으로 석출되는 것을 산석이라고 합니다. 여기에 다시 알칼리를 가하면 알칼리염으로 용해하게 됩니다.

 

③   산성염료는 염욕 속에서 음이온으로 되고, 양모, 견, 나일론 등의 섬유와 이온결합하여 염착하는데, 면에는 염착되지 않습니다.

 

아조계 산성염료는 하이드로술파이트와 같은 환원제에 의하여 간단히 무색의 아미노화합물로 분해됩니다. 안트라퀴논계나 트리페닐메탄계 산성염료는 환원제에 의하여 무색으로 되지만, 공기산화나 약산화제에 의하여 복색하는 특징을 가지고 있습니다. 이들의 성질을 이용하여 탈색 및 발염을 합니다.

 

⑤  산성염료는 수용성으로서 색수도 많고, 색상도 선명하며, 또한 염색법도 매우 간단합니다. 주로 산을 첨가한 산성욕 하에서 염색하지만, 중성 또는 약알칼리에서 염색하는 법도 있습니다.

 

⑥  염색물의 견뢰도는 저급부터 견뢰도가 높은 것까지 여러 가지가 있으며, 특히 안트라퀴논계의 염료는 일광, 세탁의 견뢰도가 높습니다. 일반적으로 일광, 수세, 땀, 다리미 등에 상당히 견뢰도가 높게 나타나지만 세탁, 축융 등에는 약합니다. 염색 되는 소재 특성과도 관련이 있다고 봅니다.

 

4)  균염성에 따른 산성 염료의 분류

 

산성염료는 염색적 성질에 따라 균염형 염료, 반균염형

염료, 불균염형 염료로 분류할 수 있습니다.

 

①   균염형 염료(levelling dyes)

용해성이 큰 염료로 수용액 속에서 완전히 분자상태로 분산하며, 섬유소계 섬유에 대하여 친화성이 없습니다. 양모, 견 등에는 산성용액에서 염착이 잘 이루어집니다. 염착율은 염욕의 pH에 비교적 크게 영향을 받기때문에 개미산을 첨가하여 pH를 조절 합니다. 염욕의 온도가 오르면서 서서히 염착되게 됩니다. 이 형의 염료는 이염성이 커서 균염성이 좋으나 습윤견뢰도는 좋지 못합니다.

 

②    반균염형 염료(half milling dyes)

염착율은 염욕의 pH에 의해 비교적 큰 영향을 받지 않습니다. 초산을 첨가함으로써 pH의 조정이 용이하고 온도를 높이면 서서히 염착됩니다. 가열되면 염료의 이염성이 비교적 커져 염색관리에 따라 균염을 얻을 수도 있습니다. 견뢰도는 중간정도의 수준이며  사용하기 용이하다는 장점이 있습니다.

 

③    불균염형 염료(milling dyes)

이 형의 염료는 수용액 속에서 집합된 이온미셀을 함유하고 있으며, 중성용액에서 양모에 상당히 염착이 잘 되고, 섬유소계 섬유에는 오염시킬 정도밖에 않됩니다.

 염욕 pH에 의해 염착율의 변화는 적으나 적정 pH로 조절하기 위하여 완충용액을 사용하여야 한다. 염색온도의 영향이 큰데 특히 70℃ 부근에서 급격히 염착되기 때문에 승온 속도를 잘 관리하지 않으면 균염을 얻기 어렵습니다. 이 형의 염료는 균염성은 좋지 못하지만, 습윤견뢰도는 좋습니다.

 

5) 금속착염 산성염료(metal-complex acid dyes) 의 분류

 

 

 

 

염료분자와 금속분자를 착염의 형태로 미리 결합시켜 일욕에서 염색과 매염을 완결시킬 수있는 물에 가용성인 염료로서, 크롬, 니켈, 코발트 등의 금속과 착염을 형성할 수 있습니다. 견뢰도가 높은 염색효과를 발휘하며 다음과 같은 2종류가 있습니다.

 

①   1 : 1형 금속착염 염료

1 혹은 2개의 술폰산기를 가진 아조염료로서 1개의 염료분자 중에 1개의 금속을 수용성 착염 형태로 도입시켜 일욕에서 염색할 수 있게 한 염료입니다. 이 염료는  수용성이며, 강산성욕에서 양모 염색에 사용됩니다. 균염성이 양호하고 색상이 선명하며 견뢰도가 높습니다.

 

②   1 : 2형 금속착염 염료

1개의 금속이 2개의 염료분자와 수용성 착염의 형태로 결합되어 일욕에서 염색할 수 있게 한 염료로, 1 : 1형 금속착염 염료보다 성능이 우수합니다. 염료 수용액은 콜로이드상으로 중성 혹은 약산성욕에서 양모를 균일하고 견뢰도를 높게 하기 위하여 염색할 수 있습니다. 염색속도는 비교적 늦고, 균염성이 큰 염료도 있습니다.

 

2.  염기성 염료 (Basic dyes or cationic dyes)

 

염기성염료는 물에 가용성이며, 수용액 속에서 색소이온이 양이온화되는 염료로, 1856년에 W. H. Perkin이 모브(Mauve)를 발명하여 합성염료 중에서 역사가 가장 오래되었고, 그 후 수많은 염료가 개발되었습니다.

일반적으로 1800년대부터 1900년대 초에 걸쳐 주로 면섬유의 매염염색용으로 개발된 염료를 구형 염기성염료, 1900년대 이후 아세테이트섬유, 아크릴섬유 및 그 외의 염기성염료 가염형 합성섬유의 염색용으로 개발된 것을 카티온(cation)염료라고 부르고 있습니다. 현재 염기성 염료의 품종수는 약 500종이나 되며 그 중에서 약 70%정도가 아크릴섬유용입니다.

 

1)  염색되는 소재

 

양모, 견 등의 단백질계 섬유, 레이온 및 특수용도로서 유지, 납, 종이, 가죽, 대나무 등에 직접 염착이 잘 되지만, 천연 섬유소계 섬유에는 산성의 매염제를 사용하지 않으면 진하게 염색이 되지 않습니다.

Acrylic fiber 염색에 아주 탁월한 염료이며 양모나 면 계통에도 사용 가능합니다. 특히 Acrylic fiber에 착색력, 견뢰도 매우 우수합니다.

 

2)  염료의 화학 반응

 

화학구조는 아조계, 메틴계, 아자메틴계, 트리페닐메탄계, 안트라퀴논계 등이 있으며 일반적으로 오늄(onium)기(제4급 암모늄기)를 가진 염료양이온과 염화물 황화물 등의 대음이온으로 이루어진 염으로 되어있어 일반식은 D-NH3Cl 등으로 표시되고, 색소이온은 수용액 속에서 다음과 같이 양이온으로 됩니다.

 

                      D-NH3Cl → D-NH3+ + Cl-

 

3) 염기성염료의 성질

 

①   염기성염료는 물에도 용해하지만, 알코올, 초산을 가하면 용해하기 쉽습니다.

 

②   중성 또는 약산성욕에서 견, 양모, 합성섬유, 피혁에 직접 염착합니다. 면, 재생셀룰로오스 섬유는 탄닌산 매염 후 토주석으로 고착하여 염색됩니다.

 

③   아조염료 이외의 염기성염료는 환원제의 작용에 의하여 류코(leuco)화합물로 되어 소색하지만, 산화되면 복색합니다.

 

④   염기성염료는 소량으로 착색효과도 크고, 색상도 선명하지만, 일반적으로 일광, 알칼리, 세탁에 대한 견뢰도가 낮으므로 실용적인 섬유용으로는 거의 사용되지 않고 주로 종이와 같은 잡화염색, 유지, 생체염색, 사진 감광색소, 지시약 등으로 사용됩니다.

 

⑤   이러한 염기성염료 중에서 아크릴섬유용으로 여러 가지 개량된 개질 염기성염료를 캐티온염료(cation dyes)라고 합니다. 캐티온염료는 화학구조적인 면에서 발색 공명체와 오늄기의 위치에 따라 공액형과 절연형으로 구분되는데요.

 

-공액형 캐티온염료는 발색공명체 내에 오늄기가 존재하는 염료로서, 일반적으로 색상이 선명하고 분자흡광계수가 높지만, 그 중에는 내광성, 내열성이 불충분한 것도 있습니다.

-절연형 캐티온 염료는 발색공명체와 오늄기가 절연기를 통하여 연결되어있는 것으로 주로 아조계 및 안트라퀴논계입니다. 일반적으로 색상이 어둡고, 분산염료와 같은 정도로 분자흡광계수가 낮지만, 내광성과 내열성이 우수한 점이 특징있습니다.

 

⑥   캐티온염료의 성질을 요약하면 다음과 같습니다.

◾ 캐티온염료는 물에 용해하며 일반적으로 절연형 쪽이 용해도가 나쁩니다.

◾ 아크릴섬유에 대한 캐티온염료의 결합력은 매우 강하며, 염색에는 완염제, 이염제를 첨가합니다.

◾ 아크릴섬유에는 80℃이하에서는 거의 염착되지 않지만, 80∼90℃에서 염착속도가 급속히 증가하므로 승온의 관리가 중요합니다.

◾ 캐티온염료는 일광, 세탁 등의 견뢰도가 우수합니다.

 

3.  매염 염료 (Mordant dyes)

 

 

 

 

매염염료는 섬유에 직접 염착 되지 않기 때문에 미리 섬유를 크롬, 알루미늄, 철 등의 금속염으로 전처리하여 고착시키고, 염액으로 염색하여 섬유상에 불용성 레이크(lake)를 형성시켜 염색하는 염료입니다.

 

1)  염색되는 소재

 

Nylon, 단백질계 섬유에 염색 가능합니다.

 

2)  염료의 화학 반응

 

매염염료는 그 구조에 술폰산기가 없지만, 금속과 결합하여 불용성 착염을 형성할 수 있는 성능이 있는 -OH기와 이것에 대하여 오르소(ortho)의 위치에

 

 -OH, -COOH, NH, -N=N- 

 

등의 기를 가지고 있으며, -OH기에 의하여 알칼리 수용액에 용해됩니다. 천연염료의 대부분은 매염염료로서, 천연염료를 사용했던 시대에는 중요한 염료였으나, 염색법이 복잡하고 균염을 얻기 어려우며, 재현성이 떨어지기 때문에 오늘날 거의 사용되지 않습니다. 다만 친환경적인 이유로 소수의 천연염료가 사용되기도 합니다.

 

이후 사용이 적어진 매염염료는 산성매염염료로 발전했는데, 이 염료는 산성염료와 마찬가지로 동물섬유에 염착시키고 나중에 금속염으로 처리하여 섬유상에서 착염을 형성하는 염료입니다. 매염제로서 크롬염이나 크롬산염이 사용되기 때문에 크롬염료라고도 부릅니다. 섬유에는 주로 이러한 산성매염염료를 사용하기 때문에 이 염료에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

 

3)  산성매염염료의 성질

 

①   산성매염염료는 물에 잘 용해합니다.

 

②   산성욕에서 견, 양모에 염착시키고, 중크롬산염으로 후처리하면 불용성의 금속착화합물을 형성하여 발색합니다,

 

③  염료분자의 구조에 따라 매염 전 후 색상의 변화가 심한 것과 변화가 적은 것이 있습니다.

 

④  산성매염염료 중에서 아조염료는 환원제에 의하여 탈색이 됩니다.

 

⑤  산성매염염료 염색물은 견뢰도가 우수하고 가격이 저렴하여 감색이나 검정색 등의 농색에 많이 사용되고 있습니다.

 

⑥  산성매염염료는 크롬공해, 염색후의 폐수처리문제 등으로 최근 사용량이 감소하고 있는 추세입니다.

 

4.  황화 염료 (Sulphur dye)

 

1)  염색되는 소재

 

주로 섬유소 섬유에 대량 염색 시 이용하지만 면염색물을 장기간 보존하면 유리된 황에 의하여 황산이

생성되어 섬유를 취화시키거나 염색 시 배수에 의한 오염 문제 등이 있어 생산량이 감소하는 추세에 있

습니다.

 

2)  염료의 화학 반응

 

 

 

 

황화염료는 방향족화합물과 다황화나트륨의 융해물로서 화학구조가 복잡하지만, 일반식은 R-S-S-R' 또는 R-Sx-R'로 나타내며 분자 내에 -S-S-, -S-S-S-와 같은 황원자의 연결기를 함유하고 있는 것이 특징인 분자량이 큰, 물에 불용성의 염료입니다.

 

이러한 단점을 보완하기 위하여 황화염료를 환원하고 물에 가용인 상태로 하여 안정화한 수용성 황화염료가 있으며, 또 황화염료를 미립자화하고 분산제를 가한 분산형 황화염료는 연속염색에 이용되기도 합니다.
황화염료는 색조의 선명성은 떨어지지만, 제조가 용이하고 값도 저렴하며, 특히 세탁견뢰도가 양호하기 때문에 주로 셀룰로오스용 염료로 대량 생산되게 되었다. 그러나 염소 및 마찰견뢰도가 나쁘기도 합니다.

 

3)  염료의 성질

 

①황화염료는 일반적으로 물에 난용이지만, 황화나트륨 등의 알칼리성 환원제용액에 녹습니다.

 

②황화염료는 황화나트륨으로 환원한 알칼리성 욕에서 셀룰로오스섬유, 비닐론 등에 흡수 시킨 후 산화하면, 원래의 염료로 돌아가 염착됩니다. 또 보호제를 가하여 견을 염색하는 경우도 있습니다. 염착력이 작기 때문에 다량의 염료가 필요하며, 셀룰로오스섬유의 염색에는 중성염을 가하여 류코(leuco)화합물의 용해도를 감소시켜 염착을 촉진시킵니다.

 

③황화염료는 환원제에 의하여 탈색되는 것도 있지만, 산화제 특히 염소에 의하여 변퇴색을 합니다.

 

④황화염료는 색상은 선명하지 않으나, 염색법이 간단하고 비교적 저렴하며 또 일광, 세탁견뢰도가 높으므로 주로 농색에 사용됩니다.

 

⑤공기중에서 자연 산화를 받아 품질이 변화하기 쉬운 단점이 있습니다.

 

5.  아조 염료 (Azoic dyes)

 

아조익염료는 1911년 나프톨 AS의 발명에 의하여 급속히 발전하였으나 최근에는 생산량이 감소하는 경향이 있지만, 값이 싸고, 비교적 선명한 색조를 얻기 쉬우며, 세탁견뢰도가 우수하기 때문에 중급품의 염색에 사용되고 있습니다만 우리나라 및 선진국에서는 환경적인 원인 때문에 거의 사용이 금지된 염료 입니다.

 

1)  염색되는 소재

 

셀룰로오스섬유에 염색되며 직접성이 있어서, 하지제와 현색제의 조합에 의하여 다양한 색상을 표현할 수가 있고, 아세테이트, 합성섬유의 심색 염색에도 사용됩니다.

 

2)  염료의 화학 반응

 

아조익염료는 섬유상에 불용성의 아조염료를 만들기 위하여 먼저 커플링성분인 하지제를 섬유에 흡착시킨 후 디아조성분인 현색제 용액속을 통과시켜 착색되도록 하는 것으로, 이때 하지제로 β-나프톨(naphthol)이나 나트톨 AS류의 알칼리염을 사용하므로 나프톨염료라고도 합니다.

 

하지제의 대부분은 아조익염료 염색물은 환원제의 작용에 의하여 탈색되지만, 세탁견뢰도는 양호하고 염색방법이 복잡하며 마찰에 대한  견뢰도는 좋지 못합니다.

 

6.  분산 염료 (Disperse dyes)

 

 

 

 

1920년대에 아세테이트섬유에 염색이 가능한 분산염료가 출현하였으며, 그 후 이것을 합성섬유 특히 폴리에스터섬유에 적용하였으나 염색견뢰도상에 문제가 발생하여 이를 개선한 폴리에스터용 분산염료가 따로 개발되게 되었습니다.

 

1)  염색 되는 소재

 

분산염료는 물에 불용 또는 난용성이며, 물속에 분산된 상태로 아세테이트, 나일론, 폴리에스터 등의 소수성 섬유 염색에 사용되는 염료입니다.

 

2)  염료의 화학 반응

 

화학구조상으로 아조계와 안트라퀴논계가 대부분이고 그 외에 축합계의 것도 있으며, 비교적 분자량이 작고 수용성기가 없습니다. 방향족 또는 지방족의 NH2, NHR기나 OH기를 가지고 있지만, 비이온성의 염료입니다.

 

3)  염료의 성질

 

①   분산염료는 물에 불용성이므로 염료를 분산제 등과 같이 미립화하여 물속에서 잘 분산되도록 제조하였으나 염색 시에 염료의 분산 부족을 돕기 위하여 염액에 분산제를 첨가하여 염색합니다.

 

②  분산염료의 물에 대한 용해도는 매우 적지만 이 미량의 용해성이 염료의 염색적 성질에 크게 영향을 미칩니다.

 

③  아세테이트용 염료는 습윤견뢰도가 낮고, 아미노안트라퀴논계와 같은 일부의 청색계 염료는 가스퇴색성, 승화견뢰성 등에 담점이 있습니다.

 

④  폴리에스터용 안트라퀴논계 분산염료는 아조계의 것에 비하여 색상의 선명도, 염욕중의 안정성, 균염성, 일광견뢰도가 양호합니다.

 

⑤  현색형 분산염료는 일반적인 분산염료와 같이 분산형 또는 산을 첨가하여 용해하는 형의 것으로 염료분자 내에 아미노아조기나 아미노기를 가지고 있는 염료입니다.

 

나프톨염료의 염색과 동일한 반응공정을 이용하며, 합성섬유용 현색형 분산염료는 단독의 분산염료에서는 얻을 수 없는 흑색이나 감색에 보조적으로 이용되며, 습윤견뢰도는 양호한 것이 얻어지지만 염색조작이 복잡하고, 염색에 장시간이 소요되며, 디아조화에 다량의 NOx가스가 발생하는 등의 단점이 있습니다.

 

 

👇👇👇 그외에 섬유에 대해 더 궁금하신 것이 있다면 아래 참고 하시면 좋겠습니다 👇👇👇

 

간단한 섬유 번수법 : 실두께, 데니어(denier), 텍스(Tex), 번수('s)

 

섬유재료 정리 : 린넨, 모시, 폴리프로필렌, 모달, 면, 합성섬유