정의
염료(染料, dye)란 실이나 천, 옷감 등에 색을 입히기 위해 사용하는 색소 물질로, 물이나 기름, 알코올 등의 용매에 녹을 수 있는 특성을 가진다. 이 점에서 용매에 녹지 않는 안료(顔料)와 구별된다. 염료는 일반적으로 수용액 형태로 피염물에 도포되며, 섬유에 대한 염료 견뢰도를 향상시키기 위해 매염제(媒染劑)가 필요할 수 있다.
염료와 안료의 차이
염료와 안료는 모두 가시광선의 특정 파장만을 흡수하여 색을 나타내는 물질이다. 그러나 염료는 일부 용매에 용해되어 화학적으로 기질과 결합할 수 있는 반면, 안료는 대부분의 용매에 불용성(不溶性)이다. 일부 염료는 소금을 첨가하여 불용성으로 만들어 레이크 안료(lake pigment)를 생성할 수 있다.
분류
염료는 원료의 출처에 따라 크게 천연염료와 합성염료로 나뉜다.
천연염료는 자연에서 얻는 염료로, 채취 방식에 따라 식물성 염료, 동물성 염료, 광물성 염료로 구분된다. 대부분의 천연 염료는 뿌리, 열매, 나무껍질, 잎, 곰팡이, 이끼 등 비동물성 물질에서 추출되며, 일부는 곤충이나 광물에서 얻어진다.
합성염료는 석유화학물질 등을 원료로 화학적으로 합성하여 생산되는 염료로, 대규모 수요와 기술 발전에 따라 현대에 사용되는 염료의 대부분을 차지한다. 전 세계적으로 약 40,000종, 2,500여 품목에 이르는 합성염료가 개발·사용되고 있다.
역사
화학이 오늘날과 같이 발달하기 전에는 산화제이철(Fe₂O₃)을 사용하거나, 연지벌레와 같은 곤충이나 식물의 색소를 추출하여 염료로 사용하였다. 천연 색소에 의존하지 않고 유기 화합물로 염료를 합성하기 시작한 것은 19세기 중엽부터이다.
최초의 상업적 합성염료는 1856년 영국의 화학자 윌리엄 헨리 퍼킨(W. H. Perkin, 1838~1907)이 석탄 타르의 성분인 톨루이딘으로부터 키니네를 합성하는 과정에서 우연히 발견한 것이다. 이 염료는 비단을 보라색으로 착색시킬 수 있어 '모브(mauve)'라고 명명되었고, 퍼킨은 1857년 합성염료 회사를 설립하였다. 이후 1868년 그레베와 리베르만이 서양 꼭두서니 뿌리에서 추출되던 알리자린을 안트라센으로부터 합성하는 데 성공했고, 1880년에는 아돌프 폰 바이어가 쪽에서 추출되던 인디고의 합성에 성공하였다. 이로써 천연 염료에 의존하던 방식이 화학 합성 방식으로 전환되는 계기가 마련되었다.
염료의 용도
염료의 주요 용도는 섬유 염색이지만, 현재에는 피혁, 모피, 종이, 식용유지, 연료에 이르기까지 이용 범위가 확대되었다. 또한 각종 잉크, 사진 감광 색소, 의학 분야에서도 널리 사용되고 있다. 용도에 따라 모발염료, 피혁염료, 모피용 염료 등이 있다.
섬유별 사용 염료
섬유의 종류에 따라 사용되는 염료가 다르다. 식물성 섬유에는 직접염료, 염기성염료, 건염염료, 황화염료, 불용성 염료가 사용되며, 동물성 섬유에는 염기성염료, 산성염료, 매염염료, 가용성 건염염료가 사용된다. 합성섬유에는 주로 분산염료와 불용성 아조염료가 사용된다.
주요 염료 유형은 다음과 같다.
- 산성염료·염기성염료: 양모나 비단 같은 폴리펩티드 고분자 내의 카르복시기나 아미노기와 염 또는 수소결합을 형성하여 결합하는 염료이다.
- 직접염료: 셀룰로스 분자의 수산기와 직접 강하게 결합되어 목면, 삼, 레이온 등의 식물성 섬유에 사용된다.
- 건염염료: 물에 녹지 않는 염료를 일단 다른 화합물 형태로 섬유에 흡착시키고, 이후 원래의 염료 형태로 환원·발색시키는 방식에 사용된다. 인디고가 대표적이다.
- 매염염료: 매염제를 통해 섬유와 염료 사이를 중개하는 방식으로 사용되는 염료로, 알리자린이 대표적인 예이다.
- 반응성염료: 섬유 중의 관능기와 화학 반응하여 공유결합에 의해 염착되는 염료로, 셀룰로오스 섬유 및 폴리아미드 섬유 염색에 주로 사용된다.
- 분산염료: 물에 난용성이며 물 속에 분산시켜 아세테이트 섬유 및 폴리에스테르 섬유 등 소수성 섬유의 염색에 이용된다. 제2차 세계대전 이후 폴리에스테르 섬유의 보급에 따라 생산량이 크게 증가하였다.
염색 방법
염색 방법은 크게 침염(浸染, dip dyeing)과 날염(捺染, printing)으로 나뉜다. 침염은 염액에 피염물을 담가 염색하는 방법이고, 날염은 염료와 호료의 혼합물 또는 안료와 바인더의 혼합물을 피염물에 인쇄하여 무늬를 넣는 방법이다. 가정에서 사용되는 납염(蠟染)은 날염법의 일종으로, 천의 일부를 초로 덮고 염색하여 무늬를 만드는 방식이다.
전통 염료
전 세계 각 문화에서 고유한 전통 염료가 사용되어 왔다. 대한민국에서는 쪽, 치자, 홍화, 황련, 칡, 먹 등이 전통 염료로 사용되었다. 인도에서는 문신을 새기는 데 쓰이는 헤나도 염료의 일종이다. 천연 염료에 의한 염색은 일반적으로 염료 추출(물에 우려냄), 염색(매염제 첨가), 건조, 행굼, 반복 염색의 과정을 거친다.
참고문헌
- 김재필, 이정진, 《한국의 천연염료 - 전통염료와 천연염색기술》, 서울대학교 규장각 한국학연구원, 2003.
- 위키백과 한국어판 「염료」 항목
- Britannica, "Dye" 항목
