매일 같이 세탁기에 세제를 넣어서 세탁을 하게 되는데 간혹 세제를 잊고 세탁을 하게 되면 옷에 묻은 때가 거의 빠지지 않고 그대로 여서 새로 세탁기를 새로 가동시켜야 하는 경우들이 있습니다. 일상생활에서 세탁을 하실 때 혹은 주방에서 주부님들께서 가장 많이 사용하는 것 중의 하나인 세제 비누는 기원 전 3천년경 고대 바빌로니아 시대에 최초로 사용했다는 기록이 남아 있습니다. 이때 사용하던 비누는 산양의 기름과 재를 1: 5로 섞어서 만들었다고 합니다. 근대의 비누 공업은 15세기 프랑스에서 시작되었는데 19세기 초까지만 해도 극히 일부 계층에서만 사용되었으며 19세기 중엽에 와서 대중화가 되고 널리 사용된 것으로 알려지고 있습니다. 아래 글에서 세탁 원리, 세제가 옷에 묻은 때를 제거하는 원리에 대해서 알아보겠습니다.
세탁 원리, 세제가 옷에 묻은 때를 제거하는 원리
세제의 성분
비누 세제의 경우 보통 돼지기름이나 소기름과 같은 동물성 지방이나 식물성 기름에 보통 양잿물이라고 알려져 있는 수산화나트륨(NaOH)이나 수산화칼륨(KOH)과 같은 강한 염기를 넣고 가열하면 비누화 반응에 의해 지방산 나트륨염 또는 칼륨염의 비누가 만들어지게 됩니다. 비누는 어떤 원리에 의해서 때를 제거하게 되는 것일까요 옷에 묻은 때나 먼지는 몸에서 나오는 기름, 음식에서 묻은 지방 등과 결합하므로 물로만 씻어서는 잘 제거되지 않습니다.
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세제의 구조
세제의 세척 작용은 바로 분자 구조에 기인하는데 분자 구조가 이중적인 성질을 가지고 있습니다. 비누 분자는 일반적으로 두 부분으로 이루어져 있는데 바로 물과 반응을 잘 하는 부분 친수성기와 기름과 반응을 잘 하는 부분 친유성기로 이루어져 있습니다. 물에 잘 녹는 부분인 친수성 부분은 물과는 반응을 잘 하지만 기름과는 섞이지 않습니다. 또한 기름과 잘 섞이는 친유성 부분은 기름과는 잘 섞이지만 물과는 잘 섞이지 않습니다.
미셀 구조
옷에 비누칠을 하게 되는 경우에는 친유성 부분이 때나 기름과 반응하게 되며 이때 녹여 낸 후 작은 공 모양의 구조를 하고 용액 전체에 분산이 되는데 이것을 미셀 이라고 합니다. 이들의 표면은 전하를 띤 친수성 부분 들이 서로 반발하여 뭉쳐지지 않으므로 물에 씻겨 나가서 깨끗한 면이 남게 되는 원리 입니다.
친수성 부분과 친유성 부분
비누의 경우에는 물에 잘 녹는 친수성 부분과 기름에 잘 녹는 친유성 부분을 모두 가지고 있어서 물과 기름이 서로 섞이게 하는 계면활성제의 역할을 하게 되는 것입니다. 현재 시판되는 비누는 보통 계면활성제 이외에 염료, 향수, 크림 등과 같은 물질을 첨가하고, 일부 비누는 실리카나 경석 같은 연마제를 첨가하기도 합니다.
계면활성제의 역할
주위에서 흔히 볼 수 있는 세정의 기본 원리는 바로 계면활성제에 숨어 있는데 일반적으로 비누나 세제로 불리는 계면활성제는 물과 친한 부분(친수기)과 기름과 친한 부분(친유기)을 모두 갖고 있는 물질입니다. 세정하는 과정에서 친유기 부분은 주로 지방성분인 오염 물질 표면에 붙게되며, 친수기 부분은 물 쪽을 향하게 됩니다. 세탁이 진행되면서 친유기 성분은 옷이나 몸에 묻어 있는 오염물질을 붙잡고 물 속으로 떨어지게 만듭니다. 물만으로 목욕이나 빨래를 할 때보다 비누나 세제를 이용할 때 더 깨끗해지는 이유입니다.
합리적으로 세탁 수단 찾기
물론 계면활성제가 무조건 옷에 묻어 있는 때를 완전히 제거할 수 있는 것이 아닙니다. 세탁은 섬유 오염물질 물 세제 외에 물리적인 힘 등 여러 가지 물리화학적인 요인들이 복합적으로 작용하는 부분이기 때문입니다. 이런 이유로 세탁 과정을 이해하는 것이 중요하며 보다 합리적이고 효율적인 세탁 수단을 찾아내기 위해서는 다양한 과학적인 지식이 필요한 사항이라고 할 수 있습니다.
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선조들의 세탁 경험
옛날 우리 선조들은 잿물이나 삭은 소변을 이용해 빨래를 했습니다. 더러워 보이는 잿물이나 삭은 소변에도 과학은 숨어 있습니다. 잿물의 주성분은 탄산칼륨이고 삭은 소변 중에는 상당량의 암모니아가 함유돼 있습니다. 바로 이런 알칼리성 물질이 오염물질을 쉽게 제거해 준다는 것을 우리 선조들은 경험을 통해 알아낸 것입니다.
센물을 단물로 이온교환수지
비누는 센물에 녹아있는 Ca2+, Mg2+ 등의 이온들과 반응하여 앙금을 형성하는 단점이 있으며 센물로 비누 세탁을 하면 거품이 잘 생기지 않을 뿐만 아니라 때가 잘 빠지지 않으며 침전된 지방산염이 세탁기 등에 달라붙어 더러워지기도 합니다. 이런 현상을 방지하기 위하여 합성세제와 센물을 단물로 바꾸어 주는 장치인 이온교환수지를 개발하게 된 것입니다.
오염물질의 이해
기본적인 사항으로 세탁을 잘하기 위한 방법으로 섬유에 오염된 물질이 어떤 것인가를 먼저 이해해야 합니다. 일단 오염물질은 크게 두 가지로 구분됩니다. 우리 몸에서 배출되는 피부 탈락물, 분비물, 배설물 등의 오염 물질 입니다. 특히 우리 신체 내부에서 배출되는 물질은 주로 중성지방 성분인 피지와 땀 성분으로 이뤄져 있습니다. 성인 남자의 경우 하루에 14㎖ 정도의 피지를 분비하게 되며 땀의 경우에는 사람에 따라 다르지만 심한 노동을 하는 경우 한 시간에 700㎖까지 분비되는 것으로 알려져 있을 정도 입니다. 또한 외부로부터의 오염도 있습니다. 주된 오염물질은 먼지이며 이 밖에 음식물 색소류 수지 화장품 윤활유 동식물유 등도 우리 옷을 더럽히는 성분들이며 다시 이들 오염물질은 물에 녹는 수용성 오염과 기름에 녹는 지용성 오염, 불용성 고형물로 분류되는 것 입니다.
세탁 원리, 세제가 옷에 묻은 때를 제거하는 원리 마무리
옷을 깨끗이 세탁하는 세제의 경우 외부 오염물이나 땀 피지 분비물 등 다양한 옷에 묻은 오염물을 보다 쉽게 제거하기 위해 사용되는 제품이며 여러 가지 화합물을 혼합해 제조하게 되는 것 입니다.
우선 세제의 주요한 성분인 계면활성제의 경우에는 옷을 깨끗이 해주는 세정을 주도하는 세제 안의 주요 성분입니다. 또한 세제에 함께 들어가는 경수연화제는 물 속의 칼슘이나 마그네슘 등 금속이온이 계면활성제와 결합해서 세정력을 떨어뜨리는 것을 방지하게 되면서 옷을 깨끗하게 해주는 역할을 하게 되는 것 입니다.