세탁 후 음전하를 띠기 쉬운 섬유 표면에 양이온 계면활성제가 결합하여 얇은 윤활막을 형성함으로써 마찰 전기를 줄이는 원리는 무엇인가요?

Question

건조한 겨울철 옷의 정전기를 막아주는 섬유유연제는 양이온성 계면활성제를 띠고 있습니다. 세탁 후 음전하를 띠기 쉬운 섬유 표면에 양이온 계면활성제가 결합하여 얇은 윤활막을 형성함으로써 마찰 전기를 줄이는 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

세탁 과정에서 물과의 마찰 및 음이온성 세제 잔류물로 인해 섬유 표면은 음전하를 강하게 띠게 되는데, 섬유유연제에 쓰이는 양이온성 계면활성제는 양전하를 띤 친수성 머리와 길고 매끄러운 탄화수소 사슬로 이루어진 친유성 꼬리를 가집니다. 양전하를 띤 머리 부분이 음전하를 띤 섬유 표면에 정전기적 인력으로 강력하게 끌려가 결합하는데, 이때 기름과 친한 친유성 꼬리 부위들이 섬유 바깥쪽을 향해 일렬로 정렬하면서 섬유 표면에 매우 얇은 단분자 윤활막을 형성합니다. 정전기는 서로 다른 물체가 비벼질 때 전자가 이동하며 발생하는 마찰 전기로 섬유 바깥쪽으로 정렬된 탄화수소 꼬리들이 왁스나 기름처럼 섬유 표면을 매우 매끄럽게 만듭니다. 옷을 입고 움직일 때 섬유 가닥끼리 또는 피부와 마찰할 때 발생하는 마찰 저항이 급격히 줄어들어, 마찰 자체가 적어지므로 전자가 어느 한쪽으로 이동하여 전하가 쌓이는 현상 자체가 근본적으로 억제됩니다.

양이온 이온 구조가 형성된 표면층은 완전히 건조된 상태에서도 미량의 수분을 끌어당기는 성질이 있어, 마찰로 인해 혹시 발생한 극소량의 전하마저도 한곳에 갇히지 않고 공기 중으로 쉽게 빠져나가도록 돕습니다.

Answer 2

안녕하세요. 섬유유연제가 정전기를 줄이는 원리는 양이온성 계면활성제가 섬유 표면에 흡착하여 얇은 보호막을 만들고, 마찰과 전하 축적을 동시에 줄여 주기 때문입니다. 우선 세탁이 끝난 섬유는 표면에 있는 카복실기와 같은 음전하를 띠는 작용기 때문에 전체적으로 약한 음전하를 띠는 경우가 많은데요, 반면 섬유유연제의 주성분인 양이온성 계면활성제는 분자의 한쪽 끝에 양전하를 띠는 친수성 머리 부분과 다른 한쪽 끝에 긴 탄화수소 사슬로 이루어진 소수성 꼬리 부분을 가지고 있습니다. 헹굼 과정에서 양이온성 계면활성제를 넣으면 양전하를 띤 머리 부분이 음전하를 띤 섬유 표면에 정전기적 인력에 의해 강하게 흡착합니다. 그러면 긴 탄화수소 꼬리들이 섬유 바깥쪽으로 일정하게 배열되면서 매우 얇은 막을 형성하며, 이 막은 눈에 보이지 않을 정도로 얇지만 섬유를 부드럽게 감싸는 윤활막 역할을 합니다. 이 윤활막은 먼저 마찰을 감소시키는데요, 옷끼리 또는 옷과 피부가 서로 비빌 때 섬유 표면이 직접 닿는 대신 계면활성제 막이 완충 역할을 하므로 마찰력이 줄어듭니다. 마찰이 감소하면 전자가 한 물질에서 다른 물질로 이동하는 마찰전기의 발생 자체가 줄어들어 정전기가 덜 생기게 됩니다. 또한 이 막은 전하가 한곳에 오래 축적되는 것도 억제하는데요, 양이온성 계면활성제는 공기 중의 수분을 어느 정도 끌어당기는 성질이 있어 섬유 표면에 매우 얇은 수분층이 형성되도록 돕습니다. 이 수분층은 전하가 조금씩 이동하거나 흩어질 수 있는 통로 역할을 하므로, 건조한 겨울철처럼 정전기가 쉽게 쌓이는 환경에서도 전하가 급격히 축적되는 것을 막아 줍니다. 감사합니다.