물 세탁 시 변형되는 양복 등을 드라이클리닝할 때 사용하는 유기 용제가 기름때를 제거하는 원리는 무엇인가요?

Question

물 세탁 시 변형되는 양복 등을 드라이클리닝할 때 사용하는 유기 용제가 기름때를 제거하는 원리와, 이때 물을 사용하지 않음으로써 얻는 섬유 보호 효과를 유기화학적으로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

드라이클리닝은 물 대신 유기용제를 사용하여 옷을 세탁하는 방식인데, 그 원리를 유기화학적으로 설명하면 물은 극성 용매라서 땀, 소금, 설탕 같은 극성 오염물은 잘 녹이지만, 피지나 기름때처럼 비극성 성분은 잘 제거하지 못합니다. 반대로 드라이클리닝에 쓰이는 퍼클로로에틸렌 같은 유기용제는 비극성 또는 약극성 용매로서, 기름 성분과 분산력을 통해 상호작용하여 쉽게 녹여냅니다. 즉, “유사한 성질끼리 잘 녹는다”라는 원리에 따라 기름때가 용제에 용해되는 것이죠.

또한 물은 섬유 내부의 수소결합 네트워크에 침투해 섬유를 팽윤시키고, 건조 과정에서 수축이나 변형을 일으킬 수 있습니다. 특히 울이나 실크 같은 단백질 섬유는 물에 의해 구조가 쉽게 변형됩니다. 그러나 유기용제는 섬유의 수소결합을 교란하지 않기 때문에 팽윤이나 수축이 거의 일어나지 않습니다. 그 결과 옷의 형태, 치수, 주름선, 광택 등이 그대로 유지됩니다.

정리하면, 드라이클리닝은 유기용제가 기름 성 오염을 잘 녹이는 성질과 섬유의 수소결합 구조를 안정적으로 유지하는 특성 덕분에, 양복 같은 고급 의류를 깨끗하게 하면서도 원래의 형태와 질감을 보호하는 세탁 방식이라고 할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요.

드라이클리닝에서 사용하는 유기 용제는 비극성 또는 약한 극성의 유기 분자를 이용하여 오염 물질을 제거하는 방식입니다. 기름때는 주로 탄화수소 사슬로 이루어진 비극성 물질이지만 물은 극성 분자이기 때문에, 기름과 물 사이에는 강한 상호작용이 형성되지 않아 기름이 잘 녹지 않습니다. 이때 드라이클리닝에 사용되는 유기 용제, 예를 들어 퍼클로로에틸렌과 같은 물질은 비극성에 가까운 성질을 가지므로 기름 분자와 런던 분산력을 통해 상호작용하는데요, 이로 인해 기름때 분자들이 용제 속으로 분산되어 녹아 나오게 됩니다. 즉, 기름과 유기 용제 사이의 분자 간 인력이 물보다 훨씬 유리하기 때문에 세정 효과가 나타나는 것입니다.

이때 물을 사용하지 않을 때 나타나는 섬유 보호 효과는, 섬유 고분자의 구조와 물과의 상호작용 차이로 설명할 수 있는데요 울이나 일부 합성섬유는 분자 내에 극성 작용기를 가지고 있어 물과 수소 결합을 형성하기 쉽습니다. 물이 섬유 내부로 침투하면, 기존에 섬유 구조를 유지하던 수소 결합이 끊어지고 대신 물과 새로운 수소 결합이 형성되면서 섬유가 팽윤하거나 배열이 흐트러지게 되면서 수축, 변형, 형태 손상이 발생하게 됩니다. 반면 드라이클리닝에 사용되는 유기 용제는 수소 결합 능력이 거의 없거나 매우 약하기 때문에, 섬유 내부의 수소 결합 네트워크를 크게 교란하지 않습니다. 또한 비극성 용제는 섬유의 극성 부위와 강하게 상호작용하지 않으므로 섬유 구조를 유지한 채 표면의 기름때만 선택적으로 제거할 수 있습니다. 감사합니다.