염료와 안료 정의 및 원리 비교

우리의 주변에는 색을 발현시키는 색소가 다양하게 적용되고 있습니다. 색소는 스마트폰, 노트북, 자동차, 가구 등 모든 산업에 적용되고 있습니다. 색소는 크게 염료와 안료로 구분되고 이 두 가지는 화학적으로 색을 발생하는 원리가 다릅니다.

 

 

일반적으로 우리는 구분 없이 색소라고 말하지만 사실 색소는 원리가 다른 염료와 안료로 만들어지고 있습니다. 오늘은 염료와 안료의 정의를 알아보고 원리를 비교하여 각각 어떤 산업에 사용되는지를 알아보도록 하겠습니다.

 

 

색소의 정의

색소는 물체에 색을 나타내도록 만들어주는 물질입니다. 물질의 입자가 특정 가시광선의 파장을 흡수 또는 반사하느냐에 따라서 색이 결정됩니다. 색소는 크게 염료와 안료로 구분됩니다. 염료(dye)는 섬유에 사용되는 착색제를 총칭하고 물과 기름에 녹아 섬유 등의 분자와 결합하여 색을 착색하는 유색 물질을 의미합니다. 그리고 안료(pigmeny)는 색채가 있는 물이나 용제에 녹지 않는 미세한 분말로 형성되어 첨가제와 함께 물이나 유기용제에 분산되어 화장품이나 도료, 플라스틱에 넣는 착색제로 사용합니다.

 

염료와 안료의 예시

 

염료(Dye)

염료는 특정 파장의 빛 에너지를 흡수하여 색을 나타내는 발색 단과 그 색을 진하게 만들어주는 조색단으로 구성됩니다. 발색단(chromophore)은 불포화 결합인 π전자를 가지고 있고 가시광선 에너지를 흡수하면서 색을 발현시킵니다.

 

 

그리고 조색단(auxochrome)은 스스로 빛을 흡수하는 흡광 능력은 없지만 발색단 원자단 고리의 π전자와 상호작용을 할 수 있는 비공유 전자쌍을 가지고 있습니다. 대표적인 발색단과 조색단은 아래의 분자 구조식을 참고 바랍니다.

 

발색단과 조색단

 

염료 색상 발현 메커니즘

염료는 고유한 파동의 빛 에너지를 흡수하고 그 에너지로 인해서 염료의 전자가 들뜬 상태가 됩니다. 그리고 이 전자가 다시 정공(hole)과 결합하면서 빛 에너지를 방출하는데 이 과정에서 사람의 눈에 이 빛 에너지가 색으로 나타나게 됩니다. 이러한 에너지 준위를 이해하려면 아래와 같이 반도체의 기본원리를 생각하면 쉽게 이해할 수 있습니다.

 

염료의 색발현 메카니즘

 

염료 적용 산업분야

염료는 다양한 산업에 적용되고 있습니다. 대표적으로 잉크젯 프린터와 섬유 산업에 사용되고 있습니다. 우리가 입는 옷에도 염료가 적용되어 색을 나타내게 됩니다. 또한 최근 인기 있는 OLED TV에도 염료가 적용되고 있습니다. 이처럼 염료는 우리의 일상생활 모든 곳에 적용되고 있습니다.

 

염료의 적용분야

 

안료(Pigment)

안료는 특정 파장의 빛 에너지를 투과하거나 반사시켜 색을 발햔히고 사람의 눈에는 안료에 반사된 빛이 색으로 인식합니다. 안료는 고체 상태로 존재하고 용매에 분산시켜 사용하게 됩니다. 이러한 안료는 역사적으로 굉장히 오래전부터 사용되고 있으며 다양한 종류로 구분됩니다.

 

 

안료의 종류

안료는 무기안료와 유기안료로 구분합니다. 무기안료는 화학적으로 무기질인 안료로 선사시대의 동굴벽화를 통해서도 확인할 수 있습니다. 대표적인 무기물인 Zn, Pb, Ti, Cd, Ge, Se, Al 등 금속 화합물이 안료의 기본 원료가 됩니다. 일반적으로 가장 많이 사용하는 안료 타입은 착색 안료로 대표적으로 이산화티탄과 카본블랙, 산화철 등이 있습니다. 

 

안료의 종류

 

안료의 색 발현 메커니즘

안료는 특정 파장의 빛을 반사시켜 색을 발현시킵니다. 그렇기 때문에 안료의 입자의 크기와 모양, 산화 정도에 따라서도 색상이 달라집니다. 예를 들면 산화철의 경우에는 입자의 크기가 작을수록 어둡게 변하고 입자의 크기가 커질수록 밝은 색상을 구현할 수 있습니다. 또한 산화철의 산화 정도가 낮을수록 붉은색의 산화철이 노란색으로 변하게 됩니다. 이러한 특성을 기반으로 안료의 색상을 변화시킬 수 있습니다.

 

안료의 색발현 메카니즘

 

안료 적용 산업분야

안료는 대표적으로 레이저 프린터의 토너에 사용됩니다. 고체 파우더 타입이기 때문에 전자기적 원리를 이용해 종이에 안료 입자를 흡착시킬 수 있습니다. 그리고 색조화장품이나 페인트 등에서도 안료가 적용됩니다. 안료는 염료보다 색상 커버력과 내화학성이 우수합니다. 그렇기 때문에 외부에 노출되는 대부분의 색소는 안료 타입인 경우가 많습니다.

 

안료의 적용분야

 

오늘은 염료와 안료 정의 및 원리 비교해보았습니다. 색소라는 상위 카테고리로 보면 큰 차이를 느끼기 어렵지만 정확하게는 안료와 염료는 전혀 다른 물질입니다. 안료는 고체이고 염료는 액체인 경우가 많습니다. 특정 산업분야에서는 색상 발현과 경제성을 고려하여 안료와 염료를 혼합해서 사용하는 경우도 많이 있습니다. 위의 내용을 잘 이해해셔서 연구나 산업분야에 적용해보시길 바랍니다.