계면활성제는 다양한 화학 구조를 가지고 있습니다. 결과적으로 그들은 속성의 전체 범위를 특징으로 하고 다양한 기능을 가지고 있습니다. 따라서 이러한 물질은 거의 모든 산업 분야에서 사용됩니다. 단일 계면활성제는 일반적으로 궁극적인 용도에 영향을 미치는 여러 특성을 가지고 있습니다. 적절한 원료 선택은 계면 활성제 생산의 핵심입니다. 생성된 계면활성제의 매개변수와 물리화학적 특성, 따라서 후속 사용을 결정하는 것은 이 단계입니다. 예를 들어, 세탁 및 세척제는 거품 형성 및 습윤성이 우수한 계면활성제를 사용하는 반면, 화장품은 유화제가 좋은 계면활성제를 사용합니다.
액체에 용해 또는 분산된 후 계면활성제는 상 경계에 흡착되어 계면 표면 장력을 변화시킵니다. 이러한 화합물은 또한 미셀을 형성할 수 있는 공통된 특성을 가지고 있습니다. 계면 활성제는 알칼리 및 경수의 영향에 대한 내성이 특징입니다.
물에 있는 계면활성제 용해도
친수성-소수성 구조 로 인해 계면활성제는 다양한 용매에 용해됩니다.
이온성 표면 활성제의 용해도는 이온 을 해리하고 생성하는 능력에서 비롯됩니다. 반면에, 폴리옥시에틸렌화 또는 폴리옥시프로필렌화 화합물 그룹에 속하는 비이온성 계면활성제의 용해도는 물 분자와 에테르 산소 사이에 수소 결합 네트워크의 형성에 의해 발생합니다.
극성 화합물의 용해도는 분자 내 친수성 단편의 존재에 기인합니다. 그러나 탄화수소 사슬이 길고 가지가 적을수록 수용성이 낮아집니다.
계면활성제의 수용성 은 구조를 수정하여 조정할 수 있습니다 . 분자에 폴리옥시에틸렌화 모이어티를 도입하거나 미셀 형성으로 인한 용해도의 급격한 증가가 발생하는 특정 온도인 크라프트 점을 교차함으로써 용해도를 증가시킬 수 있습니다. 표면 활성제의 수용성은 프로필렌 옥사이드를 구조에 통합함으로써 감소될 수 있습니다.
계면활성제의 수용성은 친수성-친유성 균형(HLB) 값과도 직접적인 관련이 있습니다.
계면활성제 표면장력
표면 장력은 계면 경계에 작용하는 힘입니다 . 이것은 액체가 접촉하는 온도와 환경에 크게 의존하는 각 개별 액체에 대한 일정한 양의 특성입니다. 표면 장력은 액체 표면과 그 부피에 위치한 분자에 작용하는 힘의 불균형의 결과입니다 .
계면 활성제 분자는 액체 의 표면에 흡착되어 극성 머리가 액체의 대부분을 향하고 소수성 꼬리가 공기를 향하여 위치합니다. 이러한 분자 배열의 결과로 액체의 표면 장력 이 감소 합니다. 더 많은 양의 계면활성제가 첨가되면 그 분자는 임계 미셀 농도(CMC) 를 초과할 때까지 액체의 전체 벌크에 무질서한 방식으로 분산됩니다. 그런 다음 분자는 미셀 이라고 하는 구형 형태로 조직화되기 시작합니다.
용액에서 계면 활성제의 농도가 증가하면 표면 장력이 특정 수준으로 떨어지고 후속 농도 증가에 관계없이 일정하게 유지됩니다. 비이온성 표면 활성제는 표면 장력을 줄이는 데 가장 효과적입니다.
계면활성제를 사용할 때 임계 미셀 농도를 아는 것은 매우 중요합니다. 이는 주어진 계면활성제에 대한 제품에 가장 적합한 임계 농도를 결정하기 때문입니다.
표면장력을 측정할 수 있는 방법에는 석순법, 모세관 상승법, 최대 기포압법이 있습니다.
계면 활성제의 거품 생성 특성
계면활성제의 거품 생성 특성은 거품을 생성하는 계면활성제의 능력입니다. 그들의 측정은 특정 조건에서 계면 활성제를 함유한 용액에서 생성된 거품의 부피입니다. 표면 활성제의 이러한 특성은 스스로를 미셀 로 배열하고 기포를 안정화하는 능력에서 비롯됩니다.
순수한 액체에서는 거품이 발생하지 않습니다. 거품을 생성하기 위해 공기 또는 다른 가스가 적절한 계면활성제와 함께 액체에 도입됩니다. 그런 다음 계면 활성제 분자는 액체-기체 계면 경계에서 정렬됩니다. 용액의 계면 활성제 농도가 높으면 계면 활성제 분자가 액체-기체 상 경계에 수직으로 배열됩니다. 친수성 ‘머리’는 액체의 대부분을 향하고 있는 반면 소수성 ‘꼬리’는 공기를 가리킵니다. 액체 상태에서 기포가 방출되면 계면 활성제 분자가 기체 표면에 흡착되어 거품을 형성합니다.
거품을 형성하는 계면 활성제의 능력은 계면 활성제의 농도 및 화학 구조, 용액의 pH 값, 용액 내 다른 성분의 존재 및 물 경도와 같은 여러 요인에 따라 다릅니다. 12-15 원자 길이의 알킬 사슬 또는 10-12 옥시에틸렌 그룹을 포함하는 폴리옥시에틸렌 사슬을 가진 계면활성제 분자는 최고의 거품 형성 특성을 갖습니다. 반면에, 10개 미만의 탄소 원자 또는 16개보다 긴 알킬 사슬을 갖는 계면활성제 분자는 최악의 거품 형성 특성을 갖는다.
모든 계면활성제의 발포 능력은 구조를 수정하여 조정할 수 있습니다 . 폴리옥시프로필렌 모이어티를 계면활성제 분자에 삽입하면 거품 발생을 줄일 수 있고 에틸렌 옥사이드를 첨가하면 계면활성제의 거품 형성 능력이 증가합니다.
계면 활성제의 거품 생성 특성은 광물 부양, 세제 생산 및 식품 산업과 같은 많은 산업 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 어떤 경우에는 거품이 발생하는 것이 바람직하지 않거나 심지어 해로울 수도 있습니다. 이 현상은 주로 섬유 산업, 산업용 세탁 및 세탁 공정, 가정용 자동 세탁기에서 장애가 됩니다. 계면활성제 발포 능력을 제거하거나 제한하기 위해 소포제를 첨가할 수 있습니다(예: 실리콘 제제 또는 특정 비이온성 표면 활성제).
소포제에 속하는 계면활성제는 친수성-친유성 균형값이 1.5~3 범위 내이다. 계면 활성제의 거품 생성 능력을 테스트할 때 거품의 안정성과 밀도는 부피와 함께 평가됩니다.
계면활성제의 습윤성
습윤성은 계면활성제의 또 다른 특성입니다. 액체와 고체 사이의 표면 장력을 줄이고 고체 표면에서 공기를 제거하는 분자의 능력 덕분에 표면에 있는 액적의 조해성이 크게 증가합니다. 즉, 습윤성은 계면 활성제 분자와 그 용액이 표면에 퍼지는 능력입니다. 이 현상의 결과로 용액과 젖은 표면 사이의 에너지 장벽이 낮아 집니다. 이 현상은 접촉 면적을 증가시켜 주어진 프로세스의 효율성과 속도를 향상시킵니다.
순수한 액체를 계면활성제가 첨가된 액체와 비교할 때 두 방울이 차지하는 면적의 차이가 명확하게 보입니다.
계면활성제의 습윤성 덕분에 직물은 물에 더 빨리 젖을 수 있어 세탁 과정이 빨라집니다. 이 품질은 농약(예: 분무된 액체에 의한 잎 표면의 적심), 페인트 및 바니시 산업, 건설 산업에서도 사용됩니다.
고체를 적시는 액체의 능력을 설명하는 양은 습윤 각도 Θ이며, 이는 습윤 표면과 습윤 액적 사이의 각도입니다. 각도가 0이면 액체 방울에 의해 주어진 표면이 완전히 젖음을 의미합니다. 각도 0° < Θ < 90°는 액체가 부분적으로 젖을 때 특징적인 반면 각도 90° < Θ < 180°는 부분적으로 젖지 않는 액체를 의미합니다. 젖음성이 전혀 없는 액체는 젖음각 Θ이 180°입니다.
유화
유화는 두 개의 상호 불용성 및 비혼화성 물질 의 현탁액 형성을 포함하며, 그 중 적어도 하나는 액체입니다. 이 과정의 결과로, 소위 에멀젼 이라고 하는 불균일 한 분산 시스템이 형성 됩니다. 두 구성 요소가 모두 액체인 경우 에멀젼은 한 상의 액적이 다른 상의 액적 현탁액입니다. 한 액체는 연속상 또는 외부상이고 다른 하나는 분산상 또는 내부상입니다. 그러나 이러한 시스템이 안정적이기 위해서는 한 액체의 액적을 둘러싸고 다른 상과 분리하고 더 큰 응집체로 결합하는 것을 방지하는 계면활성제를 사용해야 합니다. 이것은 표면 활성제 분자의 정렬 덕분에 발생합니다. 그들은 극성 용매를 향한 친수성 머리와 비극성 상을 향한 소수성 꼬리로 배열됩니다. 이것이 수중유 에멀젼이 형성 되는 방식입니다. 여기서 연속상은 비극성 유상이 분산된 극성수이거나 역으로 W/O 에멀젼, 즉 유 중수 입니다.
에멀젼이라는 용어는 액체의 기체 또는 고체의 혼합물, 액체의 은 화합물 현탁액(소위 사진 에멀젼) 및 연소 엔진에 사용되는 혼합물(소위 연료-공기 에멀젼)을 설명하는 데 사용할 수 없습니다.
유상 및 수상에 대한 유화제의 친화도는 HLB 매개변수(친수성-친유성 균형)에 의해 제공됩니다. 그 값은 특정 표면 활성제가 유중수 또는 수중유 에멀젼을 안정화하는 데 더 좋은지 여부를 결정합니다. HLB가 10 미만인 유화제는 일반적으로 유중수 에멀젼을 안정화하는 반면, HLB가 10보다 큰 유화제는 수중유 에멀젼을 안정화합니다.
유화 과정에서 생성된 에멀젼의 안정성과 형성 용이성은 중요한 문제입니다. 유화제는 의도한 기능에 유용한 여러 속성과 용도를 가질 수 있습니다. 유화제에 대한 요구 사항에는 계면 경계에서의 표면 장력 감소, 반전 현상 방지, 유화 안정화, 독성 또는 냄새 부족이 포함됩니다. 일반적으로 개별 유화제는 원하는 특성 중 일부만 보유하므로 적절한 유화제를 혼합하여 사용하는 경우가 많습니다.
에멀젼을 형성하는 능력은 계면활성제가 많은 산업에서 사용될 수 있도록 합니다. 이러한 현상으로 우리는 화장품, 페인트, 접착제, 바니시 및 플라스틱을 생산할 수 있습니다. 또한 계면 활성제는 야금, 식품, 자원 추출, 연료, 섬유, 화학, 건설 및 기타 여러 산업에서 유화제로 사용됩니다.
세정력
세제는 불순물을 제거하는 과정입니다 . 이것은 먼지 입자를 둘러싸고 있는 계면활성제의 참여로 발생하며 비극성 꼬리, 즉 탄화수소 사슬이 먼지 입자를 향하도록 배치됩니다. 다음으로 표면의 흙을 부수고 사방에서 둘러싸서 미셀 을 형성합니다. 이렇게 생성된 에멀젼은 불순물 제거를 용이하게 한다.
계면 활성제는 다른 표면 활성제와 결합할 때 시너지 효과를 나타냅니다 . 시너지는 둘 이상의 구성 요소의 효과가 개별적으로 취해진 개별 효과의 합보다 큰 현상입니다.
