순수 물에서 SDS/Brij 30, DBS/Brij 30 및 SDS/DBS 혼합계면활성제의 미셀화에 대한 비교연구 Comparative Study on the Micellization of SDS/Brij 30, DBS/Brij 30, and SDS/DBS Mixed Surfactant Systems in Pure Water원문보기
[ $25^{\circ}C$ ] 순수 물에서 음이온성 계면활성제인 DBS(sodium dodecyl benzenesulfonate)와 SDS(sodium dodecylsulfate) 그리고 비이온성 계면활성제인 Brij 30(polyoxyethylene(4) lauryl ether) 사이의 혼합미셀화에 대한 임계미셀농도(CMC)와 반대이온의 결합상수값(B)을 전도도법과 표면장력계법으로 측정하였다. 이와 같이 측정한 CMC값에 비이상적 혼합미셀화 모델을 적용함으로써 여러 가지 열역학적 함수값($X_i,\;{\gamma}i,\;C_i,\;a_i^M,\;{\beta}$ 및 ${\Delta}H_{mix}$)들을 계산하여 상호 비교분석하였다. 그 결과, SDS는 DBS보다 Brij 30과 더욱 강한 상호작용을 이루었으며, SDS/Brij 30 혼합계면활성제가 이상적 혼합미셀화로부터 가장 큰 음의 벗어남을 보였다. 그리고 SDS/DBS 혼합계면활성제는 거의 이상적 혼합미셀화를 이루는 것으로 나타났다.
[ $25^{\circ}C$ ] 순수 물에서 음이온성 계면활성제인 DBS(sodium dodecyl benzenesulfonate)와 SDS(sodium dodecylsulfate) 그리고 비이온성 계면활성제인 Brij 30(polyoxyethylene(4) lauryl ether) 사이의 혼합미셀화에 대한 임계미셀농도(CMC)와 반대이온의 결합상수값(B)을 전도도법과 표면장력계법으로 측정하였다. 이와 같이 측정한 CMC값에 비이상적 혼합미셀화 모델을 적용함으로써 여러 가지 열역학적 함수값($X_i,\;{\gamma}i,\;C_i,\;a_i^M,\;{\beta}$ 및 ${\Delta}H_{mix}$)들을 계산하여 상호 비교분석하였다. 그 결과, SDS는 DBS보다 Brij 30과 더욱 강한 상호작용을 이루었으며, SDS/Brij 30 혼합계면활성제가 이상적 혼합미셀화로부터 가장 큰 음의 벗어남을 보였다. 그리고 SDS/DBS 혼합계면활성제는 거의 이상적 혼합미셀화를 이루는 것으로 나타났다.
The critical micelle concentration (CMC) and the counter ion binding constant (B) for the mixed micellizations of DBS (sodium dodecylbenzenesulfonate), SDS (sodium dodecylsulfate), and Brij 30 (polyoxyethylene(4) lauryl ether) at $25^{\circ}C$ in pure water were determined by the use of e...
The critical micelle concentration (CMC) and the counter ion binding constant (B) for the mixed micellizations of DBS (sodium dodecylbenzenesulfonate), SDS (sodium dodecylsulfate), and Brij 30 (polyoxyethylene(4) lauryl ether) at $25^{\circ}C$ in pure water were determined by the use of electric conductivity and surface tension measuring methods. Various thermodynamic parameters ($X_i,\;{\gamma}i,\;C_i,\;a_i^M,\;{\beta}$, and ${\Delta}H_{mix}$) were calculated and compared with each other mixed surfactant system by means of the equations derived from the nonideal mixed micellar model. The results show that the SDS molecule interacts more strongly with Brij 30 molecule than DBS molecule and that the SDS/Brij 30 mixed surfactant system has the greatest negative deviation from the ideal mixed micellar model and the SDS/DBS mixed system has followed almost the ideal mixed micellar model.
The critical micelle concentration (CMC) and the counter ion binding constant (B) for the mixed micellizations of DBS (sodium dodecylbenzenesulfonate), SDS (sodium dodecylsulfate), and Brij 30 (polyoxyethylene(4) lauryl ether) at $25^{\circ}C$ in pure water were determined by the use of electric conductivity and surface tension measuring methods. Various thermodynamic parameters ($X_i,\;{\gamma}i,\;C_i,\;a_i^M,\;{\beta}$, and ${\Delta}H_{mix}$) were calculated and compared with each other mixed surfactant system by means of the equations derived from the nonideal mixed micellar model. The results show that the SDS molecule interacts more strongly with Brij 30 molecule than DBS molecule and that the SDS/Brij 30 mixed surfactant system has the greatest negative deviation from the ideal mixed micellar model and the SDS/DBS mixed system has followed almost the ideal mixed micellar model.
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문제 정의
지금까지 여러 종류의 혼합계면활성제에 대한 연구가 많이 진행되었지만, 이러한 음이온성/비이온성과 음이온성/음이온성 혼합계면활성제의 미셀화에 대한 상호비교연구는 진행 되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 순수 물에서 SDS/ Brij 30, DBS/Brij 30 그리고 SDS/DBS 혼합계면활성제의 미셀화에 대하여 임계미셀농도(CMC)와 반대이온 결합상수(B)값을 전도도법으로 측정하였으며, 측정한 값들에 비이상적 혼합미셀 모델을 적용하여 여러 열역학적 함수값들을 계산하고 서로 비교분석하고자 한다.
본 연구에서는 음이온성 계면활성제인 DBS(C12H24C6H4SO3-Na+)와 SDS(C12H24SO4-Na+) 그리고 비이온성 계면활성제인 Brij 30(C12H25(OCH2CH2)4OH)을 서로 혼합한 혼합계면활성제들의 미셀화에 대하여 조사하여 서로 비교 분석하고자 한다. 즉, 계면활성제의 머리-그룹의 종류에 따라 혼합미셀 속에서 두 성분들의 상호작용의 세기가 어떻게 달라지며 또한 이런 인자들이 혼합계면활성제의 미셀화에 어떤 영향을 미치는지를 조사하고자 하였다.
OH)을 서로 혼합한 혼합계면활성제들의 미셀화에 대하여 조사하여 서로 비교 분석하고자 한다. 즉, 계면활성제의 머리-그룹의 종류에 따라 혼합미셀 속에서 두 성분들의 상호작용의 세기가 어떻게 달라지며 또한 이런 인자들이 혼합계면활성제의 미셀화에 어떤 영향을 미치는지를 조사하고자 하였다. 지금까지 여러 종류의 혼합계면활성제에 대한 연구가 많이 진행되었지만, 이러한 음이온성/비이온성과 음이온성/음이온성 혼합계면활성제의 미셀화에 대한 상호비교연구는 진행 되지 않았다.
제안 방법
14,17,19 즉, 순수 SDS, DBS 및 혼합계면활성제의 임계미셀농도(CMC)와 반대이온결합상수(B)값은 전도도 측정법으로 결정하였으며, 순수 Brij 30의 임계미셀농도는 표면장력 측정법으로 결정하였다. 용액 제조를 위해 각 계면활성제를 농도가 0.
용액의 전도도 값을 계면활성제의 농도에 대하여 도시하였을 때 두 직선이 얻어졌으며, 두 직선의 교차 점으로부터 임계미셀농도(CMC)값을 그리고 두 직선의 기울기의 비로부터 반대이온결합상수(B)값을 결정하였다.19,20 실험은 25℃에서 행하여 졌으며, 온도를 일정하게 유지하기 위하여 측정한 모든 용액을 항온조에 30분 이상 담근 후 측정하였다.
25 ℃의 순수 물에서 서로 다른 2종류의 계면활성제를 혼합한 DBS/Brij 30, SDS/DBS 및 SDS/Brij 30 혼합시스템의 CMC값을 α1의 변화에 따라 측정하였으며, 그 결과를 각각 Table 1, 2, 및 3에 나타내었다.
14,17,19 즉, 순수 SDS, DBS 및 혼합계면활성제의 임계미셀농도(CMC)와 반대이온결합상수(B)값은 전도도 측정법으로 결정하였으며, 순수 Brij 30의 임계미셀농도는 표면장력 측정법으로 결정하였다. 용액 제조를 위해 각 계면활성제를 농도가 0.05 M인 저장용액을 만들었으며, 이들 저장용액들을 일정한 부피비로 혼합함으로써 조성이 고정된 혼합계면활성제의 저장용액을 만들 수 있었다. 이렇게 제조한 저장용액을 동일한 용매로 묽혀서 계면활성제의 농도가 서로 다른 12개의 용액을 만들어서 각 용액의 전도도 값과 표면장력 값을 측정하였다.
이렇게 제조한 저장용액을 동일한 용매로 묽혀서 계면활성제의 농도가 서로 다른 12개의 용액을 만들어서 각 용액의 전도도 값과 표면장력 값을 측정하였다. 용액의 전도도 값을 계면활성제의 농도에 대하여 도시하였을 때 두 직선이 얻어졌으며, 두 직선의 교차 점으로부터 임계미셀농도(CMC)값을 그리고 두 직선의 기울기의 비로부터 반대이온결합상수(B)값을 결정하였다.19,20 실험은 25℃에서 행하여 졌으며, 온도를 일정하게 유지하기 위하여 측정한 모든 용액을 항온조에 30분 이상 담근 후 측정하였다.
05 M인 저장용액을 만들었으며, 이들 저장용액들을 일정한 부피비로 혼합함으로써 조성이 고정된 혼합계면활성제의 저장용액을 만들 수 있었다. 이렇게 제조한 저장용액을 동일한 용매로 묽혀서 계면활성제의 농도가 서로 다른 12개의 용액을 만들어서 각 용액의 전도도 값과 표면장력 값을 측정하였다. 용액의 전도도 값을 계면활성제의 농도에 대하여 도시하였을 때 두 직선이 얻어졌으며, 두 직선의 교차 점으로부터 임계미셀농도(CMC)값을 그리고 두 직선의 기울기의 비로부터 반대이온결합상수(B)값을 결정하였다.
대상 데이터
계면활성제인 SDS, DBS 및 Brij 30는 순도가 95% 이상인 Aldrich사의 제품을 더 이상 정제하지 않고 바로 사용하였으며, 측정방법과 사용한 기기는 전편의 논문에서와 같은 방법을 사용하였다.14,17,19 즉, 순수 SDS, DBS 및 혼합계면활성제의 임계미셀농도(CMC)와 반대이온결합상수(B)값은 전도도 측정법으로 결정하였으며, 순수 Brij 30의 임계미셀농도는 표면장력 측정법으로 결정하였다.
성능/효과
SDS/Brij 30, DBS/Brij 30 및 SDS/DBS 혼합시스템의 미셀화에 대한 CMC값을 측정하여 비이상적 혼합미셀 모델을 적용하여 봄으로써 SDS/Brij 30 시스템과 DBS/Brij 30시스템은 혼합미셀 상에서 두 성분들의 머리-그룹들 사이에 이온-쌍극자 상호작용으로 인하여 두 혼합시스템 모두 이상적 혼합미셀화로부터 크게 음의 벗어남을 알수 있었다. 이에 반하여 SDS/DBS 혼합시스템은 두 성분들이 서로 구분이 없이 거의 이상적 혼합미셀화를 따르는 것으로 나타났다.
각 혼합시스템의 미셀화에 대하여 측정한 B의 값도 α1 값이 증가함에 따라 모두 증가하는 현상을보였으며, 특히 SDS/Brij 30과 DBS/Brij 30 시스템보다 SDS/DBS 시스템에 대한 B값이 더욱 큰 값을 나타내고 있다.
모든 혼합시스템의 미셀화에 대한∆Gom값은 α1의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였으며, SDS/DBS 시스템은 모든 α1에서 다른 두 혼합시스템과 비교하여 더욱 작은 ∆Gom값을 나타내고 있다.
여기서 보면 알 수 있듯이 세 종류의 혼합계면활성제들은 모두 α1의 증가에 따라 CMC값이 점차적으로 증가함을 보였다.
SDS/Brij 30, DBS/Brij 30 및 SDS/DBS 혼합시스템의 미셀화에 대한 CMC값을 측정하여 비이상적 혼합미셀 모델을 적용하여 봄으로써 SDS/Brij 30 시스템과 DBS/Brij 30시스템은 혼합미셀 상에서 두 성분들의 머리-그룹들 사이에 이온-쌍극자 상호작용으로 인하여 두 혼합시스템 모두 이상적 혼합미셀화로부터 크게 음의 벗어남을 알수 있었다. 이에 반하여 SDS/DBS 혼합시스템은 두 성분들이 서로 구분이 없이 거의 이상적 혼합미셀화를 따르는 것으로 나타났다. 음이온성 계면활성제와 비이온성계면활성제(Brij 30)를 혼합하였을 때에는 혼합미셀 상에서 비이온성인 Brij 30분자가 음이온성 계면활성제인 SDS와 DBS분자들보다 더욱 많이 존재하게 된다.
즉, SDS/Brij 30 시스템과 DBS/Brij 30 시스템의 미셀화에 대한 β값의 평균 값은 각각 -1.28과 -0.99으로서 비교적 작은 값을 나타내 었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
혼합계면활성제의 특징은 무엇인가?
계면활성제의 생산과정에는 여러 종류의 계면활성제가 동시에 생성되든지 혹은 미반응의 유기물질들이 다량 함유되어 실생활에서는 혼합된 계면활성제가 많이 이용되고 있다.1,2 혼합계면활성제는 단일 성분의 계면활성제가 나타낼 수 없는 특수한 물리적 및 화학적인 성질을 나타내며, 이러한 혼합계면활성제의 특성을 페인트, 화장품, 농약제조업과 같은 산업현장에 응용하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다.3~13 특히 이러한 혼합미셀화 현상을 연구하기 위하여 유사상태분리 모델을 기초로 하는 비이상적 혼합미셀 모델을 많이 이용하여 분석하고 있다.
SDS/DBS 시스템에 대한 B값이 SDS/Brij 30과 DBS/Brij 30 시스템보다 더욱 큰 이유는 무엇인가?
각 혼합시스템의 미셀화에 대하여 측정한 B의 값도 α1 값이 증가함에 따라 모두 증가하는 현상을 보였으며, 특히 SDS/Brij 30과 DBS/Brij 30 시스템보다 SDS/DBS 시스템에 대한 B값이 더욱 큰 값을 나타내고 있다. 이것은 음의 전하를 띠는 SDS와 DBS분자들의 머리-그룹들은 Brij 30분자들의 비이온성인 머리-그룹과 강한 이온-쌍극자 결합을 이루기 때문이라고 사료된다. Table 1~3에 있는 각 혼합시스템에 대하여 측정한 CMC와 B값을 이용하면 각 혼합계면활성제의 미셀화에 대한 Gibbs 자유에너지의 변화량(ΔGom)을 식 (1)에 의하여 계산할 수 있다.
SDS와 DBS를 혼합했을 때 거의 동등한 비율로 혼합미셀을 형성하는 이유는 무엇인가?
음이온성 계면활성제와 비이온성계면활성제(Brij 30)를 혼합하였을 때에는 혼합미셀 상에서 비이온성인 Brij 30분자가 음이온성 계면활성제인 SDS와 DBS분자들보다 더욱 많이 존재하게 된다. 그러나 음이온성 계면활성제인 SDS와 DBS를 혼합하였을 때에는 두 성분들 사이에 정전기적 반발력으로 인하여 두 성분들이 상호구분이 없어지게 되어 거의 동등한 비율로 혼합미셀을 형성하게 된다. 혼합미셀 상에서 두 성분들의 상호작용의 세기를 나타내는 β값과 ΔHmix값을 서로 비교하여 봄으로써 이러한 사실들을 알 수 있었다.
참고문헌 (22)
Efrat, R.; Abramov, Z.; Aserin, A.; Garti, N. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 10709.
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