단백질 계면활성제로서의 아미노산 계면활성제는 친환경적인 화합물이다. 따라서 아미노산계 계면활성제는 차세대 계면활성제로 기대된다. 아미노산계 계면활성제는 높은 생분해성, 낮은 독성 및 표면 활성 특성을 갖는다. 이 실험에서 아미노산 기반의 계면활성제인 cocoyl glycine은 코코넛 오일과 팜 오일과 같은 트리글리세라이드와 글리신에 의해 합성되었다. 그리고 이것은 표면 장력, 유화 특성, 거품 안정성 및 HLB 값을 측정하였다. 합성된 계면활성제는 FT-IR에 의해 확인되었다. 희석된 계면활성제 수용액에서 코코넛 오일로 합성된 계면활성제의 표면 장력은 $1.0{\times}10^{-4}mol/L$에서 31.2 dyne/cm 이었다. 희석된 계면활성제의 수용액에서 팜 오일에 의해 합성된 계면활성제의 표면 장력은 $3.2{\times}10^{-5}mol/L$에서 42.1 dyne/cm 이었다. 기포 안정성은 시간 경과에 따라 기포 높이를 측정했다. 코코넛 오일로 합성된 계면활성제의 초기 기포 높이는 14.5cm이고 5분 후 10.7cm였다. 팜 오일에 의해 합성 된 계면활성제의 초기 기포 높이는 3.0 cm이고, 5 분 후에 2.8 cm이다. 코코넛 오일로 합성한 계면 활성제의 기포 높이는 팜 오일로 합성한 계면 활성제보다 높았다. 그러나 팜 오일로 합성한 계면활성제의 기포 안정성은 코코넛 오일로 합성한 계면활성제보다 우수하였다. 합성된 계면활성제의 유화 특성은 벤젠과 콩기름에서 관찰되며 유기 용매에서의 유화 성질이 콩기름에서보다 우수하다.
단백질 계면활성제로서의 아미노산 계면활성제는 친환경적인 화합물이다. 따라서 아미노산계 계면활성제는 차세대 계면활성제로 기대된다. 아미노산계 계면활성제는 높은 생분해성, 낮은 독성 및 표면 활성 특성을 갖는다. 이 실험에서 아미노산 기반의 계면활성제인 cocoyl glycine은 코코넛 오일과 팜 오일과 같은 트리글리세라이드와 글리신에 의해 합성되었다. 그리고 이것은 표면 장력, 유화 특성, 거품 안정성 및 HLB 값을 측정하였다. 합성된 계면활성제는 FT-IR에 의해 확인되었다. 희석된 계면활성제 수용액에서 코코넛 오일로 합성된 계면활성제의 표면 장력은 $1.0{\times}10^{-4}mol/L$에서 31.2 dyne/cm 이었다. 희석된 계면활성제의 수용액에서 팜 오일에 의해 합성된 계면활성제의 표면 장력은 $3.2{\times}10^{-5}mol/L$에서 42.1 dyne/cm 이었다. 기포 안정성은 시간 경과에 따라 기포 높이를 측정했다. 코코넛 오일로 합성된 계면활성제의 초기 기포 높이는 14.5cm이고 5분 후 10.7cm였다. 팜 오일에 의해 합성 된 계면활성제의 초기 기포 높이는 3.0 cm이고, 5 분 후에 2.8 cm이다. 코코넛 오일로 합성한 계면 활성제의 기포 높이는 팜 오일로 합성한 계면 활성제보다 높았다. 그러나 팜 오일로 합성한 계면활성제의 기포 안정성은 코코넛 오일로 합성한 계면활성제보다 우수하였다. 합성된 계면활성제의 유화 특성은 벤젠과 콩기름에서 관찰되며 유기 용매에서의 유화 성질이 콩기름에서보다 우수하다.
Amino acid based surfactants as protein-surfactants is eco-friendly compound. So, amino acid based surfactants is expected as next generation surfactants. Amino acid based surfactants has high biodegradability, low toxicity and surface active properties. In this experiment, amino acid based surfacta...
Amino acid based surfactants as protein-surfactants is eco-friendly compound. So, amino acid based surfactants is expected as next generation surfactants. Amino acid based surfactants has high biodegradability, low toxicity and surface active properties. In this experiment, amino acid based surfactants, cocoyl glycine, was synthesized by glycine and triglyceride such as coconut oil and palm oil. And it was tested the surface tension, emulsifying properties, foam stability and HLB value. The synthesized surfactants was confirmed by FT-IR. Surface tension of surfactants synthesized by coconut oil on diluted aqueous solutions of surfactants was 31.2 dyne/cm at $1.0{\times}10^{-4}mol/L$. Surface tension of surfactants synthesized by palm oil on the diluted aqueous solutions of surfactants was 42.1 dyne/cm at $3.2{\times}10^{-5}mol/L$. Foam stability measured the foam height as time passed. Initial foam height of surfactants synthesized by coconut oil is 14.5 cm, and 10.7 cm after five minutes. Initial foam height of surfactants synthesized by palm oil is 3.0 cm, and 2.8 cm after five minutes. Foam height of surfactants synthesized by coconut oil was higher than surfactants synthesized by palm oil. But foam stability of surfactants synthesized by palm oil was better than surfactants synthesized by coconut oil. The emulsifying properties of synthesized surfactants are observed in benzene and soybean oil and emulsifying properties in organic solvent is better than in soybean oil.
Amino acid based surfactants as protein-surfactants is eco-friendly compound. So, amino acid based surfactants is expected as next generation surfactants. Amino acid based surfactants has high biodegradability, low toxicity and surface active properties. In this experiment, amino acid based surfactants, cocoyl glycine, was synthesized by glycine and triglyceride such as coconut oil and palm oil. And it was tested the surface tension, emulsifying properties, foam stability and HLB value. The synthesized surfactants was confirmed by FT-IR. Surface tension of surfactants synthesized by coconut oil on diluted aqueous solutions of surfactants was 31.2 dyne/cm at $1.0{\times}10^{-4}mol/L$. Surface tension of surfactants synthesized by palm oil on the diluted aqueous solutions of surfactants was 42.1 dyne/cm at $3.2{\times}10^{-5}mol/L$. Foam stability measured the foam height as time passed. Initial foam height of surfactants synthesized by coconut oil is 14.5 cm, and 10.7 cm after five minutes. Initial foam height of surfactants synthesized by palm oil is 3.0 cm, and 2.8 cm after five minutes. Foam height of surfactants synthesized by coconut oil was higher than surfactants synthesized by palm oil. But foam stability of surfactants synthesized by palm oil was better than surfactants synthesized by coconut oil. The emulsifying properties of synthesized surfactants are observed in benzene and soybean oil and emulsifying properties in organic solvent is better than in soybean oil.
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제안 방법
)로 표면장력을 측정하였다. 각각 3번씩 측정하여 평균값을 사용하였다. 계면활성제는 각각 고유한 임계미셀농도(CMC)를 갖는데 임계미셀농도를 경계로 표면장력, 삼투압 등 용액의 성질이 현저하게 변한다.
계면활성제의 친수성과 소수성의 균형을 나타내는 지표인 HLB를 구하였다. HLB의 값이 10보다 작을 때는 지용성이고, 10보다 클 때는 수용성이다.
계면활성제의 표면장력을 측정하기 위해 코코넛 오일로부터 유도된 N-아실 글리신과 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신을 증류수에 넣어 10-6∼10-1 mol/L 용액을 만들어 시료를 만들었다.
계면활성제의 합성 여부를 알아보기 위해 FT-IR(FT/IR-480 Plus, Jasco)로 피크를 관찰하여 정성분석 하였다. 합성이 되면 피크가 이동하거나 사라지기 때문에 생성물과 글리신, 트리글리세라이드의 피크를 비교 분석하여 합성 여부를 확인하였다.
계면활성제의 합성 여부를 확인하기 위해 생성물, 트리글리세라이드, 글리신의 FT-IR 스펙트럼을 비교 분석하여 Fig. 2에 나타내었다. 코코넛오일로부터 유도된 N-아실 글리신은 (a)로 N-H 신축진동 피크가 3317 cm-1 로 (c) glycine과 비교하였을 때 왼쪽으로 이동하였다.
그 후, 트리글리세라이드를 sodiummethoxide와 반응시켜 트리글리세라이드의 아실기가 결합된 메틸에스테르(CH3OOCR)를 합성하였다. 그리고 메틸에스테르(CH3OOCR)를 글리신과 반응시켜 아미노산계 계면활성제를 합성하였다. 합성한 아미노산계 계면활성제의 구조를 FT-IR을 통해 확인하였으며, 합성물의 물성을 확인하기 위해 표면장력, 임계미셀농도, 초기 기포력, 기포안정성, 유화력을 측정하였다.
넷째, 유화력을 확인하기 위해 합성한 계면활성제 0.1 mol/L 용액을 만든 후, 두 개의 100ml 메스실린더에 각각 벤젠 50 ml와 계면활성제0.1 mol/L 용액 50 ml를 혼합한 용액과 대두유50 ml와 계면활성제 0.1 mol/L 용액 50 ml를혼합한 용액을 넣고 시간이 지남에 따라 흰색의 유화된 층의 높이를 측정한다.
본 연구에서 트리글리세라이드를 이용한 아미노산계 계면활성제를 합성하였다. 합성된 아미노산계 계면활성제는 FT-IR 스펙트럼, 수율, HLB,표면장력, 기포력, 유화력 통해 최적의 조건을 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 메탄올과 수산화나트륨을 반응시켜 이 반응의 촉매인 sodium methoxide를 합성하였다. 그 후, 트리글리세라이드를 sodiummethoxide와 반응시켜 트리글리세라이드의 아실기가 결합된 메틸에스테르(CH3OOCR)를 합성하였다.
셋째, 기포력을 측정하기 위해 10-4∼10-1 mol/L 용액을 만들어 50 ml용액에 200 ml 용액을 떨어뜨린 후 기포의 높이를 측정한고, 떨어뜨린 직후부터 1분 후의 기포 높이와 5분 후의 기포 높이를 측정한다.
얻은 지방산의 평균 분자량을 이용하여 알킬기의 평균값을 얻어 대략적인 코코넛 오일로부터 유도된 N-아실 글리신과 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신의 분자량을 얻었다. 코코넛 오일로부터 유도된 N-아실 글리신의 분자량은 577.
FT-IR을 통해 N-H 신축진동 피크가 3317 cm-1 로 글리신과 비교하였을 때 왼쪽으로 이동하였고, C=O 신축진동 피크가 코코넛오일에서는 1741 cm-1로 에스테르에 의해 나타났지만, 코코넛 오일로부터 유도된 N아실 글리신은 1704 cm-1과 1644 cm-1 로 카복실산과 아마이드에 의해서 나타남을 알 수 있었다. 이를 통해, 코코넛 오일과 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신의 합성을 확인하였다.
전체 반응에 대한 반응식은 Scheme 1에 나타내었다. 최종 생성물을 얻고 난 후, 여러 분석을 하였다.
)로 표면장력을 측정하였다. 각각 3번씩 측정하여 평균값을 사용하였다. 계면활성제는 각각 고유한 임계미셀농도(CMC)를 갖는데 임계미셀농도를 경계로 표면장력, 삼투압 등 용액의 성질이 현저하게 변한다.
이론/모형
둘째, HLB 값의 측정을 위해 비누화가를 통해 얻은 평균 분자량을 통해 합성한 계면활성제의 분자식을 유추한 후, Griffin 식에 적용하여 HLB값을 구한다.
[9]. 우리가 합성한 계면횔성제는 비이온 계면활성제이기 때문에 HLB를 구하기 위해 Griffin의 식(1)을 이용하였다. 수율과 HLB의 값은 Table 3 에 나타내었다.
성능/효과
1. FT-IR을 통해 N-H 신축진동 피크가 3317 cm-1 로 글리신과 비교하였을 때 왼쪽으로 이동하였고, C=O 신축진동 피크가 코코넛오일에서는 1741 cm-1로 에스테르에 의해 나타났지만, 코코넛 오일로부터 유도된 N아실 글리신은 1704 cm-1과 1644 cm-1 로 카복실산과 아마이드에 의해서 나타남을 알 수 있었다. 이를 통해, 코코넛 오일과 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신의 합성을 확인하였다.
5. 코코넛 오일로부터 유도된 N-아실 글리신의 기포력은 14.5 cm, 5분 후 10.7 cm, 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신의 기포력은 3 cm, 5분 후 2.8 cm임을 확인하였으며, 이를 통해, 코코넛 오일로부터 유도된 N-아실 글리신의 초기 기포력이 팜 오일로부터 유도된 N-아실 글리신보다 우수하고, 상대적으로 팜 오일로부터 유도된 N-아실 글리신의 기포 안정성이 코코넛 오일로부터 유도된 N-아실 글리신보다 더 우수함을 확인하였다.
또한 유화의 안정성은 분산상과 연속상의 상분리가 일어나는 시간을 측정하여 평가할 수 있다[11]. 72시간 경과 시 약 70% 의 유화력을 갖는 것을 확인하였다. 벤젠과 대두유를 비교하였을 때 벤젠에서의 유화층의 높이가 대두유에서의 유화층의 높이보다 변화가 없고 줄어들지 않는 것을 확인하였다.
그러나 초기와 5분 후의 기포 높이의 차이는 코코넛 오일로부터 유도된 N-아실 글리신은 3.8 cm 이고, 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신은 0.2 cm 임을 확인하였다. 따라서 기포 안정성은 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신이 더 우수한 것을 확인하였다.
8 cm 이었다. 따라서 5분 후의 기포력도 코코넛 오일로부터 유도된 N-아실 글리신이 더 우수함을 알 수 있었다.
2 cm 임을 확인하였다. 따라서 기포 안정성은 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신이 더 우수한 것을 확인하였다. 초기 기포높이 그래프는 Fig.
(a)의 C=O 신축진동 피크가 1704 cm-1, 1644 cm-1 로 카복실산 과 아마이드에 의해서 나타났지만 (b) 코코넛 오일은 1741 cm-1로 에스테르에 의해서 나타난 것을 확인하였다. 따라서 생성물은 2차 아민이며 아마이드라는 것을 확인하였다.
벤젠과 대두유를 비교하였을 때 벤젠에서의 유화층의 높이가 대두유에서의 유화층의 높이보다 변화가 없고 줄어들지 않는 것을 확인하였다. 따라서 코코넛 오일로부터 유도된 N-아실 글리신과 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신은 벤젠과 같은 유기용매에서 더 좋은 유화력을 가지고 있는 것을 확인하였다. 벤젠에서의 유화력 그래프는 Fig.
72시간 경과 시 약 70% 의 유화력을 갖는 것을 확인하였다. 벤젠과 대두유를 비교하였을 때 벤젠에서의 유화층의 높이가 대두유에서의 유화층의 높이보다 변화가 없고 줄어들지 않는 것을 확인하였다. 따라서 코코넛 오일로부터 유도된 N-아실 글리신과 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신은 벤젠과 같은 유기용매에서 더 좋은 유화력을 가지고 있는 것을 확인하였다.
초기 기포 높이는 코코넛오일로부터 유도된 N-아실 글리신은 10-4∼10-1 mol/L에서 0.1∼14.5 cm 이었고, 팜 오일로부터 유도된 N-아실 글리신은 10-4∼10-1 mol/L에서 0∼3.0 cm 이었으며, 그에 따른 그래프를 따라서 초기 기포력은 코코넛 오일로부터 유도된 N아실 글리신이 더 우수함을 알 수 있었다.
수율은 이론적으로 반응했을 때의 값과 실제 값의 비를 백분율로 나타낸 것이다. 코코넛 오일로부터 유도된 N-아실 글리신의 수율은 63.8%, 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신은 71.3%이었다. 코코넛 오일과 팜오일로부터 유도된 N-아실 글리신의 녹는점을 측정하였다.
단백질 계면활성제로서의 아미노산 계면활성제는 친환경적인 화합물이다. 따라서 아미노산계 계면활성제는 차세대 계면활성제로 기대된다.
아미노산계 계면활성제의 특성은 무엇인가?
따라서 아미노산계 계면활성제는 차세대 계면활성제로 기대된다. 아미노산계 계면활성제는 높은 생분해성, 낮은 독성 및 표면 활성 특성을 갖는다. 이 실험에서 아미노산 기반의 계면활성제인 cocoyl glycine은 코코넛 오일과 팜 오일과 같은 트리글리세라이드와 글리신에 의해 합성되었다.
차세대 계면활성제로 아미노산이 기대되어지는 이유는 어떤 특징 때문인가?
아미노산은 자연계에 풍부하게 존재하는 물질로 특히, 인체를 구성하는 주요 성분들이기 때문에 환경 친화적인 소재이며 아미노산류를 이용한 유기합성 공업은 공해가 없는 화학 공정으로서 지속적인 개발이 필요하다[3]. 단백질 계면활성제라고도 불리는 아미노산계 계면활성제는 고부가 가치성이 있는 차세대 계면활성제로 기대되어지고 있으며 생체 안정성이 높은 아미노산을 이용한다는 점에서 친환경적이라고 할 수 있다[4].
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