[논문]식기용 세정제 조성에 있어서 계면물성이 세정력에 미치는 영향

오현주; 임효선; 김영호

doi:10.14478/ace.2019.1100

식기용 세정제 조성에 있어서 계면물성이 세정력에 미치는 영향
Effect of Interfacial Properties on the Detergency in Dishwashing Agent Composition 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.31 no.2, 2020년, pp.193 - 199

오현주 (마마포레스트) , 임효선 (마마포레스트) , 김영호 (한경대학교 화학공학과)

초록
AI-Helper

식기세정용 세정제의 조성에 따른 오일(O) 및 세정수용액(W)의 계면의 물성에 미치는 영향을 조사하였으며 계면물성에 따른 세정효과를 검토하였다. 또한 각 조성에 따른 식기표면에 오염된 오일의 세정력과 세척 헹굼 후 오염물 및 세척제의 잔류성에 대한 평가를 하였다. 본 연구에서 사용된 세정제의 조성에 있어서 고체표면에 오염된 오일의 제거는 세척액/오일/고체 간의 계면물성과 깊은 관련이 있었으며, 특히 전진 및 후진 동적접촉각에 크게 의존하였다. 전진 및 후진접촉각이 동시에 낮은 경우에 세정액의 침투성이 매우 커서 고체표면에 오염된 오일의 제거효과가 높았으며 세척 후 오염물의 잔류가 거의 없었다. O/W의 계면장력이 작을수록 오염된 오일의 유화가 잘 되었으며 계면장력이 높을수록 유화가 잘 이루어지지 않았다. 그러나 본 연구에서는 유화효과는 세척력에 크게 영향을 미치지 못하였으며 특히 낮은 계면장력을 갖는 세정제의 경우 세척 후 세정제 물질이 피세척물의 표면에 잔류하는 문제점이 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The effects of the composition of the dishwashing detergent on interfaces of the oil (O) and the aqueous (W) solution in addition to the cleaning effects of interfacial properties were investigated. Also, the cleaning power of the oil contaminated on the surface of the dish according to each composition and the residuals of the contaminants and the cleaning agent after the washing rinses were evaluated. The removal of contaminated oil on the solid (S) surface in the composition of the cleaning agents used in this study was strongly related to the interfacial properties between the W/O/S, and was particularly dependent on the forward and backward dynamic contact angles. When both contact angles were low at the same time, the permeability of the cleaning solution was so high that the contaminated oil showed a high removal effect. The smaller the interfacial tension of O/W was, the better emulsification of the contaminated oil, the higher the interfacial tension, and the poorer emulsification were achieved. However, the emulsification effect did not significantly affect the cleaning power. In particular, in the case of the cleaner having low interfacial tension, the cleaning material remained on the surface of the solid after washing.

주제어

표/그림 (12)

그림 Figure 1. Detachment of a contaminant from the surface.
그림 Figure 2. Surface energy balance for the oil/water/solid system.
그림 Figure 3. Dynamic contact angles [advancing contact angle (θ_A) and receding contact angle (θ_A)].
그림 Figure 4. Solubilization of oil from a solid surface by surfactant molecules.
표 Table 1. Composition of Detergent Samples
그림 Figure 5. Solubilization results by the bottle test for the various formulations.
그림 Figure 6. Result of the turbidity test for the oil dispersant experiments.
그림 Figure 7. Oil solubilized samples.
그림 Figure 8. Contact angle differences between the original surface and the final surface after the final washing.
그림 Figure 9. Interfacial tension of oil/water interface for the various cleaning solutions.
표 Table 2. Advancing and Receding Contact Angles for the Water/Air Interface
표 Table 3. Advancing and Receding Contact Angles for the Water/Oil Interface

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

식기표면이 대부분 유리질로 되어 있는 만큼 본 연구에서는 세정력 평가를 유리표면에 대하여 행하였다. 유리표면에 대한 세정력 평가는 다음과 같은 순서 데로 수행하였다.
시편인 유리 표면에 세정제 수용액과 공기 간의 전진 및 후진 접촉각 최종 측정결과를 다음 Table 2에 보였다. 이 실험은 단순히 세정제가 식기 표면에 얼마나 잘 젖는가를 알아보기 위한 것이다. Table 2에나타난 것과 같이 시료 S-2를 제외하고는 후진 접촉각이 모두 0으로서 완전 젖음 상태인 것으로 보인다.

제안 방법

20 mL 세정 수용액에 오일 1 g을 투입한 후 초음파 호모게나이저 (IKA-T 25)로 60 ℃에서 30 min간 균질화 한 후 수용액의 탁도를 측정하였다. 사용된 탁도계는 Hanna Instruments 사의 탁도 측정기(HI 88703)를 사용하였다.
세정력과 계면물성 및 젖음성 등의 상호관계를 알아보기 위하여 동적 접촉각을 측정하였다. 동적 접촉각은 Newman 법에 의하였으며 이를 위하여 일정한 사각형 유리판 시편을 제작한 후 이를 세정액/오일 간에 위치시킨 후에 일정한 속도로 상하 이동하였을 때 측정되는 힘을 이용하여 접촉각을 계산할 수가 있었다[31].
우선 식기의 모델로서 유리판을 사용하였으며 세정액 혹은 증류수 액적을 올려서 영상해석 프로그램에 의하여 접촉각을 측정하였다.
이렇게 세정된 시편에 증류수 액적을 표면에 접하게 한 후 접촉각을 측정하여 세정성을 평가하였다. 즉 오일이 세척이 잘될수록 표면이 친유화 되어서 접촉각이 커지게 되며 접촉각이 작을수록 세정성이 크다고 할 수 있다.
직경 12 mm 길이 150 mm 유리 시험관에 세정제 1 wt% 수용액 5 mL 및 오일 5 mL을 채운 후 각 시험관을 항온수조에 담그고 60 ℃에서 1 h 초음파를 가하여 혼합 후에 24 h 동안 방치하였다. 이후 시험 관을 꺼낸 후 육안에 의하여 오일과 물간의 계면 및 두 용액의 부피 변화 등을 관찰하여 유화력 평가를 수행하였다
이후에 시편을 다시 50 ℃의 건조오븐에서 1 h 말린 이후 25 ℃의 증류수 액적을 시편 위에 올린 후 접촉각을 측정하였다. 측정된 접촉각과 원래 유리시편의 접촉각의 차이로 세정제 혹은 오염물(오일)의 잔류량을 추정하였으며 접촉각이 원래보다 작게 나오는 경우는 세정제가 그리고 크게 나오는 경우는 오염물인 오일 성분이 잔류한다고 추정하였다. 왜냐하면 세정제에는 어떤 오일 성분도 함유되어 있지 않기 때문이다.

대상 데이터

본 연구에서 사용한 실험재료는 주방세제로서 다음의 조성에 의한 세정제를 대상으로 하였다. 각 세정제에 대한 대략적인 조성은 Table 1과 같았다.
연구에서 오일과 물간의 계면장력 혹은 세정제의 표면장력은 Dunoy Ring 법에 의하여 행하였다[26,27]. 사용된 기기는 KSV사의 계면장력 측정기(Model Sigma-70)를 이용하였다. 모든 측정은 가정용 식기세척기의 조건과 유사하도록 60 ℃에서 수행하였다.
20 mL 세정 수용액에 오일 1 g을 투입한 후 초음파 호모게나이저 (IKA-T 25)로 60 ℃에서 30 min간 균질화 한 후 수용액의 탁도를 측정하였다. 사용된 탁도계는 Hanna Instruments 사의 탁도 측정기(HI 88703)를 사용하였다. 이 경우 유화 이후 탁도가 낮을수록 세정제의 유화력이 크다고 판단하였다.
오염물은 소기름 및 대두유를 무게비로 50 : 50으로 혼합하여 사용 하였다. 소기름 및 대두유는 시중에서 식용으로 사용되는 것으로 정제 없이 그대로 사용하였다. 실험에 사용한 정제수는 증류수 제조기로 1차 정제하여 얻어진 순수를 사용하였다.
소기름 및 대두유는 시중에서 식용으로 사용되는 것으로 정제 없이 그대로 사용하였다. 실험에 사용한 정제수는 증류수 제조기로 1차 정제하여 얻어진 순수를 사용하였다.
오염물은 소기름 및 대두유를 무게비로 50 : 50으로 혼합하여 사용 하였다. 소기름 및 대두유는 시중에서 식용으로 사용되는 것으로 정제 없이 그대로 사용하였다.
주방용 식기 표면에 대응하는 고체 시료는 유리시편을 사용하였다. 유리시편을 사용하는 이유는 대부분 가정용 식기의 표면이 SiO 2 성분 으로 이루어져 있기 때문이다.

이론/모형

동적접촉각을 측정하기 위한 기기로는 KSV 사의 동적접촉각 측정기(Sigma-70 model)를 사용하였다.
세정력 평가 및 세정 헹굼 후 잔류성 평가를 위하여 고체 표면 위에 대한 세정제 액적의 접촉각은 sessible drop 법에 의하여 행하였다[28-30].
연구에서 오일과 물간의 계면장력 혹은 세정제의 표면장력은 Dunoy Ring 법에 의하여 행하였다[26,27]. 사용된 기기는 KSV사의 계면장력 측정기(Model Sigma-70)를 이용하였다.

성능/효과

1. 본 시험 결과 세척 중 세척 속도와 잔류성 여부를 종합해 보면 세정제 S-4 및 S-6이 우수한 것으로 판단된다. 세정제 S-6의 경우는 계면장력이 너무 높아서 오일을 미세하게 쪼개는 성질이 부족할 것으로 예상되나, 전진 및 후진접촉각이 0에 이를 정도로 세정액 침투력이 강해서 세척 성능이 가장 우수한 것으로 판단된다.
2. 세정력과 세척 후 오염물 잔류 여부는 계면에너지 값들과 관계가 깊으며 특히 전진 및 후진 접촉각의 크기에 관련되어 있다. 이 중 전진 접촉각이 세정액의 침투성을 의미하므로 전진접촉각과 세정성 사이에 직접적인 관계가 있었다.
3. 세정제 적용 후 오일과 물간의 계면장력이 작을수록 오일을 분산 시키는 성질이 강하다. 그러나 본 연구에서 사용된 높은 O/W 계면장 력을 갖는 세정제의 경우는 오염물 제거가 유화력과는 관계가 크게 없어서 계면장력 값과 세척력 간에 직접적인 관계가 없는 것으로 보인다.
결과적으로 특히 S-3의 경우 오일에 대한 유화력이 매우 우수하였다. 즉 S-3의 경우 유화에 의한 오염물 제거가 뛰어난 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	주방용 세제는?	주방용 세제는 식기 설거지와 과일⋅채소 세척에 사용하는 생활필 수품으로, 최근 천연추출물이나 친환경 성분 등의 첨가로 고급화⋅다양화 되면서 관련 제품의 시장 규모가 점차 커지고 있다. 주방용 세제는 일반 세제와 달리 안전성과 친환경성이 가장 중요하며 이를 위하여 보다 친환경 물질로 조성을 하여는 연구가 활발해지고 있다[1].
	유화에 의해서 세정되는 원리는 무엇인가?	세정의 또 다른 원리는 유화이다[25]. 이러한 세정은 오일이 오염물인 경우에 국한되며 그 원리는 계면활성 물질이 희합체를 이루고 이러한 희합체가 오염물인 오일을 녹여내는 경우이다.
	생활필수품 관련 제품의 시장 규모가 커지는 이유?	주방용 세제는 식기 설거지와 과일⋅채소 세척에 사용하는 생활필 수품으로, 최근 천연추출물이나 친환경 성분 등의 첨가로 고급화⋅다양화 되면서 관련 제품의 시장 규모가 점차 커지고 있다. 주방용 세제는 일반 세제와 달리 안전성과 친환경성이 가장 중요하며 이를 위하여 보다 친환경 물질로 조성을 하여는 연구가 활발해지고 있다[1].

참고문헌 (31)

J. Falbe, Surfactants in Consumer Products: Theory, Technology and Application, 1st ed., 14-18, Verlag GmbH & Co, NY, USA (1986).
K. Kou, New Surfactant, 1st ed., 19, Sehwa Publishing, Japan (1983).
D. Myers, Surfactant Science and Technology, 1st ed., 11-12, VCH Publishers Inc., NY, USA (1988).
M. J. Rosen, Surfactant and Surface Phenomena, 1st ed., 3-4, Kodamsa Science Technology, Japan (1988).
D. Myers, Surfaces, Interfaces, and Colloids, 1st ed., 25-27, VCH Publishers Inc., NY, USA (1990).
D. Myers, Surfaces, Interfaces, and Colloids, 1st ed., 30-33, VCH Publishers Inc., NY, USA (1990).
J. Falbe, Surfactants in Consumer Products: Theory, Technology and Application, 14-18, Verlag GmbH & Co, NY, USA (1986).
D. Attwood and A. T. Florence, Surfactant Systems Their Chemistry, Pharmacy and Biology, 40-49, Chapman and Hall, NY, USA (1983).
K.-Y. Lai, Liquid Detergents, 43, Marcel Dekker, Inc., NY, USA (1996).
R. N. Wenzel, Resistance of solid surfaces to wetting by water, Ind. Eng. Chem., 28, 988-994 (1936).

상세보기
A. B. D. Cassie and S. Baxter, Wettability of porous surfaces, Trans. Faraday Soc., 40, 546-551 (1944).

상세보기
W. D. Harkins and A. Feldman, Films. the spreading of liquids and the spreading coefficient, J. Am. Chem. Soc., 44(12), 2665-2685 (1922).

상세보기
R. Amin and T. N. Smith, Interfacial tension and spreading coefficient under reservoir conditions, Fluid Phase Equilibr., 142(1-2), 231-241 (1998).

상세보기
H. W. Fox and W. A. Zisman, The spreading of liquids on low energy surfaces. I. polytetrafluoroethylene, J. Colloid Sci., 5(6), 514-531 (1950).

상세보기
H. W. Fox and W. A. Zisman, The spreading of liquids on low-energy surfaces. III. Hydrocarbon surfaces, J. Colloid Sci., 7(4), 428-442 (1952).

상세보기
D. T. Wasan and A. D. Nikolov, Spreading of nanofluids on solids, Nature, 423(6936), 156-159 (2003).

상세보기
C.-M. Lehr, H. E. Bodde, J. A. Bouwstra, and H. E. Junginger, A surface energy analysis of mucoadhesion II. Prediction of mucoadhesive performance by spreading coefficients, Eur. J. Pharm. Sci., 1(1), 19-30 (1993).

상세보기
L. E. Baker, A. C. Pierce, and K. D. Luks, Gibbs energy analysis of phase equilibria, Soc. Pet. Eng. J., 22(05), 731-742 (1982).

상세보기
D. S. Abrams and J. M. Prausnitz, Statistical thermodynamics of liquid mixtures: A new expression for the excess Gibbs energy of partly or completely miscible systems, AIChE Journal, 21(1), 116-128 (1975).

상세보기
C. C. Chen, H. I. Britt, J. F. Boston, and L. B. Evans, Local composition model for excess Gibbs energy of electrolyte systems. Part I: Single solvent, single completely dissociated electrolyte systems, AIChE Journal, 28(4), 588-596 (1982).

상세보기
M. Morra, E. Occhiello, and F. Garbassi, Contact abgle hysterisis in oxygen plasma treated poly(tetrafluoroethylene), Langmuir, 5, 872-876 (1989).

상세보기
N. Ogawa, M. Soga, Y. Takada, and I. Nakayama, Nanostructured superhydrophobic surfaces, Jpn. J. Appl. Phys., 32, 35876-3591 (1993).
M. Miwa, A. Nakajima, A. Fujishima, K. Hashimoto, and T. Watanabe, Effects of the surface roughness on sliding angles of water droplets on superhydrophobic surfaces, Langmuir, 16, 5754-5760 (2000).

상세보기
O. Takai, A. Hozumi, Y. Inoue, and T. Komori, An atomic force microscopy study of the surface morphology of hyperbranched poly(acrylic acid) thin films, Bull. Mater. Sci., 20, 1368-1371 (1997).
M. S. Akhter, Effect of solubilization of alcohols on critical micelle concentration of non-aqueous micellar solutions, Colloids Surf. A:Physicochem. Eng. Asp., 157(1-3), 203-210 (1999).

상세보기
R. Gamez-Corrales, J.-F. Berret, L. M. Walker, and J. Oberdisse, Shear-thickening dilute surfactant solutions: Equilibrium structure as studied by small-angle neutron scattering, Langmuir, 15(20), 6755-6763 (1999).

상세보기
J.-R. Riba and B. Esteban, A simple laboratory experiment to measure the surface tension of a liquid in contact with air, Eur. J. Phys., 35(5), 055003 (2014).

상세보기
R. G. Picknett and R. Bexon, The evaporation of sessile or pendant drops in still air, J. Colloid Interf. Sci., 61(2), 336-350 (1977).

상세보기
A. F. Stalder, T. Melchior, M. Muller, D. Sage, T. Blu, and M. Unser, Low-bond axisymmetric drop shape analysis for surface tension and contact angle measurements of sessile drops, Colloids Surf. A:Physicochem. Eng. Asp., 364(1-3), 72-81 (2010).

상세보기
O. I. del Rio and A. W. Neumann, Axisymmetric drop shape analysis: Computational methods for the measurement of interfacial properties from the shape and dimensions of pendant and sessile drops, J. Colloid Interf. Sci., 196(2), 136-147 (1997).

상세보기
D. Tennant, A test of a modified line intersect method of estimating root length, The Journal of Ecology, 995-1001 (1975).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증