[논문]비이온성 계면활성제의 구조에 따른 유화력과 세정성 비교

정갑섭; 주창식; 이화수

문제 정의

따라서 본 연구에서는 최소한의 계면활성제를 사용하면서도, 세척력이 우수한 환경 친화성 수성세정제를 개발하여 신발 부품의 세정을 효과적이고 환경친화적으로 수행할 수 있도록 연구하였다. 식용식물에서 추출된 천연세정 성분인 리모넨을 주성분으로 하고, 에멀젼화제로서 비이온성계면활성제를 사용하여, 구조별 유화력과 세척력을 실험하고, 최적 조건을 설정함으로써 가장 효과적인 환경 친화성 수성세정제를 개발하고자 하였다.
따라서 본 연구에서는 최소한의 계면활성제를 사용하면서도, 세척력이 우수한 환경 친화성 수성세정제를 개발하여 신발 부품의 세정을 효과적이고 환경친화적으로 수행할 수 있도록 연구하였다. 식용식물에서 추출된 천연세정 성분인 리모넨을 주성분으로 하고, 에멀젼화제로서 비이온성계면활성제를 사용하여, 구조별 유화력과 세척력을 실험하고, 최적 조건을 설정함으로써 가장 효과적인 환경 친화성 수성세정제를 개발하고자 하였다.

제안 방법

1ℓ부피의 3구 플라스크에 일정량의 물을 주입한 다음 무게비로 1~2.5%의 계면활성제를 주입하고, 격렬히 교반하면서 천연 세정성분인 리모넨을 30% 농도가 되도록 주입한 다음 3분간 분산시켜 세정제를 제조하였다. 전체 액량은 500g으로 하였으며, 현탁 온도는 20℃, 교반 속도는 500 ~2500rpm 사이에서 실험하였고, 에멀젼화된 현탁액은 particle size analyzer로 입경 분석하였다.
접착력 측정은 먼저 길이 10cm, 폭 2cm, 두께 5mm인 고무 시편과 폴리우레탄 시편을 각각 제작하고, 제조한 세정제로 이들 시편을 세척한 다음 24시간 건조한 후 만능 재료 시험기를 사용하여 50cm/ min의 인취 속도로 T-peel test함으로써 측정하였고, 3개의 평균값을 취하였다. 또한 각계면활성제의 HLB를 계산하여 친수성 정도를 파악하고, PU시편과 세정액의 접촉각을 측정하여 HLB값과 비교함으로써 세정액의 친수성을 검토하였다. 비이온성계면활성제는 ethyleneoxide 몰수 5~20의 범위를 가진 것을 사용하였으며, 리모넨을 유화하는 계면활성제의 화학적 구조별로 에멀젼의 입경 분석과 세정성 실험을 수행하였다.
또한 각계면활성제의 HLB를 계산하여 친수성 정도를 파악하고, PU시편과 세정액의 접촉각을 측정하여 HLB값과 비교함으로써 세정액의 친수성을 검토하였다. 비이온성계면활성제는 ethyleneoxide 몰수 5~20의 범위를 가진 것을 사용하였으며, 리모넨을 유화하는 계면활성제의 화학적 구조별로 에멀젼의 입경 분석과 세정성 실험을 수행하였다.
전체 액량은 500g으로 하였으며, 현탁 온도는 20℃, 교반 속도는 500 ~2500rpm 사이에서 실험하였고, 에멀젼화된 현탁액은 particle size analyzer로 입경 분석하였다. 세정성은 세정 후의 접착력과 접촉각, HLB값 등을 기준하였으며, 제조 후 6개월이 경과한 에멀젼의 상분리 상태를 기준하여 저장안정성을 판정하였다. 접착력 측정은 먼저 길이 10cm, 폭 2cm, 두께 5mm인 고무 시편과 폴리우레탄 시편을 각각 제작하고, 제조한 세정제로 이들 시편을 세척한 다음 24시간 건조한 후 만능 재료 시험기를 사용하여 50cm/ min의 인취 속도로 T-peel test함으로써 측정하였고, 3개의 평균값을 취하였다.
5%의 계면활성제를 주입하고, 격렬히 교반하면서 천연 세정성분인 리모넨을 30% 농도가 되도록 주입한 다음 3분간 분산시켜 세정제를 제조하였다. 전체 액량은 500g으로 하였으며, 현탁 온도는 20℃, 교반 속도는 500 ~2500rpm 사이에서 실험하였고, 에멀젼화된 현탁액은 particle size analyzer로 입경 분석하였다. 세정성은 세정 후의 접착력과 접촉각, HLB값 등을 기준하였으며, 제조 후 6개월이 경과한 에멀젼의 상분리 상태를 기준하여 저장안정성을 판정하였다.
세정성은 세정 후의 접착력과 접촉각, HLB값 등을 기준하였으며, 제조 후 6개월이 경과한 에멀젼의 상분리 상태를 기준하여 저장안정성을 판정하였다. 접착력 측정은 먼저 길이 10cm, 폭 2cm, 두께 5mm인 고무 시편과 폴리우레탄 시편을 각각 제작하고, 제조한 세정제로 이들 시편을 세척한 다음 24시간 건조한 후 만능 재료 시험기를 사용하여 50cm/ min의 인취 속도로 T-peel test함으로써 측정하였고, 3개의 평균값을 취하였다. 또한 각계면활성제의 HLB를 계산하여 친수성 정도를 파악하고, PU시편과 세정액의 접촉각을 측정하여 HLB값과 비교함으로써 세정액의 친수성을 검토하였다.

성능/효과

교반 속도의 증가에 따라 에멀젼의 입경은 감소하고, 접착력의 증가 및 접촉각의 감소로 세정력 증가를 보였으나, 1500rpm의 속도 이상에서는 입경 변화와 세정력의 변화는 그다지 차이가 없었다.
그리고 에멀젼의 입경이 작을수록 접착력은 증가하고 접촉각은 감소하는 경향을 보여 세정성이 증가하는 효과를 보였다. 그러나 계면활성제의 함량이 증가할수록 접착력과 접촉각이 모두 감소하여 표면 세척능은 증가하지만 과잉의 함량에서는 세정 후 시편 표면에 잔존하는 계면활성제로 인해 접착력이 감소하므로 적절한 함량의 선정이 중요한 것으로 고찰되었다.
에테르계 구조를 가졋다 하더라도 방향족고리 유도체를 가진 경우가 직쇄 구조의 경우보다 에멀젼의 입경이 큰 분포를 보였으며, 직쇄 구조 중에서도 EO몰수가 클수록 작은 입경을 나타내었다. 그리고 에멀젼의 입경이 작을수록 접착력은 증가하고 접촉각은 감소하는 경향을 보여 세정성이 증가하는 효과를 보였다. 그러나 계면활성제의 함량이 증가할수록 접착력과 접촉각이 모두 감소하여 표면 세척능은 증가하지만 과잉의 함량에서는 세정 후 시편 표면에 잔존하는 계면활성제로 인해 접착력이 감소하므로 적절한 함량의 선정이 중요한 것으로 고찰되었다.
비이온성계면활성제의 화학적 구조를 에테르계, 에스테르계, 지방산계 및 아민계로 분류하여 리모넨의 유화 분산에 적용하여 입경 변화를 측정하고, 세정성을 비교 검토한 결과 계면활성제를 PEG를 사용한 경우가 가장 큰 평균 입경을 보였고, 에스테르 구조가 유화력이 우수하여 에멀젼 입경이 가장 작았으며, 입경의 크기는 대체로 에스테르계 <에테르 계<아민계 <지방산계<PEG의 순이었다. 에테르계 구조를 가졋다 하더라도 방향족고리 유도체를 가진 경우가 직쇄 구조의 경우보다 에멀젼의 입경이 큰 분포를 보였으며, 직쇄 구조 중에서도 EO몰수가 클수록 작은 입경을 나타내었다.

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