계면활성제란?

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계면활성제 또는 계면활성제라고도 하는 계면활성제는 액체의 표면 장력을 감소시켜 더 넓은 표면적에 퍼지는 능력을 향상시키는 화학 물질입니다 . 그들은 액체 표면이나 두 액체 사이의 경계면에 분자 층을 생성함으로써 이를 수행합니다.

표면 장력을 줄이는 능력으로 인해 계면활성제는 섞이지 않는 다른 액상 내에서 하나의 액상을 분산시키는 것을 촉진합니다. 결과적으로 두 액체 사이에서 에멀젼을 형성하고 안정화할 수 있으므로 유화제라고도 합니다.

계면활성제의 구조

계면활성제는 양친매성 분자라는 특징이 있습니다. 즉, 분자의 한 부분은 친수성(물에 친화력 있음)이고 다른 부분은 소수성 또는 친유성(지방에 친화력 있음)입니다.

계면활성제의 구조

폴라 헤드

분자의 친수성 부분은 항상 분자의 상대적으로 작은 부분에 집중된 하나 이상의 극성 작용기를 포함하며, 종종 극성 헤드라고 합니다.

극성 헤드는 항상 물 및 기타 유사한 극성 양성자성 용매와 하나 이상의 수소 결합을 형성할 수 있습니다.

일부 경우에, 극성 헤드는 수산기, 카르복실산 에스테르, 에테르 또는 이들의 조합과 같은 중성 극성 작용기를 갖는다. 다른 경우에는 카복실산염과 같은 이온화 가능한 그룹과 이온화되는 황산(황산염) 및 인산(인산염)과 같은 무기산 에스테르도 있습니다. 일부 극성 헤드에는 4급 아민(암모늄 양이온)이 있는 그룹도 있습니다.

소수성 꼬리

분자의 소수성 또는 친유성 부분은 일반적으로 방향족 그룹 및 기타 비극성 유기 작용기를 포함하거나 포함하지 않을 수 있으므로 불포화를 포함하거나 포함하지 않을 수 있는 긴 탄화수소 사슬로 구성됩니다.

긴 비극성 탄소 사슬이라는 사실 때문에 분자의 이 부분은 종종 비극성 꼬리라고 불립니다.

계면활성제의 작용 원리

위에서 언급한 바와 같이, 계면활성제는 액체(일반적으로 물)와 오일과 같은 비극성 액체 또는 공기와 같은 기체일 수 있는 다른 상 사이의 경계면에서 분할함으로써 작용합니다. 이는 계면의 표면 장력을 감소시켜 두 상의 혼합 및 에멀젼 형성을 촉진합니다. 상이 물과 오일인 경우 에멀젼은 두 가지 다른 방식으로 형성될 수 있습니다.

  • 유상은 수성 매트릭스 내에 액적 형태로 분산되며, 이 경우 수중유 에멀젼(예: 마요네즈에서 발생)이 있습니다.
  • 수성상은 오일 매트릭스에 분산되어 있으며, 이 경우 버터의 경우와 같이 유중수 에멀젼이 됩니다.

계면활성제가 이 두 유형의 에멀젼 형성을 촉진하는 방식은 기본적으로 동일합니다. 유화제 분자는 물과 기름 사이의 계면에 분포되어 친수성 극성 헤드가 수상에 용해되고 친유성 꼬리가 오일에 용해되는 방식으로 분포됩니다.

물이 오일보다 더 많은 비율로 존재하면 작은 계면활성제로 코팅된 오일 방울이 형성되고 극머리가 바깥쪽을 향하게 됩니다.

계면활성제 함유 수중유 에멀젼

반대로 오일의 비율이 높으면 반대 현상이 발생합니다. 계면 활성제 분자로 코팅된 작은 물방울이 무극성 꼬리가 바깥쪽을 향하도록 형성됩니다.

계면활성제 함유 유중수 에멀젼

계면활성제의 종류

계면활성제는 극성 헤드의 특성에 따라 비이온성, 음이온성, 양이온성 및 스위터이온성 또는 양쪽성 계면활성제의 네 가지 그룹으로 분류됩니다.

비이온성 계면활성제

그들은 극성 머리가 알코올, 에스테르 그룹 및 에테르의 수산기와 같은 이온화 가능한 극성 그룹을 포함하지 않는 것입니다.

음이온성 계면활성제

이들은 물에 용해될 때 해리되어 음전하를 띤 이온 또는 음이온을 생성하는 산성 그룹 또는 알칼리성 염을 포함합니다. 이러한 하전 그룹은 물로부터 다중 수소 결합을 수용할 수 있고 이온-쌍극자 힘을 통해 물 및 기타 극성 용매와 상호 작용할 수 있기 때문에 강한 친수성(따라서 강한 소유성)입니다.

지방을 비누화하여 만든 비누가 이러한 계면활성제의 예입니다.

양이온성 계면활성제

그들은 음이온 계면활성제의 반대입니다. 이 경우 극성 헤드는 양전하를 띤다(즉, 양이온임). 대부분의 경우, 이러한 계면활성제는 암모니아의 4차 유도체이며 할로겐화물을 반대이온으로 갖는 염 형태입니다.

이러한 유형의 양이온성 계면활성제의 예는 DSDMAC 또는 디스테릴디메틸암모늄 클로라이드입니다.

스위터이온성 또는 양쪽성 계면활성제

내부 염이라고도 하는 스위터이온은 그 구조에서 같은 수의 공식 양전하와 음전하를 가지고 있으므로 순전하가 없는 화학종입니다. 스위터이온성 계면활성제는 비이온성 계면활성제보다 훨씬 큰 극성을 제공합니다. 그들은 또한 양이온성 및 음이온성 계면활성제의 많은 이점을 제공하지만 수상에 용해된 상태로 남아 있는 유리 반대이온을 추가하지 않습니다.

스위터이온성 계면활성제의 전형적인 예는 N-알킬아미노산 및 설타인이다.

계면활성제의 예

  • 스테아린산나트륨은 음이온성 계면활성제입니다.
  • 타우린은 스위터이온성 또는 양쪽성 계면활성제의 예입니다.
  • 4-(5-도데실)벤젠설포네이트는 또한 음이온성 계면활성제입니다.
  • Tween 20 및 Tween 80과 같은 폴리소르베이트는 식품 및 개인 관리 산업에서 사용되는 비이온성 계면활성제 또는 유화제의 예입니다.
  • 도쿠세이트(다이옥틸 소듐 설포석시네이트).
  • 알킬 에테르 인산염.
  • 벤잘카오늄 클로라이드(BAC).
  • 과불화옥탄(PFOS).

참조

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Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

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