당사의 주요 제품: 아미노 실리콘, 블록 실리콘, 친수성 실리콘, 모든 실리콘 에멀젼, 습윤 마찰 견뢰도 향상제, 발수제(불소 무함유, 탄소 6, 탄소 8), 세척 화학 물질(ABS, 효소, 스판덱스 보호제, 망간 제거제) 주요 수출 국가: 인도, 파키스탄, 방글라데시, 터키, 인도네시아, 우즈베키스탄 등

 

산업용 글루탐산나트륨(계면활성제라고도 함)은 소량 첨가 시 용매(일반적으로 물)의 표면 장력을 크게 감소시키고 계면 상태를 변화시키는 물질입니다. 일정 농도에 도달하면 용액 내에서 미셀을 형성하여 습윤 또는 항습윤, 유화 및 항유화, 기포 생성 또는 소포, 가용화, 세척 등의 효과를 나타내어 실제 적용 요건을 충족합니다. 감칠맛을 내는 물질인 글루탐산나트륨은 우리 식생활과 일상생활에서 흔히 찾아볼 수 있습니다. 산업 생산에서 계면활성제는 글루탐산나트륨과 유사한 물질로, 많은 양을 필요로 하지 않으면서도 놀라운 효과를 나타낼 수 있습니다. 이러한 물질은 일반적으로 계면활성제라고 합니다.

 

계면활성제 소개

 

계면활성제는 양쪽 이온 분자 구조를 가지고 있습니다. 한쪽 말단은 친수성기(친수성기, 약칭하여 친유성기)로, 소유성기 또는 소유성기로도 알려져 있으며, 계면활성제를 단량체 형태로 물에 용해시킬 수 있습니다. 친수성기는 종종 극성기이며, 카르복실기(-COOH), 설폰산기(-SO3H), 아미노기(-NH2) 또는 아미노기와 그 염일 수 있습니다. 수산기(-OH), 아미드기, 에테르 결합(-O-) 등도 극성 친수성기일 수 있습니다. 다른 쪽 말단은 소수성기(친유성기, 약칭하여 친수성기)로, 소수성기 또는 소수성기로도 알려져 있습니다. 소수성기는 일반적으로 소수성 알킬 사슬인 R-(알킬), Ar-(아릴) 등과 같은 비극성 탄화수소 사슬입니다.
계면활성제는 이온성 계면활성제(양이온성 및 음이온성 계면활성제 포함), 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 복합 계면활성제 및 기타 계면활성제로 구분됩니다.

계면활성제 용액에서 계면활성제 농도가 특정 값에 도달하면 계면활성제 분자들은 미셀(micelle)이라고 불리는 다양한 질서 있는 조합을 형성합니다. 미셀화 또는 미셀 형성은 계면활성제 용액의 기본적인 특성이며, 몇 가지 중요한 계면 현상이 미셀 형성과 관련이 있습니다. 계면활성제가 용액에서 미셀을 형성하는 농도를 임계 미셀 농도(CMC)라고 합니다. 미셀은 고정된 구형이 아니라, 매우 불규칙하고 동적으로 변화하는 형태입니다. 특정 조건에서 계면활성제는 역미셀 상태를 나타낼 수도 있습니다.

 

임계 미셀 농도에 영향을 미치는 주요 요인

 

계면활성제의 구조
첨가물의 종류 및 첨가물
온도의 영향

 

계면활성제와 단백질의 상호작용

 

단백질은 비극성, 극성, 그리고 하전된 그룹을 포함하고 있으며, 많은 양친매성 분자는 단백질과 다양한 방식으로 상호작용할 수 있습니다. 계면활성제는 미셀, 역미셀 등 다양한 조건에서 서로 다른 구조를 가진 분자적 정렬된 결합을 형성할 수 있으며, 단백질과의 상호작용 또한 서로 다릅니다. 단백질과 계면활성제(PS) 사이에는 주로 정전기적 상호작용과 소수성 상호작용이 있는 반면, 이온성 계면활성제와 단백질 사이의 상호작용은 주로 극성 그룹의 정전기적 상호작용과 소수성 탄소-수소 사슬의 소수성 상호작용에 기인하며, 이들은 각각 단백질의 극성 및 소수성 부분에 결합하여 PS 복합체를 형성합니다. 비이온성 계면활성제는 주로 소수성 힘을 통해 단백질과 상호작용하며, 소수성 사슬과 단백질의 소수성 그룹 사이의 상호작용은 계면활성제와 단백질의 구조와 기능에 일정한 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 계면활성제의 종류, 농도, 그리고 시스템 환경은 단백질을 안정화 또는 불안정화하고, 응집 또는 분산시키는지 여부를 결정합니다.

 

계면활성제의 HLB 값

 

계면활성제는 고유한 계면 활성을 나타내기 위해 소수성과 친수성기 사이에 일정한 균형을 유지해야 합니다. HLB(Hydrophilic Lipophilic Balance)는 계면활성제의 친수성 및 친유성 균형을 나타내는 값으로, 계면활성제의 친수성과 소수성 특성을 나타내는 지표입니다.

HLB 값은 0에서 40 사이의 상대적인 값으로, 파라핀 왁스는 HLB 값이 0(친수성기 없음), 폴리옥시에틸렌은 HLB 값이 20, SDS는 HLB 값이 40으로 친수성이 강합니다. HLB 값은 계면활성제 선정의 기준으로 사용될 수 있습니다. HLB 값이 높을수록 계면활성제의 친수성이 우수하고, HLB 값이 낮을수록 계면활성제의 친수성이 낮습니다.
계면활성제의 주요 기능

 

유화효과

물 속 오일의 높은 표면장력으로 인해, 오일을 물에 떨어뜨리고 격렬하게 교반하면 오일이 미세한 입자로 부서져 서로 섞여 에멀젼을 형성하지만, 교반을 멈추면 층이 다시 겹겹이 쌓입니다. 계면활성제를 첨가하고 격렬하게 교반하더라도 교반을 멈춘 후 오랜 시간 동안 분리가 잘 되지 않는 경우를 유화라고 합니다. 이는 오일의 소수성이 활성제의 친수성기에 둘러싸여 방향성 인력을 형성하고, 오일이 물에 분산되는 데 필요한 일을 줄여 오일의 유화가 잘 이루어지기 때문입니다.

 

습윤 효과

소수성 부품 표면에는 왁스, 기름때 또는 스케일과 같은 물질 층이 부착되는 경우가 많습니다. 이러한 물질의 오염으로 인해 부품 표면은 물에 쉽게 젖지 않습니다. 수용액에 계면활성제를 첨가하면 부품 표면의 물방울이 쉽게 분산되어 부품의 표면 장력을 크게 감소시키고 습윤 효과를 얻을 수 있습니다.

 

가용화 효과

계면활성제를 오일 물질에 첨가하면 "용해"될 수밖에 없지만, 이러한 용해는 계면활성제 농도가 콜로이드의 임계 농도에 도달했을 때만 발생하며, 용해도는 가용화 대상과 그 특성에 따라 결정됩니다. 가용화 효과 측면에서, 긴 소수성 사슬은 짧은 사슬보다 강하고, 포화 사슬은 불포화 사슬보다 강하며, 일반적으로 비이온성 계면활성제의 가용화 효과가 더 큽니다.

 

분산 효과

먼지나 오물 입자와 같은 고체 입자는 물 속에서 서로 뭉쳐 쉽게 가라앉는 경향이 있습니다. 계면활성제 분자는 고체 입자 응집체를 작은 입자로 나누어 용액 속에서 분산 및 현탁시켜 고체 입자의 균일한 분산을 촉진합니다.

 

거품 작용

거품 형성은 주로 활성제의 방향성 흡착과 기체와 액체상 사이의 표면 장력 감소에 기인합니다. 일반적으로 저분자 활성제는 거품이 잘 생기고, 고분자 활성제는 거품이 적으며, 미리스테이트 옐로우는 거품 생성 능력이 뛰어나고, 스테아르산나트륨은 거품 생성 능력이 가장 낮습니다. 음이온성 활성제는 알킬벤젠설포네이트나트륨과 같은 비이온성 활성제보다 거품 생성 능력과 거품 안정성이 우수합니다. 일반적으로 사용되는 거품 안정제로는 지방족 알코올 아미드, 카르복시메틸 셀룰로스 등이 있으며, 거품 억제제로는 지방산, 지방산 에스테르, 폴리에테르 등 및 기타 비이온성 계면활성제가 있습니다.

 

계면활성제의 분류

 

계면활성제는 분자 구조의 특성에 따라 음이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 양쪽이온 계면활성제, 양이온 계면활성제로 구분할 수 있습니다.

 

음이온 계면활성제

설포네이트
이 유형의 일반적인 활성제로는 선형 알킬벤젠설포네이트나트륨과 알파 올레핀 설포네이트나트륨이 있습니다. 선형 알킬벤젠설포네이트나트륨(LAS 또는 ABS라고도 함)은 복합 계면활성제 시스템에서 용해도가 좋은 흰색 또는 옅은 노란색 분말 또는 플레이크 고체입니다. 알칼리, 묽은 산, 경수에 비교적 안정합니다. 식기세척액(주방세제)과 액체 세탁세제에 흔히 사용되지만, 샴푸에는 거의 사용되지 않으며 샤워젤에는 거의 사용되지 않습니다. 식기세척 세제에서 이의 사용량은 전체 계면활성제 양의 약 절반을 차지할 수 있으며, 액체 세탁세제에서 이의 실제 비율 조절 범위는 비교적 넓습니다. 식기세척 세제에 사용되는 일반적인 화합물 시스템은 "LAS(선형 알킬벤젠설포네이트나트륨) - AES(알코올 에테르 황산나트륨) - FFA(알킬 알코올 아미드)"의 3원 시스템입니다. 선형 알킬벤젠설포네이트나트륨의 주요 장점은 우수한 안정성, 강력한 세척력, 최소한의 환경적 피해, 그리고 저렴한 가격으로 무해한 물질로 생분해될 수 있다는 것입니다. 단점은 자극성이 매우 강하다는 것입니다. 알파올레핀설포네이트나트륨(AOS라고도 함)은 물에 잘 녹으며 광범위한 pH 범위에서 안정성이 우수합니다. 설폰산염 종류 중에서도 성능이 더 우수합니다. 뛰어난 장점은 우수한 안정성, 우수한 수용성, 우수한 상용성, 낮은 자극성, 그리고 이상적인 미생물 분해입니다. 샴푸와 샤워젤에 일반적으로 사용되는 주요 계면활성제 중 하나입니다. 단점은 상대적으로 가격이 비싸다는 것입니다.

 

황산염
이 유형의 일반적인 활성제로는 나트륨 지방 알코올 폴리옥시에틸렌 에테르 황산염과 나트륨 도데실 황산염이 있습니다.

나트륨 지방 알코올 폴리옥시에틸렌 에테르 황산염, AES 또는 나트륨 알코올 에테르 황산염이라고도 함.

물에 쉽게 녹으며 샴푸, 샤워젤, 식기세척용 액체 세제(식기세제), 세탁용 액체 세제에 사용할 수 있습니다. 도데실황산나트륨보다 수용성이 우수하며, 실온에서 투명한 수용액의 어떤 비율로도 제조할 수 있습니다. 알킬벤젠설포네이트나트륨은 액체 세제에 광범위하게 적용되며, 직쇄 알킬벤젠설포네이트보다 상용성이 우수합니다. 여러 계면활성제와 이종 또는 다종 형태로 복합화하여 투명한 수용액을 형성할 수 있습니다. 뛰어난 장점은 자극이 적고, 수용성이 좋으며, 상용성이 우수하고, 피부 건조, 갈라짐, 거칠기를 방지하는 데 효과적이라는 것입니다. 단점은 산성 매체에서의 안정성이 약간 낮고, 세척력이 선형 알킬벤젠설포네이트나트륨 및 도데실황산나트륨보다 떨어진다는 것입니다.

도데실황산나트륨(AS, K12, 코코일황산나트륨, 라우릴황산나트륨으로도 알려짐)은 알칼리 및 경수에 민감하지 않습니다. 산성 조건에서의 안정성은 일반 황산염보다 낮고 지방 알코올 폴리옥시에틸렌 에테르 황산염과 유사합니다. 쉽게 분해되며 환경적 피해가 최소화됩니다. 액체 세제에 사용할 경우 산도가 너무 높아서는 안 됩니다. 샴푸와 바디워시에 에탄올아민이나 암모늄염을 사용하면 산 안정성을 높일 뿐만 아니라 자극을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 우수한 기포력과 강력한 세척력을 제외하면 다른 측면에서의 성능은 알코올 에테르 황산나트륨만큼 좋지 않습니다. 일반적인 음이온 계면활성제는 일반적으로 가격이 높습니다.

 

양이온성 계면활성제

다양한 유형의 계면활성제와 비교했을 때, 양이온 계면활성제는 가장 탁월한 조정 효과와 가장 강력한 살균 효과를 가지고 있지만, 세척력, 거품 생성 능력, 상용성, 높은 자극성, 그리고 높은 가격 등의 단점을 가지고 있습니다. 양이온 계면활성제는 음이온 계면활성제와 직접 상용되지 않으며, 컨디셔닝제나 살균제로만 사용할 수 있습니다. 양이온 계면활성제는 고급 제품, 특히 샴푸의 액체 세제에서 보조 계면활성제(제형의 미량 컨디셔닝 성분)로 흔히 사용됩니다. 조정제 성분으로서 고급 액체 세제 샴푸에서는 다른 유형의 계면활성제로 대체할 수 없습니다.

일반적인 양이온성 계면활성제 종류로는 헥사데실트리메틸암모늄클로라이드(1631), 옥타데실트리메틸암모늄클로라이드(1831), 양이온성 구아검(C-14 S), 양이온성 판테놀, 양이온성 실리콘 오일, 도데실디메틸아민옥사이드(OB-2) 등이 있습니다.

 

양쪽이온성 계면활성제

양극성 계면활성제는 음이온성 친수기와 양이온성 친수기를 모두 갖는 계면활성제를 말합니다. 따라서 이러한 계면활성제는 산성 용액에서는 양이온성, 알칼리성 용액에서는 음이온성, 중성 용액에서는 비이온성 특성을 나타냅니다. 양극성 계면활성제는 물, 진한 산 및 알칼리 용액, 심지어 무기염의 진한 용액에도 쉽게 용해됩니다. 경수에 대한 내성이 우수하고, 피부 자극이 적으며, 직물의 부드러움, 정전기 방지 효과, 살균 효과가 우수하며, 다양한 계면활성제와의 상용성이 우수합니다. 중요한 양쪽성 계면활성제로는 도데실 디메틸 베타인과 카르복실레이트 이미다졸린이 있습니다.

 

비이온성 계면활성제

비이온성 계면활성제는 가용화, 세척, 정전기 방지, 저자극성, 칼슘 비누 분산 등의 우수한 특성을 가지고 있습니다. 적용 가능한 pH 범위는 일반 이온성 계면활성제보다 넓습니다. 오염 및 기포 생성 특성을 제외한 다른 특성은 일반 음이온성 계면활성제보다 우수한 경우가 많습니다. 이온성 계면활성제에 소량의 비이온성 계면활성제를 첨가하면 (동일 활성 성분 함량 대비) 시스템의 표면 활성을 증가시킬 수 있습니다. 주요 종류로는 알킬알코올아미드(FFA), 지방알코올폴리옥시에틸렌에테르(AE), 알킬페놀폴리옥시에틸렌에테르(APE 또는 OP)가 있습니다.

알킬알코올아미드(FFA)는 우수한 성능, 폭넓은 용도, 높은 사용 빈도를 가진 비이온성 계면활성제 계열로, 다양한 액체 세제에 널리 사용됩니다. 액체 세제에서는 아미드와 함께 사용되는 경우가 많으며, 알킬알코올아미드:아미드의 비율은 2:1에서 1.5:1입니다. 알킬알코올아미드는 일반적으로 약산성 및 약알칼리성 세제에 사용할 수 있으며, 비이온성 계면활성제 중 가장 저렴합니다.

 

계면활성제의 적용

과학 기술의 발전, 특히 화학 산업의 발전과 관련 학문 분야의 침투로 인해 계면활성제의 역할과 응용 분야는 점점 더 광범위하고 심층적으로 발전해 왔습니다. 광물 채굴과 에너지 개발부터 세포와 효소에 미치는 영향까지 계면활성제의 흔적을 찾아볼 수 있습니다. 오늘날 계면활성제의 응용 분야는 세제, 치약 세정제, 화장품 유화제 등 일상 화학 산업에 국한되지 않고 석유화학, 에너지 개발, 제약 산업 등 다른 생산 분야로 확대되고 있습니다.

 

석유 추출
석유 추출 시 계면활성제의 희석된 수용액이나 계면활성제와 석유 및 물의 농축 혼합 용액을 사용하면 원유 회수율을 15~20%까지 높일 수 있습니다. 계면활성제는 용액의 점도를 낮추는 효과가 있어 시추 작업 중 원유의 점도를 낮추고 시추 사고를 줄이거나 예방하는 데 사용됩니다. 또한, 더 이상 석유를 분사하지 않는 오래된 유정을 다시 유정으로 만들 수도 있습니다.

에너지 개발
계면활성제는 에너지 개발에도 기여할 수 있습니다. 세계 유가 상승과 석유 자원 부족이라는 현 상황에서, 석유와 석탄을 혼합한 연료 개발은 매우 중요합니다. 계면활성제를 공정에 첨가하면 유동성이 높은 새로운 유형의 연료를 생산할 수 있으며, 이는 가솔린을 대체할 수 있는 동력원입니다. 가솔린, 경유, 중유에 유화제를 첨가하면 석유 자원을 절약할 뿐만 아니라 열효율을 향상시키고 환경 오염을 줄일 수 있습니다. 따라서 계면활성제는 에너지 개발에 매우 ​​중요합니다.

섬유 산업
섬유 산업에서 계면활성제의 사용은 오랜 역사를 가지고 있습니다. 합성 섬유는 천연 섬유에 비해 거칠기, 솜털 같은 부드러움 부족, 정전기에 의한 먼지 흡착, 그리고 수분 흡수율과 촉감 저하 등의 단점을 가지고 있습니다. 특수 계면활성제를 사용하면 합성 섬유의 이러한 단점을 크게 개선할 수 있습니다. 계면활성제는 섬유 날염 및 염색 산업에서 연화제, 대전 방지제, 습윤 및 침투제, 유화제로도 사용됩니다. 섬유 날염 및 염색 산업에서 계면활성제의 적용 범위는 매우 광범위합니다.

금속 세척
금속 세척에 있어 전통적인 용제로는 휘발유, 등유, 사염화탄소와 같은 유기 용제가 있습니다. 관련 통계에 따르면 중국에서 금속 부품 세척에 사용되는 휘발유의 양은 연간 최대 50만 톤에 달합니다. 계면활성제가 함유된 수성 금속 세척제는 에너지를 절약할 수 있습니다. 계산에 따르면 금속 세척제 1톤은 휘발유 20톤을 대체할 수 있으며, 석유 원료 1톤으로 4톤의 금속 세척제를 생산할 수 있어 계면활성제가 에너지 절약에 매우 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있습니다. 외부 계면활성제가 함유된 금속 세척제는 무독성, 불연성, 무환경 오염, 작업자 안전 등의 특징을 가지고 있습니다. 이러한 유형의 금속 세척제는 항공우주 엔진, 항공기, 베어링 등 다양한 금속 부품 세척에 널리 사용되고 있습니다.

식품 산업
식품 산업에서 계면활성제는 식품 생산에 사용되는 다기능 첨가제입니다. 식품 계면활성제는 유화, 습윤, 점착 방지, 보존 및 응집 효과가 뛰어납니다. 이러한 특수 첨가제 효과로 페이스트리를 바삭하게, 음식을 거품 나게, 빵을 부드럽게 만들 수 있으며, 인공 버터, 마요네즈, 아이스크림과 같은 원료를 고르게 분산 및 유화시켜 생산 공정 및 제품 내부 품질을 개선하는 데 탁월한 효과를 발휘합니다.

농약은 유화액으로, 액체의 표면장력으로 인해 식물 잎에 살포 시 확산이 어렵다는 단점이 있습니다. 농약 용액에 계면활성제를 첨가하면 계면활성제가 액체의 표면장력을 감소시켜 로션의 표면 활성을 잃게 되고, 이로 인해 로션이 잎 표면에 쉽게 확산되어 살충 효과가 향상됩니다.