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계면활성제는 1940년대 산업 생산에 도입된 이후 널리 사용되어 왔으며 "산업계의 MSG"로 칭송받고 있습니다. 계면활성제 분자는 양친매성 특성을 가지고 있어 수용액 내 표면에 축적되어 용액의 특성을 크게 변화시킵니다. 친수성 부분과 소수성 부분의 비율과 분자 구조에 따라 계면활성제는 다양한 특성을 나타냅니다. 분산, 습윤 또는 점착 방지, 유화 또는 탈유화, 발포 또는 탈포, 가용화, 세척, 보존, 정전기 방지 효과 등 다양한 물리화학적 특성을 지닙니다. 이러한 기본적인 특성은 섬유 염색 및 가공에 매우 중요합니다. 통계에 따르면 섬유 산업에서는 3,000종이 넘는 계면활성제가 사용되고 있으며, 이는 섬유 정제, 방적, 제직, 염색, 날염, 마무리 등 생산 공정 전반에 필수적인 요소입니다. 계면활성제의 역할은 섬유의 품질을 향상시키고, 원사의 제직 성능을 개선하며, 가공 시간을 단축하는 것입니다. 따라서 계면활성제는 섬유 산업에 크게 기여하고 있습니다.

 

1. 섬유 산업에서의 계면활성제 응용

 

1.1 세척 과정

섬유 가공의 세탁 공정에서는 세탁 효과뿐만 아니라 원단의 부드러움과 잠재적인 탈색 문제까지 고려하는 것이 필수적입니다. 따라서 원단의 부드러움과 색상 안정성을 유지하면서도 우수한 세탁 효과를 제공하는 새로운 계면활성제 개발이 오늘날 계면활성제 연구의 핵심 과제가 되었습니다. 환경 보호에 대한 인식이 높아지고 섬유 수출이 직면한 엄격한 국제 환경 인증 장벽이 강화됨에 따라, 효율적이고 자극이 적으며 생분해성이 뛰어난 세제 개발은 섬유 산업의 시급한 과제가 되었습니다.

1.2 염색 가공

계면활성제는 다방면의 역할을 하며, 염색 공정에서 분산제와 균염제 역할을 모두 수행합니다. 현재 분산제로는 나프탈렌 설포네이트-포름알데히드 축합물과 리그닌 설포네이트를 포함한 음이온성 계면활성제가 주로 사용됩니다. 노닐페놀 에톡실레이트와 같은 비이온성 계면활성제는 다른 유형의 계면활성제와 혼합되는 경우가 많습니다. 양이온성 및 양쪽성 계면활성제는 적용에 몇 가지 제약이 있습니다. 마이크로파 염색, 폼 염색, 디지털 인쇄, 초임계 유체 염색과 같은 새로운 염색 기술이 발전함에 따라 균염제와 분산제에 대한 요구 사항이 더욱 까다로워졌습니다.

1.3 연화제

염색 및 마감 전에 섬유는 일반적으로 정련이나 표백과 같은 전처리 과정을 거치는데, 이로 인해 거친 촉감이 발생할 수 있습니다. 내구성 있고 매끄럽고 부드러운 촉감을 부여하기 위해서는 유연제(대부분 계면활성제)가 필수적입니다. 음이온성 유연제는 오랫동안 사용되어 왔지만, 섬유가 물에 닿으면 음전하를 띠기 때문에 흡착에 어려움이 있어 유연 효과가 약합니다. 설포숙시네이트와 황산화 피마자유를 포함한 일부 유형은 섬유 오일의 유연제 성분으로 사용하기에 적합합니다.

비이온성 유연제는 염료 변색을 유발하지 않으면서도 음이온성 유연제와 유사한 촉감을 제공합니다. 음이온성 또는 양이온성 유연제와 함께 사용할 수 있지만, 섬유 흡착력이 약하고 내구성이 낮습니다. 주로 셀룰로오스 섬유의 후가공 및 합성 섬유 유지제의 연화 및 평활화 성분으로 사용됩니다. 펜타에리트리톨 지방산 에스테르와 소르비탄 지방산 에스테르와 같은 계열의 유연제는 셀룰로오스 및 합성 섬유의 마찰 계수를 크게 감소시키는 데 중요한 역할을 합니다.

양이온 계면활성제는 다양한 섬유와 강한 결합력을 보이며, 내열성과 세탁 내구성이 뛰어나 풍부하고 부드러운 촉감을 제공합니다. 또한 정전기 방지 기능과 우수한 항균 효과를 제공하여 가장 중요하고 널리 사용되는 유연제입니다. 대부분의 양이온 계면활성제는 질소 함유 화합물이며, 일반적으로 4차 암모늄염을 포함합니다. 그중 디하이드록시에틸 4차 암모늄 화합물은 탁월한 연화 성능으로 두각을 나타내며, 습윤 및 정전기 방지 기능 외에도 0.1~0.2%의 사용량으로도 이상적인 결과를 얻을 수 있습니다. 하지만 크기가 크고 생분해가 어렵습니다. 차세대 친환경 제품에는 일반적으로 미생물에 의해 지방산으로 쉽게 생분해되는 에스테르, 아미드 또는 히드록실기를 가진 계면활성제가 포함되어 있어 환경 영향을 최소화합니다.

1.4 정전기 방지제

다양한 섬유 가공 및 직물 마감 공정에서 발생하는 정전기를 제거하거나 예방하기 위해서는 정전기 방지제가 필요합니다. 정전기 방지제의 주요 기능은 섬유 표면에 수분 유지력과 이온성을 부여하여 절연성을 감소시키고 전도성을 증가시켜 전하를 중화하고 정전기를 제거하거나 예방하는 것입니다. 계면활성제 중에서는 음이온성 정전기 방지제가 가장 다양합니다. 황산유, 지방산, 고탄소 지방 알코올은 정전기 방지, 연화, 윤활 및 유화 효과를 제공할 수 있습니다. 알킬황산염, 특히 암모늄염과 에탄올아민염은 정전기 방지 효과가 더 높습니다.

더욱이, 알킬페놀 에톡실레이트 설페이트는 음이온성 대전방지제 중에서도 탁월한 성능을 자랑합니다. 일반적으로 양이온성 계면활성제는 효과적인 대전방지제일 뿐만 아니라 우수한 윤활성과 섬유 접착력을 제공합니다. 그러나 염료 변색 가능성, 내광성 저하, 음이온성 계면활성제와의 비친화성, 금속 부식, 높은 독성, 피부 자극 등의 단점이 있어, 주로 오일제보다는 직물 마감용으로만 사용됩니다. 대전방지제로 사용되는 양이온성 계면활성제는 주로 4차 암모늄 화합물과 지방산 아미드로 구성됩니다. 베타인과 같은 양쪽성 계면활성제는 우수한 대전방지 효과와 윤활성, 유화성, 분산성을 제공합니다.

비이온성 계면활성제는 강력한 보습력을 나타내며 섬유의 저습도 환경에 적합합니다. 일반적으로 염료 성능에 영향을 미치지 않고 광범위한 점도 조절이 가능하여 독성이 낮고 피부 자극이 최소화되어 합성 오일(주로 지방 알코올 에톡실레이트와 지방산 폴리에틸렌 글리콜 에스테르)의 핵심 성분으로 널리 사용됩니다.

1.5 침투제 및 습윤제

침투제와 습윤제는 섬유 또는 직물 표면이 물에 빠르게 젖도록 촉진하고 액체가 섬유 구조로 침투하는 것을 용이하게 하는 첨가제입니다. 액체가 다공성 고체에 침투하거나 액체가 침투하는 것을 가속화하는 계면활성제를 침투제라고 합니다. 침투는 적절한 습윤이 먼저 발생해야 가능합니다. 습윤은 액체가 고체 표면에 접촉했을 때 퍼지는 정도를 의미합니다. 따라서 침투제와 습윤제는 발호, 끓임, 머서라이징, 표백과 같은 전처리 공정뿐만 아니라 인쇄 및 마감 공정에도 널리 사용됩니다.

침투제와 습윤제에 요구되는 특성은 다음과 같습니다. 1) 경수 및 알칼리에 대한 내성; 2) 가공 시간 단축을 위한 강력한 침투력; 3) 처리된 직물의 모세관 현상 현저한 개선. 양이온성 계면활성제는 섬유에 흡착되어 습윤을 방해할 수 있으므로 습윤제로는 적합하지 않습니다. 양쪽이온성 계면활성제는 적용에 있어 특정 제약이 있습니다. 따라서 침투제 및 습윤제로 사용되는 계면활성제는 주로 음이온성 계면활성제와 비이온성 계면활성제로 구성됩니다. 또한, 섬유 산업에서 계면활성제는 정제제, 유화제, 발포제, 평활화제, 고정제, 발수제로도 사용됩니다.

알킬 폴리글루코사이드(APG)는 재생 가능한 자원에서 추출한 천연 지방 알코올과 포도당으로 합성된 바이오 계면활성제입니다. 기존의 비이온성 계면활성제와 음이온성 계면활성제의 특성을 모두 갖춘, 포괄적인 성능을 갖춘 새로운 유형의 비이온성 계면활성제입니다. 높은 표면 활성, 우수한 생태학적 안전성, 그리고 용해도를 특징으로 하는 친환경 기능성 계면활성제로 국제적으로 인정받고 있습니다.