계면 활성제와 에멀전
1)계면활성제란 물과 기름같이 섞이지 않는 두 물질(액체)를 혼합할 수 있게 해주는 물질을 말하며, 물과 기름의 두 물질은 섞었을 때 상하로 나뉘어 경계면만 생길뿐 어느 한 쪽이 다른 것을 용해시키지 못합니다. 계면활성제라는 용어에 그대로 설명된 것과 같이 두 섞이
지 않는 물질의 "경계면"을 "활성화" 시켜서 섞이게 하는 것입니다.
그 원리를 보면 계면활성제는 친수성인(물을 좋아하는) 부분과 소수성 인(물을 싫어하
는. 즉, 기름을 좋아한다고 생각해도 무방) 부분이 공존하는 성질을 가지고 있습니다.
예를 들자면 츄파츕스 사탕처럼 사탕이 있는 부분은 친수성이라고 보면되고 손잡이인
막대부분은 소수성이라고 보면 될겁니다. 실제 계면활성제의 작용 메카니즘을 도식화
할 때에도 마치 막대사탕과 비슷한 모양으로 계면활성제를 설명합니다.
결국 계면활성제는 섞이지 않는 두 물질의 경계면에서의 표면장력을 최소화시킴으로써
두 물질이 섞이게 되는 것이죠.
좀더 자세히 알아 보자면
묽은 용액 속에서 계면에 흡착하여 그 표면장력을 감소시키는 물질인데, 대표적인 예로, 비누가 물의 표면에 잘 모이는 성질은 비누의 분자(예를 들면, 스테아르산나트륨) 속에 긴 사슬 모양의 알킬기(基)와 같은 친유성(親油性)의 기와 카르복시기와 같은 친수성의 기가 들어 있어, 친유성의 기는 물의 반발을 받아 표면으로 가기 때문에 생긴다. 이같이 양쪽 친매성(親媒性)을 띤다.
표면활성제라고도 한다. 비누는 그 대표적인 것으로, 비눗물의 표면장력은 물에 비하여 훨씬 작다. 이것은 비누가 물의 표면에 모여 표면을 되도록 넓게 하려고 하기 때문인 것으로 알려져 있다. 비누가 물의 표면에 잘 모이는 성질은, 비누의 분자(예를 들면, 스테아르산나트륨) 속에 긴 사슬 모양의 알킬기(基)와 같은 친유성(親油性)의 기와 카르복시기와 같은 친수성의 기가 들어 있어, 친유성의 기는 물의 반발을 받아 표면으로 가기 때문에 생긴다.
보통 1분자 속에 친유기와 친수기가 함께 들어 있는 양쪽 친매성(親媒性)인 물질은 계면활성제가 될 수 있다. 계면활성제 중 수용액에서 이온화하여 활성제의 주체가 음이온이 되는 것을 음이온 계면활성제라고 하는데, 비누·알킬벤젠술폰산염 등이 이에 속한다. 또, 이온화하여 양이온이 되는 것을 양이온 계면활성제라 하는데, 고급아민할로겐화물·제사암모늄염·알킬피리디늄염 등이 이에 속한다. 또한 양쪽이 다 되는 것을 양쪽성 계면활성제라고 하는데, 여기에는 아미노산 등이 속한다.
한편, 전리하지 않는 것을 비(非)이온 계면활성제라 하여 구별하기도 하는데, 여기에는 폴리에틸렌글리콜류 등이 속한다. 계면활성제는 일반적으로 세척력·에멀션화력·분산력·삼투력·기포력(起泡力) 등을 지니고 있어, 각기 그 특성에 따라 세척제·섬유처리제·에멀션화제·부유선광제(浮遊選鑛劑)·시멘트용 기포제·윤활유 첨가제·살균제·도료분산제(塗料分散劑) 등으로 널리 이용되고 있다.
2)에멀션 [emulsion]
두 액체를 혼합할 때 한쪽 액체가 미세한 입자로 되어 다른 액체 속에 분산해 있는 계(系).
이 액체의 가장 대표적인 예가 동물의 젖이기 때문에 유탁액(乳濁液)이라고도 한다. 일상생활에서 우유를 비롯하여 많은 예를 볼 수 있는데, 때로는 젤라틴과 같은 친수콜로이드로 보호된 콜로이드분산계(分散系)를 분산질의 여하를 불문하고 에멀션이라 하기도 하고, 분산해 있는 입자가 콜로이드입자의 크기와 같은 유탁 콜로이드와 구별하지 않을 때도 있다. 물과 기름처럼 서로 용해하지 않는 두 액체를 흔들어서 섞으면 에멀션이 되지만 이것은 일반적으로 불안정하여 방치해 두면 다시 두 액상(液相)으로 갈라지는 경우가 많다. 이것을 안정시키려면 에멀션화제(化劑)를 가하는 것이 보통이다.
물과 기름에서 에멀션이 생기는 경우, 물 속에 기름이 분산한 O/W형 에멀션과, 기름 속에 물이 분산한 W/O형 에멀션이 있다. 이 두 형을 식별하는 데는 현미경에 에멀션을 한 방울 떨어뜨리고, 물 또는 기름을 한 방울 접촉시켜 물과 자유로이 섞이면 O/W형, 기름과 쉽게 섞이면 W/O형으로 한다.
에멀션화 [emulsification]
두 종류의 액체를 안정한 에멀션으로 만드는 일
유화라고도 한다. 한 액체 속에 그것과 서로 섞이지 않는 액체가 미세하게 분산되어 있는 계(系)를 에멀션이라고 하고, 이 에멀션을 만드는 조작을 뜻한다.
에멀션화제 [emulsifying agent]
서로 혼합하지 않는 두 종의 액체를 안정한 에멀션(유탁액)으로 만드는 제3의 물질.
유화제(乳化劑)라고도 한다. 일반적으로 한 분자 속에 친수성(親水性) 원자단과 친유성(親油性) 원자단의 양쪽을 가진 것이 많다. 예를 들면, 물과 기름의 경우에 물에 비누 또는 합성세제를 약간 녹여 두면 에멀션화가 잘 되며, 또 생성된 에멀션도 안정하여 장시간 유지된다. 이 경우의 비누 ·합성세제 등이 에멀션화제이다.
일반적으로 에멀션화제는 계면활성제이며, 에멀션에 O/W형, W/O형이 있듯이 에멀션화제에도 같은 두 형이 있다. O/W형에는 친수성이 강한, 즉 물에 잘 녹는 에멀션화제가 알맞으며, 알칼리비누 ·합성세제 ·단백질 ·식물고무 ·알긴산염 ·CMC(카르복시메틸셀룰로오스) ·사포닌 등이 있다. 또, W/O형에는 유성(油性)인 에멀션화제가 적합한데, 중금속비누 ·라놀린 ·로딘 ·레시틴 ·다가(多價)알코올의 지방산에스테르 등이 있다. 식품위생법에서 인정하고 있는 식품 에멀션화제에는 지방산모노글리세리드, 설탕의 지방산에스테르 ·레시틴 ·아라비아고무 ·알긴산 ·난황(卵黃,레시틴 함유) ·젤라틴 등이 사용된다.
즉 농약은 대부분 기름으로 물에 녹지 않으므로 유화제(에멀션화제, 계면 활성제)를 사용하여 물에 녹혀 뿌리게 되며, 난황유 제조시 기름과 난황을 시용하는 것은 난황속에 들어 있는 레시틴이 계면 활성제 역할을 하기 때문이다. 그러나 난황유 제조시에는 난황의 계면 활성제 역할이 약하므로 추가로 비누,퐁퐁,알코올,간장(아미노산)등을 추가하면 섞이는 효과를 올릴수 있다.
한편 은행등 친환경 자재의 유효성분을 추출 할때 주로 주정,목초액등을 사용 하는데, 이는 친환경 식물자재의 약효 성분이 기름인 경우가 많으므로 알콜,목초액을 사용하면 수용성,지용성의 모든 유효성분을 효과적으로 추출하기 때문에 사용하는 것이다. 마찬가지 원리로 재래식 비누나 퐁퐁,합성세제를 사용 하여도 식물의 약용성분 추출은 가능하나, 일부 성분이 화학반을을 일으켜 다른 성분으로 변할 수도 있으므로 소량씩 제조 시험하여 보면서 약효가 있는지 확인후 사용 하여야 한다. 이 경우 유효성분의 추출 속도가 느리므로 온도를 약간 따뜻하게 하여 주는 것이 좋다.
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