계면활성제란?

계면이란 기체와 액체, 액체와 액체, 액체와 고체가 서로 맞닿은 경계면을 말하며, 계면활성제란 이런 계면의 경계를 완화시키는 역할을 한다. 

이 때문에 계면이 가지고 있던 표면장력은 약해지며 하나의 분자 내에 친수성과 친유성을 가진 화학적 구조를 지니고 있다.

계면활성제는 이런 계면의 경계를 완화시켜 주는 역할을 하며 쉽게 말해서 물과 기름을 섞어 주는 역할을 하는 물질이다. 

세제 용도에 많이 사용되는 것 외에도 식품과 화장품의 유화제, 보습제로도 많이 사용되고 있다. 

또한 대부분의 계면활성제는 인공합성에 의해 만들어진 물질로 지금까지 알려진 종류만으로도 20,000여종에 이르며 세제, 화장품, 의약품, 식품 및 여러 공업용 첨가제로 응용되어 이용되어지고 있다.

계면활성제는 약간의 화학구조를 변형시킨 것만으로도 특성이 크게 달라져 종류도 다양하며, 

대체로 계면활성제는 물에서 해리되었을 때 친수성 부분의 전하에 따라 음이온성, 양이온성, 양쪽성, 비이온성, 특수 계면활성제로 분류할 수 있다.

<계면활성제의 원리>

계면활성제의 종류

계면활성제의 종류는 다음과 같다.

<계면활성제의 종류>

1) 음이온 계면활성제

계면활성제가 물속에서 해리될 때 음이온이 되는 것으로 친수기로 카르복시산염, 술폰산염 또는 인산염 구조를 가진 것이 많다. 

카르복시산염계로 비누의 주성분인 지방산 나트륨이나 술폰산염계로 합성세제에 많이 사용되는 알킬벤젠술폰산 나트륨과 Polyacrylamide, 

전기영동에 이용되는 로릴 황산 나트륨(sodium aluryl sulfate, SLS) 또는 도데실 황산나트륨(sodium dodecyl sulfate, SDS) 등이 있다.

-비누(지방산나트륨)

-모노알킬황산염

-알킬폴리옥시에틸렌 황산염

-알킬벤젠술폰산염

-모노알킬인산염

2) 양이온 계면활성제(양이온 계면활성제)

계면활성제가 물속에서 해리될 때 양이온이 되는 것으로 살균작용이 있으며, 대전 방지기능이 있어 헤어 린스, 트리트먼트 등에 사용된다.

-디알킬디메틸암모늄염

-알킬벤질메틸암모늄염

3) 양쪽성 계면활성제

분자 내에 음이온 가능 부위와 양이온 가능 부위를 모두 가지고 있기 때문에 용액의 pH에 따라 양이온 혹은 음이온이 된다.

 피부 자극이 적으면서 세정능력을 가지고 있어 유아용 샴푸에 이용된다.

-알킬설포베타인

-알킬카르복시베타인

4) 비이온성 계면활성제

친수부가 비전해질, 즉 이온화하지 않는 친수성 부분이 있는 것으로 알킬글리콜 같은 저분자 계열 또는 폴리에틸렌 글리콜과 폴리비닐 알코올과 같은 고분자계가 존재한다. 

또한 거품성이 작고, 낮은 농도에서도 계면활성의 역할을 하는 장점이 있으며, 피부 자극이 적어 유화제품에 가장 많이 사용된다.

-폴리옥실에틸렌알킬에테르

-지방산 솔비탄에스테르

-지방산 디에탄올아민

-알킬모노글리세릴에테르

계면활성제 특성

(1) HLB(Hydrophilic Lipophilic Balance)

HLB값이란 계면활성제가 물과 기름에 대한 친화성 정도를 나타내는 값으로 에틸렌옥사이드(EO)가 부가된 계면활성제에 대해 값을 부여한 것으로 HLB값은 0부터 20까지 있으며, 

0에 가까울수록 친유성이 좋고, 반대로 20에 가까우면 친수성이 좋다.

계면활성제의 종류가 많아지자 1949년 아틀라스 파우더 회사의 윌리엄 그리핀이 제안한 개념이다.

(2) 미셀(Micelle)

계면활성제는 미셀을 형성시키는데, 미셀(micelle)이란 분자들이 농도가 낮은 수용액에서 자유롭게 존재하다가 농도가 높아짐에 따라 서로 모여 자발적인 회합체로 되는 것을 말한다. 

그 구조는 내측에 친유기를, 외측에는 친수기를 향하게 하여 둥근 형태의 입자를 형성시키며 구상 미셀, 봉상 미셀, 층상 미셀 등 여러가지 형태가 있으며, 

이는 계면활성제의 형태나 농도 외에 다른 각종 조건에 따라 변한다. 미셀이 형성되기 시작하는 계면활성제의 농도를 임계 미셀농도(critical micelle concentration, CMC)라 하고, 

이 농도에서 계면활성제로서의 성질을 지닌다.

(3)임계미셀농도(CMC, Critical Micelle Concentration)

미셀이 막 생성되기 시작할 때의 계면활성제의 농도를 임계미셀농도라고 부른다. 이 임계미셀농도를 경계로 그 이전의 농도에서는 계면활성제로써 아무 역할을 할 수 없다. 

이 농도를 넘어서면서 용액은 표면장력, 응고점, 세정력, 탁도 등의 물리화학적 성질이 변하게 된다.

(4) 하부임계온도(Cloud point)

폴리에틸렌글리콜(PEG)을 친수성 작용기로 하는 비이온성 계면활성제가 물에 대한 용해도가 떨어져 계면활성제로서의 기능을 잃고 탁한 상태로 되면서 분리되는 온도이다. 

이는 폴리에틸렌글리콜의 산소와 물과의 수소결합이 온도 상승에 따라 증가된 에너지에 의해 끊어지지 때문에 나타나는 현상으로 하부임계온도 이하의 온도로 낮출 경우 다시 용해되어 투명한 액체로 바뀐다. 

이 하부임계온도의 측정은 활성제의 품질관리 지표에서 자주 사용된다.

(5) 크래프트점(Kraft point)

이온성 계면활성제는 임계미셀농도(CMC)와 같아지는 온도에서 물의 용해도가 급격히 증가하게 된다. 이는 임계미셀농도(CMC)에서 미셀을 생성하기 때문이데, 

이 온도를 크래프트점(kraft point)이라 하며, 세정제 경우 크래프트점 이하에서 사용하면 세정효과가 나타나지 않는다.

(6) 계면활성제의 안전성

-분자량 300~600 이 자극이 크다

-비이온선 계면활성제가 이온성 계면활성제보다 자극이 적다

-계면활성 성능이 높을수록 자극이 높아질 가능성이 많다

-친유기에 벤젠 구조를 가질 때 자극이 높다.

-HLB10 부근에서 자극이 가장 높다

-POE(polyoxyethylene) 분포가 넓을수록 자극이 높을 가능성이 많다.

#닥터오라클 #오라클코스메틱 #오라클피부과 #droracle #oracle_cosmetic #성분연구 #계면활성제 #Surfactant #임계미셀농도 #CMC