계면활성제(Surface Active Agent)
수용액 속에서 그 표면에 흡착하여 그 표면장력을 저하시키는 물질로 표면활성제라고도 한다.
화학구조로는 친수성(Hydrophilic) 부분과 친유성(Hydrophobic)부분으로 이루어져있고, 세분하면 친유부분과 친수부분과의 사이에 다양한 결합기로 구성
되어있는 물질이다. 따라서 계면활성제는 물과 기름 양쪽에 친화성을 가지고 있어 양친매성(Amphiphilic)물질이라고도 부른다.
계면활성제의 친수성 부분(친수기)으로는 : 카르복실염(-COOH), 술폰산염(-SO3H), 황산에스테르염(-OH03H), 아민염(-N+-HX-), 4급암모늄염(-N+-]X-),
수산기(-OH) 등이 있으며, 친유기성부분(소수기)으로는 : 알킬기(-CNH2N+1-,N:8-20) ,알킬아릴기(-CNH2N+1,N:8-15,3~)등이 있다.
이들중 카르복실기, 황산에스테르기, 술폰기를 친수기로 하는 계면활성제는 물에 용해시 계면활성을 가지는 친유기 부분이 음이온으로 해리하므로, 음이온
계면활성제라 하고, 제4급 암모늄기를 친수기로 하는 계면활성제는 주분자가 양이온으로 해리하므로 양이온계면활성제라 한다.
한개의 분자중에 반개전하의 해리기를 가지는 계면활성제는 주분자가 양이온이 되기도 하고, 음이온이 되기도하는데 이와 같은 것을 양성계면활성제라 한다.
폴리옥시에틸렌과같이 수용액으로 된 경우에는 이온해리하지 않는 친수기를 가지므로 비이온계면활성제라 한다.
계면활성제의 수용액은 다음과 같은 물리화학적 특성을 가지고 있다.
1) 표면(계면)에의 흡착
2) 표면(계면)장력의 감소
3) 미셀형성
4) 유화작용
5) 세척작용
6) 대전방지
7) 살균작용
사용분야로써는 세정제, 유화제, 분산제, 감수제, 윤활제, 포소화약제, 섬유유연제, 염색조제등에서 광범위하게 응용되고있다.
2. 폼(Foam)
기체가 액체또는 고체중에 부유한 것을 기포(bubble)라하며, 기포간에 포막이 형성되어 있는 상태를 일반적으로(Foam)이라 한다.
이러한 폼이 발생되는 원리에는 표면장력이라는 것이 관여하게 되는대, 한예로 물에 어떤 물리적인 힘을 가하면 부분적으로 물이 솟아올라 U자모양 또는 거품이 되려고 하여도 항상 72dyne/cm의 표면장력이 작용하여 원래의 상태로 되돌아가지만 표면장력을 약30dyne/cm 정도로 감소시키면 표면장력이 반감 되어 쉽게 거품을 만들고 형성된 거품안의 물이 밑으로 빠지는 속도역시 반감되어 거품의 수명이 길어진다.
공기를 에워싼 물의 계면에 성냥 모양으로된 계면활성제 분자는 소수기를 공기쪽으로 향하여 배열하며, 이 거품은 많은 계면활성제 분자로된 탄성있는 엷은 막이되어 비교적 오래유지하나 시간이 경과함에따라 수분이 아래로 배수(drainage)되어 다분자막의 거품이 단분자 막의 거품이되어 결국 파열된다.
여기서 소화약제(消化藥劑)에서 필요로하는 거품은 튼튼하여 오랜시간 유지되는 수명이길고 내화성이 센 거품이어야 한다.
3. 표면장력(Surface tension)
표면장력이란 표면(기체-액체, 기체-고체를 표면이라함)에서 그 표면적이 수축하여 될 수있는한 작아지려는 힘을 말한다.
이러한 현상은 액체인 물에서는 물분자들이 강한 인력(引力)으로 서로 당기고 있기때문이다.
좋은 예로는 여름철 아침에 풀잎위에 구슬같은 이슬이 총총 맻혀있는 것과 연꽃잎 위를 굴러다니는 물방울이 바로 물의 표면장력에 의한 현상이다.
4. 계면
계면은 고체-액체, 액체-기체와 같이 2개의 물질을 분리하는 경계면을 또는 물질들이 만나는 면을 말하며, 같은 상태라도 다른 종류의 물질이 만나는 곳으로물질내부와 달리 높은 에너지 상태를 유지하고 있다. 때문에 독특한 물리적 성질을 보인다.
그예로 물표면의 분자들은 에너지가 높아 끊는점보다 낮은 온도에서도 기체로 될 수있는 것이 그예이다.
그렇지만 계면의 존재는 물질들이 쉽게 섞이지 않는다는 것을 의미한다.