R E P O R T과제명 : 화장품학 과:학 번:성 명:제출일자:1. 세정용 화장품1) 비누(1) 염을 만들기 위한 양이온에 의한 분류① 알칼리 비누- 나트륨비누(고형, 가루비누의 대부분을 차지), 칼륨비누(연질비누로서 세안크림이나 샴푸 외에 바니싱 타잎의 크림이나 유액의 유화제로 이용), 트리에탄올아민 비누(샴푸나 크림, 유액의 유화에 사용되지만 시간의 경과에 따라 변색되는 경우가 있음)등이 있다.② 금속비누- 마그네슘, 칼슘, 아연, 알루미늄 등의 금속이 사용되며 물에 잘 녹지 않아 세정제로는 부적합하다.(2) 유지원료에 의한 분류① 우지비누- 탄소수 18의 스테아린산과 탄소수 16의 팔미트산이 주체이다. 피부에 대한 자극이 적으나 냉수에 잘 녹지 않고 기포력이 부족하다.② 야자유비누- 탄소수 12의 라우린산이 주체이다. 냉수, 해수에 잘 녹고 기포력과 세정력이 강하지만 피부를 자극하는 단점이 있다.③ 팜유비누- 질이 단단하고 세정력이 뛰어나며 피부자극이 적다. 변색되기 쉬운 결점이 있다.④ 올리브유비누- 세탁용(마르세이유 비누)⑤ 경화유비누- 대두유나 어유와 같은 액상유에 수소를 첨가하여 고체의 유지로 만든 다음 검화시켜 만든다. 수소의 첨가에 따라 임의의 경도를 갖는 비누를 얻을 수 있다.(3) 용도에 의한 분류① 과지방비누- 물에 녹아 약알칼리성을 나타내며, 수질이 좋을 경우에는 지나치게 피지를 제거해서 거친 피부의 원인이 되므로 세정력을 잃지 않는 범위 내에서 올리브유나 라놀린, 고급알코올(2∼3%) 등의 유분을 배합하여 제조한다. 크림처럼 섬세한 거품울 일으키고 사용 후 피부가 산뜻해지는 특징이 있다. 시판되는 화장비누의 대부분을 차지하고 있다.② 투명비누- 우지, 야자유 외에 올리브유, 피마자유와 같은 액체의 유지와 송지(松脂)등을 사용하여 염석을 하지 않고 만든다. 이들 유지 원료에 에탄올을 첨가하여 알칼리가 과잉이 되지 않도록 수산화나트륨으로 중화한다. 10∼20%의 당과 글리세린이 투명제로 사용된다 (주용도-세안용)③ 약용비누④ 면도용비누③ marine soap- 야자유로 마든 것으로 해수에서도 녹는다.④ glutamic acid soap- 클루타민산에 지방산을 결합시킨 비누로서 알칼리에 민감한 사람이나 피부질환 환자에게 사용되고 있다.2) 세안크림- 비누의 세정력 + cleansing cream의 피부보호기능을 겸비한다.표10-1 세안크림의 처방 예(단위;%)원료명지방산 중화형유지 검화형water, purified3733.2stearic acid10palmitic acid10myristic acid12lauric acid4beef tallow40coconut oil15higher fatty alcohol1.52.0ethylene oxide, with lanolrin added1.0lanolrin, purified1.0perfume0.50.3preservative, antioxidant적당량적당량glycerin18potassium hydroxide6.06.5sodium hydroxide2.03) 클렌징 크림(cleansing cream)(1) 작용기구- 피부표면의 유성 더러움, 화운데이션 등 물에 녹지 않는 친유성 성분들을 에멀젼 상태의 클렌징류의 용해에 의한 세정작용으로 피부를 세정시킨다.(2) 특징- 중성∼약산성에서 세정이 일어나며 emolliant 효과가 기대된다. 물을 필요로 하지 않으므로 손쉽게 사용할 수 있다. 피부의 손상이 적으며 거친 피부에도 사용할 수 있는 부드러운 세안료이다.2. 기초 화장품- 기초 화장품의 주요 기능으로서 emolliant작용, moisturing작용, 수렴작용, 피부지질의 조정작용, 피부 보호작용 등이 있다.1) 화장수(toilet water)(1) 알칼리성 화장수- 거친 피부의 처방으로, 건강한 피부를 유연하게 하고 피부에 수분을 보유시켜 보송하게 하는 화장수이다. 글리세린과 에탄올의 함유량은 각각 5∼10% 정도이며, pH는 10이하로 조정한다.(2) 산성 화장수- 유기산을 주체로 한 pH 3∼4의 화장수로서 주로 지성 피부를 손질하는데 사용되며 수렴성에 바람직하다.③ 알루미늄이나 아연의 염류- 황산알루미늄칼륨, 염화알루미늄, 클로로히드록시알루미늄, 알루미늄염(명반), 아연화합물(황산아연, 염화아연, p-페놀설폰산아연) 등의 염류를 배합한 화장수는 pH에 관계없이 피부를 신축시키는 작용이 있다. 지성피부에서 건성피부에 까지 수렴성 화장수로 사용할 수 있다.(4) 점장성 화장수- gum tragacanth, queen seed, gum karaya pectin 등의 천연물과 CMC, MC, 층(carboxymethyldextran), carboxyvinyl polymer와 같은 고분자 물질이 점장물질로 사용되고 있다. 이들 물질은 보습성이 뛰어나므로 피부를 윤택하게 하고 보호하는 작용이 있다.(5) 세정용 화장수- 피부에 대해 비교적 유연한 계면활성제를 첨가함으로써 세정력을 높인 것이며, 보통 화장수에 비해 pH는 약알칼리 쪽으로 처방된다.(6) 다층식 화장수① 액-액계(유층-수층)- 피부에 유연하고 폭넓은 사용 목적과 사용 촉감을 갖는 화장수이다. ② 액-고계(수층-분체) -칼라민 로션- 소량의 산화 제2철을 함유하는 산화아연을 태워서 만든 엷은 홍색의 분말이다. 완화된 수렴제로 건조, 냉각, 보호를 목적으로 한 로션에 사용된다. 지양(止痒)과 진정의 목적으로 페놀을 배합하는 경우가 있다.표10-2 알칼리, 산성 및 수렴성 화장수의 처방 예(단위;%)원료명알칼리산성수렴성gylcerin5.05.03.0propylene glycol5.04.0-sobitol--2.0polyethylene glycol2.0--surfactant, hydrophilic2.01.01.0ethanol7.010.015.0potassium hydroxide 1)미량--citric acid? phosphate salt buffer 2)-미량0.1zinc p-phenol sulfonate 3)--0.2perfume적당량0.10.2preserve적당량적당량적당량sun protector-적당량-pigments, soluble0.2--water, 에 따라서는 다음과 같이 분류하기도 한다.① 약유성 크림- 배합한 스테아린산의 일부를 알칼리로 검화하여 제조한다. 최근에는 검화하지 않고 비이온성 계면활성제로 유화하며 소량의 유지류를 처방하는 것이 일반적이다. after shaving cream은 약유성이 많다.② 중성 크림- varnishing cream형과 cold형의 중간형(유지류를 30∼50% 배합)의 성질을 나타낸다. 밀납, 라놀린, 스쿠알렌, 식물유 등의 유지류를 사용하며 수상의 첨가 성분으로는 글리세린 등의 다가알코올 외에 피롤리돈 카르본산 등의 보습제가 폭넓게 사용된다.③ 유성 크림- 50% 이상의 유분을 함유한다. cleaning cream, emolliant cream은 유성크림에 속한다. 종전의 w/o형 콜드크림은 밀납과 붕사를 유화한 것이 대부분이었으나 붕사의 안정성의 문제로 최근에는 자취를 감추었다.(2) 크림의 원료- 유성원료, 수성원료, 유화제(알칼리 비누와 비이온성 계면활성제가 주로 사용)등이 사용된다.표10-3 크림의 원료구분원료명유성동식물계고형상 ; 밀납, carna, wax, 목납, cacao, cetylalcohol, candedilla 납,stearyl alcohol, stearic acid 등반고형상 ; lanolin액상 ; 올리브유, 동백유, 면실유, 피마자유, oleyl alcohol, oleic acid,스쿠알렌, pristane 등광물계고형상 ; 고형 파라핀, ceresin, microstalline wax, ozokerite 등반고형상 ; vasellin 등액상 ; 유동 파리핀, 실리콘 오일 등수성합성계합성 ester유, 합성 polyether유 등보습제글리세린, 폴리에틸렌글리콜, 솔비톨, 폴리프로필렌글리콜 등점액질quine seed gum, tragacanth, sod. alginate, CMC-Na, PVA,hyaluonic acid 등알코올에틸 알코올, 이소프로필알코올믈3) 유액(milky lotion)(1) 유액의 형상- 화장수와 크림의 중간적 성격을 갖4) 팩(pack)- 팩에는 보습, 혈행, 청정작용 등외에 노화한 각질층을 제거하는 강력한 작용이 있다. 주요 원료로는 보습제(글리세린, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 솔비톨 등), 피막제( 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 각종 gum질, CMC, 펙틴, 젤라틴, beegum 등), 분말(카올린, 탈크, 이산화티타늄, 탄산마그네슘, 콜로이드상 점토, 무수규산 등), 유성성분(올리브유, 참기름 등), 알코올 및 정제수가 있다.3. 메이크업 화장품1) 메이크업 화장품의 원료2) 메이크업 화장품의 종류(1) Foundation류- Foundation류는 안료와 기름입자를 수주에 분산시킨 유화계와 기름,유지 및 왁스를 혼합하여 만든 기제 중에 안료를 분산시킨 비유화계로 분류된다.유화계에는 유액상의 화운데이션과 크림상의 화운데이션으로 나뉘어지는데, 유액상의 경우 유분이 적으며 빠르고 손쉽게 make-up할 수 있고 분이 잘 먹고 화장이 흐트러지지 않는 장점이 있다. 한편 크림상의 화운데이션은 크림분과 유성크림분으로 구분되어진다.크림분은 흰 가루분을 varnishing cream 으로 분산시킨 것으로 사용감은 산뜻하고 분이 잘 먹고 잘 퍼지는 특징이 있으며, 유성크림분은 콜드크림 또는 무수유형 크림에 피복력이 강한 안료를 주체로 한 분체 원료를 분산시킨 것이며, 부착성이나 퍼짐이 좋고 땀으로도 화장이 잘 지워지지 않는다.(2) 분류(face powder)(3) 립스틱(4) 볼연지(5) Eye cosmatics- Eye cosmatics은 Eye shadow, Eye blow color, Eye liner, Mascara 등으로 분류된다. 특히 Mascara의 제조법을 요약하면 다음과 같다.① 고형- 착색안료를 왁스류와 유지에 첨가하여 트리에탄올아민 비누로 굳힌 것이 많다.② 액형- 휘발성 이소파라핀에 착색안료를 혼합하여 왁스류를 현탁시킨 유성型과 CMC-Na 같은 피막을 만드는 고분자 물질로 착색 안료를 속눈썹에 부착하기 편리하도록 브러쉬 타잎의 수성型(에멀젼型)의
R E P O R T과제명 : 펄프와 제지학 과:학 번:성 명:제출일자:1. 종이의 원료1) 식물성 섬유- 초본류(주로 1년생 또는 다년생)와 목본류(침엽수, 활엽수)를 포함하며 주요성분으로는 셀룰로오스(cellulose), 헤미셀룰로오스(hemicellulose), 리그닌(lignin) 추출물 등의 화학성분이 대부분이다.(1) 기계펄프- 일부 수용성 추출물을 제외한 거의 모든 성분들이 그대로 포함되어 있으며, 신문 등의 주원료로 사용된다.(2) 반화학 및 화학펄프- 일부 리그닌이 포함되어 있으며 산업용 포장지로 사용된다.(3) 표백 화학펄프- 주로 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스로 구성되어 있으며, 표백과정을 통하여 리그닌이 거의 제거된 상태이다. 주된 용도로서는 대부분의 필기 및 인쇄용지이다.2) 광물성 섬유 - 유리섬유, 탄소섬유 등3) 합성섬유 - PVC, PVA, Nylon, Polyethylene, Polypropylene 등2. 종이의 제조법- 종이는 펄프화 -> 지료조성 -> 초지 -> 습부압착 -> 건조 -> 칼렌더링의 공정을 거치게 된다. 또한 종이의 인쇄적성을 개선하거나 기능성을 부여하기 위하여 가공공정(도공 -> 함침 -> 적층 -> 인쇄 등)을 거치기도 한다.1) 펄프화 (목재펄프의 제조법을 중심으로)(1) 기계펄프화법- 기계펄프화법은 목재를 기계적으로 갈아서 펄프를 제조하는 방법이다. 따라서 불가피하게 섬유의 파괴가 많이 일어나고, 섬유가 완전히 개개의 상태로 풀리지 않는다. 기계펄프 제조 시 물과 기계적인 수단만이 사용되고 목재의 화학성분 중 단지 수용성 추출물 및 휘발성분만 제거되기 때문에 제조법에 다소 차이는 있으나 대개 90% 이상의 펄프 수율이 얻어진다.① 쇄목펄프화법(groundwood pulping process ; SGW)- 처음에는 통나무의 수피를 벗겨낸 후 인조석으로 만들어진 쇄목기에 가압하여 목재를 갈아서 펄프를 생산한다.② 가압쇄목펄프화법(pressurized groundwood pulping process ; PSGW- 목재를 작은 칩의 형태로 만든 후 리화이너(refiner ; 2개의 둥근 금속 디스크면에 금속 bar를 부착시킨 장치)로 갈아서 펄프를 제조하는 방법이다.④ 열기계 펄프화법(thermomechanical pulp ; TMP)- 리화이너 기계펄프화법을 개선하기 위하여 증기로 가열 처리한 후 리화이너로 칩을 처리하는 방법이다.⑤ 화학열기계펄프화법(chemical pulping process ; CTMP)- 열기계펄프의 품질을 더욱 개선하기 위하여 약품으로 약하게 처리하여(sulfonation)하여 유리전이온도를 낮추어 준 후 리화이너로 갈아 펄프를 제조하는 방법이다.(2) 화학펄프화법(chemical pulping process)- 화학펄프화법은 수피를 벗긴 목재를 작은 칩 상태로 만든 후 약품을 가하여 다이제스터에서 고온으로 가열하여 섬유를 손상시키지 않고 개개의 상태로 해리시켜 펄프를 제조하는 방법이다.기계펄프화법과는 달리 약품과 고온처리를 적용하기 때문에 목재 성분 중 대부분의 리그닌과 추출물이 제거되며, 처리 조건에 따라 헤미셀룰로오스도 상당 부분이 용출될 수 있다. 따라서 화학펄프는 기계펄프에 비하여 섬유가 유연하고, 섬유 간 결합이 잘 일어나기 때문에 화학펄프로 제조한 종이는 기계펄프로 만든 종이에 비하여 비교적 강도적 성질이 우수하다.① 소오다법(soda process)- 수산화나트륨(NaOH)과 탄산칼슘(CaCO3)을 약제로 하는 최초의 화학펄프화법이며, 주로 활엽수의 펄프화에 이용된다.② 아황산법(sulfite process)- 펄프제조 시 아황산(H2SO3)과 Ca(H2SO3)2와 같은 아황산염의 혼합액을 약제로 사용한다. 펄프로서는 백색도가 높고 고해가 용이하다. 크라프트법이 개발되기 전에 사용되었던 방법이지만 크라프트 펄프화법에 비해 사용할 수 있는 수종이 제한되어 있으며, 펄프화로 생성되는 폐액의 회수 면에서 곤란한 점이 있어 크라프트 펄프화법으로 전환되고 있다.③ 크라프트법(kraft process)- 황화나트륨(Na2S)과 수산화나트-소오다법 등), 용매를 이용한 솔볼리시스법(solvolysis process), 미생물을 이용한 미생물펄프화법(biopulping process) 등 다양한 방법이 있다.(3) 반화학펄프화법(semichemical pulping process)- 목재 칩을 약품을 사용하여 약하게 처리한 후 리화이너로 갈아서 펄프를 제조하는 방법으로서 기계펄프화법과 화학펄프화법의 절충형이라할 수 있다.화학기계 펄프에 비하여 약품 처리를 강하게 할 수 있기 때문에 섬유의 손상이 훨씬 적고, 리그닌의 상당 부분이 용출되기 때문에 펄프 수율(55∼90%)이 많이 낮아진다. 화학펄프에 비하여 섬유의 유연성이 떨어지고 섬유 속(fiber bundle)이 많이 함유되어 있기 때문에 주로 포장용 박스 제조 원료로 많이 쓰인다.① 중성아황산반화학펄프화법(neutral sulfite semi-chemical pulping process)② 크라프트펄프화법(high yield kraft pulping process)2) 지료조성(stock preperation)(1) 고해(refining, beating)- 섬유 조직 내의 수소결합을 절단하고 섬유를 보다 작은 구조 단위로 변화시키기 위해 고해기(beater)나 리파이너(refiner)로 펄프 현탁액에 기계적 처리를 가하는 것을 말하며 결속된 섬유의 해리, 섬유의 팽윤, 섬유의 피브릴화, 섬유의 일차막 및 이차막 외층 제거 등의 효과가 있다.(2) 사이징(sizing)- 사이징이란, 사이즈(size, sizing agent)를 지료에 투입한 다음 이를 섬유에 정착시킴으로써 셀룰로오스 섬유를 소수화하여 종이에 내수성을 부여하는 방법을 말한다.① 로진사이징- 제지용 alum(명반)이란 Al2(SO4)3?nH2O의 화학식을 갖는 알루미늄 설페이트(aluminium sulfate)를 말한다. 결정수의 수 n은 14∼18이지만 공업용 alum은 14개의 결정수를 가지고 있다. alum은 150여년 동안 제지공업의 pH조절제, 보류제, 탈수촉진제, 소포제전해질로 사용되고, SO42-이온은 물중의 수소이온과 반응하여 황산을 형성하여 초지계가 산성을 이루기 때문에 산성초지라고도 한다. 초지 후 이 황산성분이 시이트 내에 잔류하여 종이를 열화시키는 원인으로 작용한다.② 중성사이징- 최근에는 종이의 내구성을 개선하기 위하여 초지(sheet forming) 시스템을 중성 내지는 알칼리로 하기 위하여 AKD(alkyl ketene dimer)와 ASA(alkyl succinic anhydride)가 대표적인 중성 사이즈제로 사용되고 있다. 정착제로서는 양이온성 전분(cationic starch) 또는 PAM(polyacryl amide)등이 있다.(3) 충전(filler loading)- 충전이란 일반적으로 충전제(filler) 또는 안료라고 불리는 무기물이나 유기합성물의 분말을 종이 제조 시 첨가하는 것을 의미한다. 종이의 생산원가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 인쇄적성을 개선시켜 주기 위한 목적으로 널리 이용되고 있다. 충전제로는 활석(talc), 백토(clay), 탄산칼슘(calcium carbonate), 이산화티탄(titanium dioxide) 등이며 클레이, 수산화알루미늄, 황산바륨 및 규조토 등이 사용되기도 한다. 이들 충전제 중에서 가장 널리 사용되는 것은 탈크와 탄산칼슘이다.① 활석(talc)- 천연의 충전제이며 규산마그네슘의 수화물로 단사정계의 결정구조를 갖는다. 높은 pH를 나타내나 제지공정에서 화학적으로는 불활성이다. 판상 탈크의 평활한 표면은 소수성이나 끝부분의 표면은 친수성이어서 수계에 분산될 수 있다. 비교적 마모성이 적다.② 탄산칼슘(calcium carbonate)- 산에 의하여 분해되어 탄산가스를 방출시키기 때문에 중성 또는 알칼리 초지시에만 사용될 수 있다. 백색도와 불투명도의 향상효과가 우수하며, 탈크와 더불어 국내 매장량이 많으며 가격이 저렴하다.③ 이산화티탄(titanium dioxide)- 종이의 우수한 불투명도와 명도를 부여한다. 가격이 비싸기 때문에 사전용지와 같이 얇은 종이.5%∼1.0%의 농도로 초지기로 보내져 중력 및 진공 탈수과정을 통하여 시이트 형태로 만들어지며, 이때 시이트의 구조가 결정되기 때문에 종이의 제반 성질을 좌우하는 매우 중요한 과정이다. 초지기를 떠나는 시이트의 농도는 약 20% 전 후이다.초기기로는 환망초지기(cylinder former), 장망초지기(foundering papermachine) 및 쌍망초지기(twin wire former) 등이 있으며, 환망초지기는 탈수원리에 따라 롤형(blade type)과 블레이드형(blade type)으로 분류되기도 한다.4) 습부압착(wet pressing)- 시이트 내의 물을 기계적으로 짜 내면서 동시에 시이트의 구조를 더욱 치밀하게 만들어 주고, 섬유 간 결합을 보다 용이하게 해주어 최종적으로 생산되는 종이의 강도를 높여주는 효과를 얻을 수 있다.습부압착 공정에 도착한 시이트는 아직 많은 양의 물을 지니고 있기 때문에 너무 높은 압력을 가할 수 없다. 만약 너무 높은 압력을 가할 경우 시이트의 형태를 더 이상 유지할 수 없게 된다. 그러나 습부압착 공정에서 가능한 한 많은 물을 제거하여 줌으로써 건조공정에서 필요한 증기의 소비량을 감소시켜주어 생산원가의 절감효과를 얻을 수 있다. 습부압착공정을 떠나는 시이트의 농도는 40% 정도이다.5) 건조(drying)- 기계적으로 수분을 제거하는 데에는 한계가 있기 때문에 시이트 내에 존재하는 많은 부분의 물을 가열수단을 이용하여 제거해주어야 한다. 이러한 목족으로 현재까지 주로 이용되고 있는 방식은 실린더 내에 고온의 증기를 공급하여 가열된 실린더 표면에 시이트를 접촉시키는 간접적인 건조방법이다. 최근에는 적외선 또는 뜨겁게 가열된 공기로 직접 건조시키는 방법도 일부 이용되고 있다.6) 칼렌더링(machine calendering)- 금속 롤 사이로 종이를 통과시키면서 압력을 가하여 종이의 표면을 평활하게 해줌과 동시에 두께도 균일하게 만들어 준다.3. 종이의 주요 성질1) 구조적 성질- 주로 표면 및 조직과 관련된 것된다.
R E P O R T과제명 : 유화와 유화제학 과:학 번:성 명:제출일자:1. 유화1) 유화의 정의- 유화란, 한 액체가 미세한 입자상태로 다른 액체에 분산된 상태를 말하는 데, 이러한 혼합물을 에멀젼이라고 한다. 에멀젼은 입자콜로이드의 일종으로서 열역학적으로 불안정하지만, 실용상으로 마요네즈와 같은 식품, 크림, 乳液등의 화장품, 절삭유 에멀젼 등의 공업품 등 응용범위가 넓다.2) 유화의 형태- 에멀젼의 제조에는 2가지의 방법이 있다. 실험 조건에 따라서 水中油適型(o/w형, oil in water type), 油中水適型(w/o형, water in oil type)이 형성된다. 마요네즈와 우유는 전자의 예이고, 버터와 마아가린은 후자의 예이다. 화장품 크림에는 양쪽의 형이 있다.에멀젼의 형태를 결정짓는 인자로서는 유화제의 종류?온도?물과 기름의 비율?용기의 종류 등이 있지만, 가장 중요한 것은 유화제의 종류, 특히 물과 기름에 대한 용해성이다. 원리적으로 수용성 계면활성제를 사용하면 o/w형이, 그리고 유용성 계면활성제를 사용하면 w/o형이 생기기 쉽다.유화형태의 판별법으로는 외관에 의한 관찰, 색소에 의한 방법, 희석에 의한 방법, 전기전도도에 의한 방법, 굴절률에 의한 방법 등이 있다.(1) 외관에 의한 관찰- o/w형은 크림상이며, w/o형은 그리이스와 같은 느낌을 준다.(2) 색소에 의한 방법- 색소를 연속 상에 녹여 보아 색소가 전체에 퍼지느냐 여부에 따라 판별한다. 유용성 색소(예, SudanⅢ)가 전체에 퍼지면 w/o형이며 수용성 색소(예, 메틸오렌지)가 전체에 퍼지면 o/w형이다.(3) 희석에 의한 방법- w/o형은 기름에 의해 희석 가능하며, o/w형은 물에 의해 희석이 가능하다.(4) 전기전도도에 의한 방법- 전기전도도를 측정하게 되면 o/w형이 w/o형보다 전도도가 수백 배 크다.(5) 굴절률에 의한 방법- 연속상(예, 물 혹은 오일)의 종류에 따라 굴절률이 다르다는 원리를 이용한다.표7-1 에멀젼 형태에 대한 용기의 효과3) 유화의 제조법(1) 전상유화(2) 자연유화- 유화제와 조건을 부여하면 특별히 강한 힘을 가하지 않더라도 자연적으로 에멀젼이 형성되는 경우를 말하며, 2液이 접촉할 때 확산에 따라 방출되는 자유에너지의 이동이 수반된다.(3) 강제유화- 단순교반기, 호모디나이저, 콜로이드밀, 프로젝트믹서, 초음파에 의한 유화 등이 있다.4) 에멀젼의 안정성- 대부분의 에멀젼은 적절한 유화 액적의 크기와 안정을 돕는 첨가제가 요구된다.원하는 유화 액적의 크기와 형태(o/w형 또는 w/o형)를 발생시키는 이러한 첨가제를 유화제라고 부른다. 유화제의 주요 기능은 액적 형성에 필요한 에너지를 낮추는 작용(계면장력의 저하)과 벌크상으로의 전환을 지연시켜 생성된 에멀젼을 안정화시키는 것이다.에멀젼의 안정성을 높이기 위한 인자로는 낮은 계면장력, 강하고 탄성을 지닌 계면막, 전기2중층의 반발, 비교적 작은 분산상의 부피, 좁은 액적 크기의 분포, 높은 점도 등이 있다.유화의 안정성이 감소하게 되면 크리이밍, 응집, 합일, 파괴 등의 현상이 발생한다.그림7-1 에멀젼의 불안정화 과정(크리이밍, 응집, 합일, 파괴)(1) 크리이밍(creaming)- 입자지름이 크다는 것이 첫째 원인으로써 두 상의 밀도차이, 분산매의 점도 등의 원인에 의해 응집을 유지한 상태에서 농축 상으로 모이는 현상이다.(2) 응집(flocculation)- 응집은 유화 액적 각각의 형태를 유지한 상태로 모이는 현상이다.(3) 합일(coalescence)- 두 개 이상의 액적이 모여 좀 더 커다란 부피의 액적으로 바뀌면서 작은 계면적을 가지는 방향으로 변화하는 과정이다.(4) 파괴(breaking)- 파괴는 두 개의 상으로 전체적인 분리가 발생하는 미시적인 합일과정의 결과 발생하는 최종적인 과정이다.4) 에멀젼의 파괴(해유화)와 전상(1) 에멀젼의 해유화- 에멀젼은 크리이밍, 응집, 합일의 과정을 거쳐 물과 기름으로 분리하여 파괴된다(에멀젼의 解乳化라고 한다). 폐수가 오수 속에서 유화되어 있는 것, 상당한 양의 물을 유화하는 원유 등은 해유화의 대상이 된다.해유화의 방법에는 여러 가지가 있다.① 무기염의 첨가- 이온성 계면활성제로 형성된 o/w형 에멀젼에 對이온(counter ion)을 가진 염을 첨가하면 전기2중층의 압축, Zeta-potential의 감소 및 불용성염의 형성 등으로 인해 에멀젼이 파괴된다.② 온도의 변화- 비이온성 계면활성제로 형성된 에멀젼은 PIT(전상온도, phase inversion temperature)에서 불안정하다. 이온성 계면활성제로 형성된 에멀젼은 끓는점 부군에서 분산된 입자들 사이의 심한 충돌로 인해 불안정해지며, 에멀젼을 얼게하면 계면활성제와 수화된 물이 탈착되어 기름은 서로 합쳐진다.③ 원심력 부여- 원심력을 에멀젼에 적용하면 분산된 입자의 크리이밍이 촉진되며, 기계적인 충격(충격력, 전단력)에 의해 合一이 촉진된다.④ 여과- 분산상을 쉽게 적시는 여과매체를 이용하여 에멀젼을 여과하면 분산상이 여과매체를 적시어져 상이 분리된다.(물에 쉽게 습윤되는 다공층이면 기름이 통과되며, 기름에 쉽게 습윤되는 다공층의 경우 물만이 쉽게 통과된다)⑤ 계면활성제의 HLB 이동- 적절한 HLB값을 가진 계면활성제로 안정화된 에멀젼은 이와 상당히 다른 HLB값을 가진 유화제를 가하면 파괴된다.⑥ 기타- 또한 해유화는 산을 첨가하여 유화제의 작용을 감소시키거나, 고전압의 反對電場을 발생시키거나, 에탄올과 같이 계면활성제를 용해할 수 있는 물질을 가하여 얻을 수 있다.(2) 에멀젼의 전상- 조건에 따라서는 에멀젼이 불안정하여 일부가 합일하지만, 물과 기름으로 분리하지 않고 o/w형에서 w/o형으로, 또는 w/o형에서 o/w형으로 바뀌는 현상을 轉相이라고 한다.그림7-2 비이온성 계면활성제를 유화제로 했을 때 전상의 모델① 부가순서- 기름과 유화제가 포함된 데에 물을 부가하면 w/o 에멀젼이 얻어지며. 물과 유화제가 존재하는 데에 기름을 부가하면 o/w상이 얻어진다.② 유화제의 성질- 기름에 대한 용해성이 더 큰 유화제는 w/o 에멀젼을 만들며, 물에 대한 용해성이 더 큰 유화제는 o/w 에멀젼을 만든다.③ 상간의 부피비- 물에 대한 기름의 比를 높이면 w/o 에멀젼을 생성하며, 그 比를 반대로 하면 w/o 에멀젼이 얻어진다.④ 계의 온도- 폴리옥시에틸렌 구조를 가지는 비이온성 계면활성제에 의해 안정화된 o/w 에멀젼은 온도가 증가하면 계면활성제는 좀 더 소수화되며 에멀젼은 w/o형으로 바뀐다.반면에 이온성 계면활성제에 의해 안정화된 에멀젼은 온도를 낮추면 w/o형으로 변화한다.⑤ 전해질이나 다른 첨가제의 함량- 강전해질을 이온성 계면활성제에 의해 안정화된 o/w 에멀젼에 첨가하면 분자입자의 전위차를 낮추고 계면활성제 이온과 對이온의 상호 작용력을 증가시켜(즉, 친수성을 감소시킴으로써) w/o형으로 변화시킨다.2. 유화제1) 유화제의 특성(1) 물-기름 계면의 계면장력을 저하시켜 에멀젼을 생성한다 (계면활성)① 깁스의 흡착(등온)식Γ = -{ c} over {RT } { d gamma } over {dc }Γ = 흡착량(활성제분자가 단위면적당 내부보다 어느만큼 여분으로 있느냐하는 양,㏖/㎠)c ; 용액 속의 활성제 농도, R ; 기체상수,gamma ; 표면장력② 계면활성제가 흡착되고 있는 경우Γ = -{ c} over {RT } { d gamma } over {dc } > 0, 따라서,{ d gamma } over { dc} = -{ RT GAMMA } over {c } < 0 가 된다.표7-2 계면활성제의 계면장력 저하능비이온성 계면활성제의 첨가농도(%)물과 광물유간의 계면장력(dyne/㎝)0520.001220.01100.131.01(2) 생성된 에멀젼을 안정화한다.2) 유화제의 작용(1) 계면장력의 저하에 의하여 가능한 한 입자가 작은 에멀젼을 만든다.- 크리이밍 방지(2) 이온성 계면활성제는 전기2중층을 만들고, 비이온게면활성제는 수화층을 만든다.- 응집방지(3) 물과 기름 양 쪽에 잘 융합시켜 이탈하기 어려운 튼튼한 흡착층을 만든다.- 합일방지3) 유화제의 선택(1) 유화제와 기름의 HLB- 유화제의 성질을 간단히 정의하기는 쉽지 않으나, 분자의 유화 성향을 나타내기 위하여 각 계면활성제에 HLB(Hydrophile-Lipophile Balance)라는 고유 값을 부여하여 사용한다.이 HLB는 친수기와 소수기의 힘의 균형 정도를 나타내기 위하여 1949년 Atlas사의 Griffin에 의하여 제안되었다. Griffin은 sorbitan 지방산에스터(Span형)와 폴리옥시 에틸렌 sorbitan(Tween형)의 단독 또는 혼합계를 사용하여 여러 종류의 오일에 대한 최적의 유화를 표시하는 HLB 값을 정하였다.HLB _{ O} = { (W _{ A} TIMESHLB _{ A} )+(W _{ B} TIMESHLB _{ B} )} over {W _{ A}+W _{ A} }- HLB가 10정도의 유화제가 필요한 경우솔비탄스테아린산 모노에스터 (HLB = 4.7) 45%와솔비탄스테아린산 모노에스터 EO부가물 (HLB = 14.9) 55%를 배합하면,배합물의 HLB ={(45 TIMES 4.7)+(55 TIMES 14.9)} over {45+55} = 10.3이 된다.
R E P O R T과제명 : 비이온성 계면활성제학 과:학 번:성 명:제출일자:- 비이온성 계면활성제는 분자 내에 수용액에서 해리되지 않는 -OH와 에터결합(-O-)등을 친수기로 갖는 폴리에틸렌글리콜型과 多價알콜型으로 분류된다.1. 폴리에틸렌글리콜型 비이온성 계면활성제- 폴리에틸렌글리콜型 비이온성 계면활성제는 반응하기 쉬운 수소원자를 가진 소수성 원료(RCOOH, ROH, RNH2, RCONH2, phOH)에 에틸렌옥사이드를 부가시켜서 만든 계면활성제이다.1) 폴리에틸렌글리콜型 비이온성 계면활성제의 제조(1) 고급알콜(알킬페놀) 에틸렌옥사이드 부가물- 현재 시판되고 있는 폴리에틸렌글리콜型 비이온성 계면활성제에는 고급알콜 및 알킬페놀에 에틸렌옥사이드를 부가한 것이 과반수를 점하고 있다.이 두 종류의 계면활성제는 소수기와 친수기가 에터결합(-O-)으로 결합되어 있기 때문에 폴리에틸렌글리콜型 비이온성 계면활성제라고 부르는 경우도 있다. 이런 型의 구조는 산과 알칼리에 의해 분해될 염려는 없다.(2) 고급지방산 에틸렌옥사이드 부가물① 지방산에도 알칼리 촉매로 에틸렌옥사이드를 부가시킬 수 있다.고급지방산 에틸렌옥사이드 부가물은 소수기와 친수기가 에스터결합(-COO-)으로 연결되어 있기 때문에 폴리에틸렌글리콜에스터형 비이온성 계면활성제라 부르는 경우가 있다.스테아린산 EO 스테아릴산 EO 15몰 부가몰에스터 결합은 가수분해가 쉽기 때문에 이런 형태의 계면활성제는 강한 알칼리 욕에서 사용하면 분해해서 비누가 되어버릴 수가 있다.② 이런 류의 제조는 지방산과 폴리에틸렌글리콜을 직접 에스터화 시켜도 쉽게 제조할 수 있다.C11H23COOH + HO-(CH2CH2-)14-H → C11H23COO-(CH2CH2O-)14-H + H2O↑폴리에틸렌글리콜③ 폴리에틸렌글리콜 지방산에스터는 고급알콜 또는 알킬페놀EO부가몰에 비해서 일반적으로 침투력과 세정력은 약하다. 따라서 주로 유화분산제, 섬유용유제, 또는 염색조제 등으로 사용된다.(3) 고급지방족아민 및 지방산아미드 에틸렌옥사이드 부가물① 고급지방족아민은 특히 에틸렌옥사이드와 반응하기 쉽기 때문에 무촉매에서도 반응시킬 수 있다. 이 경우에는 우선 질소원자에 2몰의 EO가 완전히 부가된 뒤 EO쇄가 길게 형성된다.이런 형의 계면활성제는 비이온과 양이온의 복합적 성질을 갖고 있기 때문에 염색조제 등으로 사용된다.② 지방산아미드는 EO와 비교적 반응하기 어려워 실제로는 반응물의 혼합물이 된다.통상의 합성법으로는 반응 중에 에스터교환반응과 같이 에스터결합과 아미드결합이 자유롭게 이루어지기 때문에, 일부는 양이온성을 띤 비이온성 계면활성제로 된다.이러한 종류의 것은 특수한 용도로 사용되지만 그 사용량은 적은 편이다.2) 폴리에틸렌글리콜型 비이온성 계면활성제의 성질(1) 친수성- 폴리에틸렌글리콜型 비이온성 계면활성제는 에터결합의 산소원자가 물분자와 수소결합을 형성 -> 친수성의 성질을 갖게된다.(2) 흐림점(曇點, Cloud point)① 폴리에틸렌글리콜型 비이온성 계면활성제의 투명한 용액을 가열하게 되면 어느 순간에 용액 전체가 갑자기 뿌옇게 변화하게 되는데, 이때의 온도를 흐림점이라고 한다.-> 온도가 상승함에 따라 결합되어 있던 물 분자가 떨어져 나가면서 친수성이 감소하게 되고, 결국 계면활성제 분자는 수용액으로부터 석출되어 백탁의 에멀젼 상태로 변화한다.② 흐림점은 비이온성 계면활성제의 친수성을 가늠하는 척도로 이용된다.표5-1 폴리에틸렌글리콜型 비이온성 계면활성제와음이온성 계면활성제와의 특성비교구분음이온型폴리에틸렌글리콜에터型기포성일반적으로 높은 편이다.일반적으로 낮다.침투성Aerosol-OT제품이 가장 우수하다Aerosol-OT 이상의 것 제조가능세정성중간 정도이다.보다 더 극대화할 수 있다.유화성, 분산성상당히 우수하다.EO의 몰수를 변화->성능조절가능cmc높다(낮은 농도에서 성능저하)낮다(낮은 농도에서 성능 발휘)제품의 성상페이스트상(일부 분말型 )액상型가격저가이다.비교적 고가이다.2. 다가알콜型 비이온성 계면활성제- 다가알콜은 많은 수산기를 갖고 있어서 물에 잘 녹기 때문에, 여기에 지방산과 같은 소수기를 결합시키면 多價알콜型 계면활성제를 얻을 수 있다.또 -OH기 외에 -NH2기 또는 >NH기를 가진 아미노알콜류(예; 디에탄올아민)나 -CHO기를 가진 糖類(예;글루코스)등에 소수기를 붙인 비이온성 계면활성제도 多價알콜型과 매우 유사하다.1) 글리세린 및 Pentaerythritol의 지방산 에스터(1) 글리세린의 지방산 에스터Lauric acid triglyceride glycerine Lauric acid monoglyceride- 라우릴산(또는 스테아린산) 모노 글리세라이드는 인체에 무해하기 때문에 식품이나 화장품의 유화제로 널리 사용된다. 섬유용 유제로도 사용하고는 있으나 유화제로서의 특징은 적기 때문에 비교적 특수한 용도에 한정되어 있다.(2) Pentaerythritol의 지방산 에스터Stearic acid triglyceride PentaerythritolStearic acid monoester of Stearic acid monoglyceridepentaerythritol- 펜타에리스리톨우지 지방산에스터 등은 유화제로 일부 사용되고 있으며, 인견, 면 등에 유연성이 우수하기 때문에 섬유용 유제의 배합기제로 널리 이용되고 있다.2) Sorbitol 및 Sorbitan의 지방산 에스터- 솔비톨을 원료로 하여 반응온도와 시간을 조정함으로써 솔비톨에스터(190℃), 솔비탄에스터(230∼250℃), 솔바이드에스터 또는 임의의 혼합물을 하나의 공정으로 제조할 수 있다.이렇게 해서 제조된 에스터類 중, 솔비톨에스터는 섬유유연제에는 적당하나 유화제로서는 그다지 우수한 작용을 보이지 않는다. 이에 반해서 솔비탄에스터는 유화제와 섬유용조제로서도 우수한 성능을 지니고 있다. 솔비탄에스터型 비이온계면활성제는 최초로 미국의 ICI社가 스판(SPAN)이라는 상품명으로 판매하였기 때문에 스판型 비이온계면활성제로 부를 정도로 유명하다.
광 촉 매 Photocatalyst2xxx. xx. xx. 담당 교수 : oo대학교 공과대학 oo전공발표자 :목 차광촉매의 정의 광촉매의 기능 항균 및 살균 기능 친수성(1) 친수성(2) 오염방지 기능 광촉매 응용분야광촉매의 정의빛을 받아들여 화학반응을 촉진시키는 물질. 반도체의 산화티탄(TiO2)에 의한 효과는 1967년 두 명의 일본인 과학자에 의해 증명 되었고, 환경문제 해결에도 도움이 되는 기 초기술로 실용화되기 시작했다.광촉매의 기능1. 유해화학물질 분해 2. 항균 및 살균 3. 오염방지 4. 공기청정 5. 냄새제거 6. 친수성항균 및 살균 기능친 수 성(1)친 수 성(2)오염방지 기능빛물이 더러움의 밑에 스며 들어간다.산화티탄(TiO2)오물광촉매 응용분야광 촉 매자동차건축물농업대기정화공기정화도로표지폐수처리항균제품감 사 합 니 다.{nameOfApplication=Show}
화학-유화와 유화제
