본 연구에서는 Tergitol 계열 비이온 계면활성제 시스템에 이온 계면활성제와 보조 계면활성제를 각각 첨가한 경우에 있어서의 원유 중에 포함되어 있는 황화합물 가용화도에 관하여 살펴보았다. Sodium oleate, potassium oleate, CTAB와 DTAB 등의 이온 계면활성제 첨가는 비이온 계면활성제에 의한 황화합물 가용화도에 큰 영향을 미치지 않는 반면에 사슬 길이가 긴 알코올을 보조 계면활성제로 첨가한 경우에는 원유 중의 황화합물 가용화도가 증가하였다. 알코올의 첨가 효과는 계면활성제가 수용액 상으로부터 오일 상으로 이동하는 partitioning 현상으로 인하여 사용한 원유 양이 증가할수록 작아지며, 또한 사용한 알코올의 사슬 길이에 따른 가용화도 증가 차이도 작게 나타났다. 원유와 계면 활성제 수용액 사이의 계면장력은 온도가 증가할수록 감소하였고 소수성의 계면활성제일수록 감소의 폭이 증가하였다. 수용액의 pH 변화에 따라 황화합물의 가용화에는 큰 변화가 없었으며, 탈황 미생물 성장 영향 실험에서 계면활성제 혹은 보조계면활성제의 첨가는 탈황 미생물의 성장에 큰 영향을 끼치지 않음을 확인할 수 있었다.
음이온 계면활성제의 미셀을 이용하여 한외여과막에서의 금속이온의 제거 기술은 분리공정이 간단하고 상변화가 필요없어 폐수로부터 중금속과 작은 분자량의 분자들을 제거할 수 있는 최근에 발전된 기술이다. 임계미셀농도 이상에서 계면활성제 분자들은 서로 모이고 거대분자 또는 미셀을 형성한다. 양이온의 코발트 이온과 음이온 계면활성제 미셀과의 정전기적인 결합으로 크기가 커진 거대분자가 한외여과막에서 제거되었다. 막투과압력차는 한외여과막에서의 금속의 제거율에 비교적 작은 영향을 끼치는 반면 음이온 계면활성제와 금속염간의 비(S/M)는 상당한 영향을 끼쳤다.
본 연구에서는, 양쪽이온성 계면활성제가 구리전해도금에 미치는 영향을 cyclic voltammetry를 이용해 분석해보았다. 대표적인 양쪽이온성 계면활성제인(dodecyldimethylammonio)propanesulfonate (DDAPS)를 전해도금액에 첨가할 경우, Cu2+의 환원반응이 억제되는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 억제 효과는 음이온성 계면활성제가 아닌 양이온성 계면활성제와 유사한 특성에 해당한다. 뿐만 아니라, DDAPS는 염소이온과 상호작용을 나타내었고, 억제효과가 물질전달 조건에 따라 변화하는 특성을 가지고 있었으며, 구리도금막의 거칠기 또한 미약하게 감소시켰다. 이러한 특성은, 양이온성 계면활성제의 특성과 유사하나 다소 약화된 모습이었으며, 이를 통해 DDAPS의 작용은 양전하의 친수성 머리에 의해 주도되며, 이 양전하는 음전하 친수성 머리에 의해 shielding 되어 있음을 확인할 수 있었다.
양쪽성 계면활성제는 등전점 이하의 pH 조건에서 양이온 계면활성제로 작용함으로써 유연력을 나타낼 수 있으며, 등전점 이상의 pH 조건에서는 음이온 혹은 비이온 계면활성제로 작용하여 세정력을 나타낼 수 있다. 따라서 pH에 따른 양쪽성 계면활성제의 특성을 활용하면 한 종류의 계면활성제 분자로 세정력과 유연력을 동시에 발휘할 수 있다. 본 연구에서는 amine oxide 양쪽성 계면활성제에 대하여 계면활성제의 기본적인 물성(임계 마이셀 농도, 표면장력, 계면장력, 접촉각, 점도, 계면활성제 시스템의 상거동 등)을 측정하였으며, 또한 계면활성제 수용액에 대하여 zeta potential 측정과 QCM 실험을 통하여 양쪽성 계면활성제가 양이온 계면활성제에서 음이온 혹은 비이온 계면활성제로 작용이 전환되는 등전점을 결정하였다. 본 실험에서 사용한 amine oxide 양쪽성 계면활성제의 등전점은 7.35와 7.4인 것을 각각 zeta potential 측정과 QCM 실험을 통하여 확인할 수 있었으며, 이 결과는 문헌에 보고된 값과 유사한 결과를 나타냄을 알 수 있었다.
몇 가지 양이온 계면활성제(DTAB, TTAB, CTAB, CDEAB 및 CTAC)의 마이셀과 Phenoxide 음이온과의 상호작용을 연구하기 위하여 UV/Vis분광광도법을 이용하였다. Phenoxide 음이온의 용액에 양이온 게면활성제를 녹였을 때 일어나는 흡광도의 변화로부터 Phenoxide 음이온의 가용화상수($K_s$)와 양이온 계면활성제의 임계마이셀농도(CMC)값을 함께 측정하였다. 각 양이온 계면활성제의 수용액에서 Phenoxide 음이온의 가용화상수값($K_s$)은 다음의 순서로 변하였다: $K_s(CTAC)>K_s(CDEAB)>K_s(CTAB)>K_s(TTAB)>K_s(DTAB).$ 또한 Phenoxide 음이온의 가용화에 미치는 염(NaCl 및 NaBr)과 n-알코올(부탄올, 펜탄올 및 헥산올)의 효과에 대하여 조사하였으며, 그 결과 염과 n-알코올의 첨가로 Ks와 CMC값은 크게 감소하는 경향을 보였다. 그리고 온도에 다른 Ks값의 변화로부터 Phenoxide 음이온의 가용화에 대한 표준자유에너지, 엔탈피, 및 엔트로피의 변화를 계산하고 분석하였다.
본 연구에서는 양극 산화를 통해 얻어지는 다공성 니오븀 산화물 제조에 양이온 계면활성제인 Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide (CTAB)와 음이온 계면활성제인 Sodium Dodecyl Sulfate (SDS)의 영향을 비교 관찰하였다. SDS가 전해질에 첨가되어 제조된 다공성 니오븀 산화 막은 표면에 장시간 용출이 발생하지 않았고, 계면활성제가 첨가되지 않고 제조된 다공성 니오븀 산화막의 두께와 비교 하였을 때 두께가 두 배 이상 증가된 값을 얻을 수 있었다. 하지만 CTAB가 전해질에 첨가되어 제조된 다공성 니오븀 산화물의 표면에는 용출이 일어났다. 이러한 차이점을 양성으로 대전된 니오븀산화물과 음이온/또는 양이온 계면활성제 사이의 상호작용에 근거하여 설명하였다.
양쪽성 계면활성제는 등전점 이하의 pH 조건에서 양이온 계면활성제로 작용함으로써 유연력을 나타낼 수 있으며, 등전점 이상의 pH 조건에서는 음이온 혹은 비이온 계면활성제로 작용하여 세정력을 나타낼 수 있다. 따라서 pH에 따른 양쪽성 계면활성제의 특성을 활용하면 한 종류의 계면활성제 분자로 세정력과 유연력을 동시에 발휘할 수 있다. 본 연구에서는 betaine 양쪽성 계면활성제에 대하여 계면활성제의 기본적인 물성(CMC, 표면장력, 계면장력, 접촉각, 점도, 계면활성제 시스템의 상거동 등)을 측정하였으며, 또한 계면활성제 수용액에 대하여 QCM(quartz crystal microbalance) 실험과 zeta potential 측정을 통하여 양쪽성 계면활성제가 양이온 계면활성제에서 음이온 계면활성제로 작용이 전환되는 등전점을 결정하였다. Betaine 계면활성제의 CMC는 약 $10^{-4}mol/L$ 이며, CMC에서의 표면장력은 약 32 mN/m이었다. Spinning drop tensiometer를 사용하여 1 wt% 계면활성제 수용액과 n-decane 오일 사이의 계면장력을 pH 2~10의 조건에서 측정한 결과, 계면장력은 pH 5까지 증가하다가 그 이후 감소하는 경향을 보였으며, 평형에 도달하는 시간도 유사한 경향을 나타내었다. 본 연구에서 사용한 betaine 양쪽성 계면활성제의 등전점을 QCM 실험을 통하여 측정한 결과, 등전점은 pH 3.0~3.3에 존재하였으며, 이 결과는 zeta potential 측정 결과와 동일함을 확인하였다.
본 실험은 다양한 계면활성제를 이용해 수성 아크릴 에멀젼 접착제를 제조하고 그 특성을 조사하였다. 제조한 접착제의 특성으로 고형분, 전환율, 입도분포, 초기접착력 등의 물성을 통해 비교하였다. 접착제의 고형분을 측정한 결과는 60% 이상의 높은 값을 나타냈으며 에멀젼 중합의 전환율은 합성한 계면활성제를 2 wt% 농도로 첨가하였을 때 97%로 측정되었다. 입도분포의 분석 결과는 양이온 계면활성제를 첨가한 경우에 290~470 nm의 작은 입자의 접착제가 제조되었고 초기접착력과 접착 발현시간 또한 증가되었다. 최대 접착력은 단일의 계면활성제(POE 23)를 사용했을 때 2.55 kgf의 값을 나타냈고 다른 계면활성제를 사용한 경우보다 뛰어나다는 것을 알 수 있었다. 양이온 제미니 계면활성제를 첨가하여 제조한 접착제의 부식방지력은 48 h 동안 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
양이온성 계면활성제인 DPC(dodecylpyridinium chloride)와 다른 양이온성 계면활성제인 DTAB(dodecyltrimethylammonium bromide), TTAB(tetradecyltrimethylammonium bromide) 및 CDEAB(cetyldimethylethylammonium bromide)와의 혼합마이셀화를 연구하기 위하여 전도도법을 이용하였다. DPC/DTAB, DPC/TTAB 및 DPC/CDEAB 혼합계면활성제의 마이셀화에 대한 임계마이셀농도$(CMC^{\ast})$와 반대이온의 결합상수값(B)을 각각 ${\alpha}$1(DPC의 몰분율)의 함수로서 25$^{\circ}C$에서 측정하였으며, 이와같이 측정한 $CMC^{\ast}$와 B 값으로부터 유사상태분리모델을 적용함으로써 여러 가지 열역학적 함수값$(X_{i},\;{\gamma}_{I},\;C_{i},\;a^{M}_{i},\;\beta,\;{\Delta}H_{mix},\;and\;{\Delta}G^{o}_{m})$을 계산하고 분석하였다. 그 결과 DPC/CDEAB 혼합계면활성제가 이상적 혼합마이셀모델에서 가장 큰 벗어남을 나타내었으며 DPC/DTAB 혼합계면활성제는 가장 작은 벗어남을 보였다.
양이온 계변활성제의 역미셀을 이용하여 단백질을 선택적으로 분리할 수 있는 분리조건을 밝히기 위해서 분자량과 등전점이 다른 여러 단백질의 용해에 미치는 pH, 이온 및 강도, 계면활성제의 종류 등 system para-meter 틀에 대해 연구 검토하였다. 등전점이 낮은 pepSIn 은 pH 5-7 이상에서, 등전점이 높은 ribotluclease-a 나 lisozym$\xi$은 pH 11-12 이상에서 용해되어 단백질이 계면 활성제의 (+)전하와 반대전하언 (-)를 띠는 등전점 이상의 pH영역에서 용해가 가능하였다. KCI을 이용하여 이온강도를 증가시킴에 따라 단백질의 용해 정도는 전반적으로 감소하였다. 친수성부분은 동일하나 소수성 무분이 다콘 양이온계면활성제 CTAB, DDAB, TOMAC 을 이용하여 역미셀제를 변화시켰을 때, 소수성 탄화수 소사슬이 3개 인 TOMAC(Wo=5) 이 탄화수소사슬이 1개인 CTAB(Wo=28)와 2개인 DDAB(Wo=7-12)에 비해 작은 역셀을 형성하여 낮은 용해 정도플 보였 다. 찬은 DDAB에 대해서도 유기용매의 종류에 따라 W Wo가 달랐는데 benzene(Wo=7)에 비하여 t$\xi$trachloro-ethylene (Wo= 12)이 보다 큰 역미젤을 형성하고 용해 능력도 높았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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