유기공업화학 - 세정과 세탁용 세제

문서 내 토픽

1. 젖음(습윤)

젖음은 액체가 고체표면에서 퍼져가는 현상으로, 고체표면의 공기를 액체가 치환하는 것을 의미한다. 젖음의 형태는 부착젖음, 침투젖음, 침적젖음, 확장젖음으로 분류된다. 접촉각을 통해 액체가 고체표면을 잘 습윤하는지 판정하며, Young식으로 표현된다. 접촉각이 90도 미만이면 젖기 시작하고, 0에 가까울수록 젖기 쉬우며, 180도이면 완전히 젖지 않는다. 플라스틱의 경우 임계표면장력으로 젖음의 정도를 나타낸다.
2. 습윤력(침투력)에 영향을 주는 요인

습윤력은 침투 대상물의 종류, 온도, 침투제의 화학구조, 용액의 종류에 의해 영향을 받는다. 비이온 계면활성제의 침투력은 흐림점 부근의 온도에서 급격히 증가한다. 친수기의 위치가 소수기 중앙부분에 있을 때 침투력이 더 크고, 소수기가 측쇄나 벤젠핵을 가질 때 침투력이 더 크다. 에틸렌옥사이드의 부가몰수에 따라 침투력이 변화하며, 용액의 pH에 따라 음이온성과 비이온성 침투제의 사용 가능성이 달라진다.
3. 세정 과정

세정은 고체표면으로부터 오염을 표면화학적 수단으로 제거하는 것으로, 습윤과정과 오염물의 이탈과정으로 이루어진다. 습윤과정에서는 모세관 침투압이 driving force로 작용하며, Washborn식으로 표현된다. 고체 오염물의 이탈은 potential energy 곡선 변화에 의해 일어나고, 액체 오염물의 이탈은 접촉각과 계면장력에 의해 결정된다. 오염물의 재부착을 방지하기 위해 분산제와 유화제가 사용된다.
4. 세제의 기능과 성분

세제의 주요 기능은 기질을 세정액으로 적시고, 오염물 및 기질에 흡착하여 하전을 부여하며, 오염물을 rolling up시키고, 세정액 중에서 오염물을 유화·분산시켜 재부착을 방지하는 것이다. 세제의 주요 성분은 계면활성제 외에 빌더, 표백제, 세정보조제(효소, 오염 재부착 방지제, 기포안정제, 형광증백제, 부식방지제 등)로 구성된다.

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1. 젖음(습윤)

젖음 또는 습윤은 액체가 고체 표면에 접촉할 때 표면을 덮으려는 성질로, 세정 과정에서 매우 중요한 물리화학적 현상입니다. 물질의 표면장력과 접촉각에 의해 결정되며, 접촉각이 작을수록 젖음성이 우수합니다. 세제가 물의 표면장력을 낮춤으로써 섬유나 표면에 대한 젖음성을 향상시키는 것은 오염물질 제거의 첫 단계입니다. 이러한 습윤 현상을 이해하는 것은 세정 효율성을 극대화하고 더 효과적인 세제 개발에 필수적입니다.
2. 습윤력(침투력)에 영향을 주는 요인

습윤력에 영향을 미치는 요인들은 매우 다양하며 복합적입니다. 온도 상승은 분자의 운동성을 증가시켜 침투력을 향상시키고, pH 조절은 표면의 전하 특성을 변화시킵니다. 세제 농도, 계면활성제의 종류, 물의 경도, 그리고 섬유의 특성 등이 모두 영향을 미칩니다. 특히 계면활성제의 소수성 및 친수성 부분의 균형이 중요하며, 이를 최적화하면 더 빠르고 깊은 침투가 가능합니다. 이러한 요인들을 종합적으로 고려하여 세정 조건을 설정하면 세정 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.
3. 세정 과정

세정 과정은 습윤, 유화, 분산, 현탁 등 여러 단계로 이루어진 복잡한 물리화학적 과정입니다. 먼저 세제가 오염된 표면을 습윤시킨 후, 계면활성제가 오염물질을 둘러싸 유화 또는 분산시킵니다. 이후 기계적 작용(문지르기, 흔들기 등)이 가해지면 오염물질이 섬유에서 분리되어 물에 현탁됩니다. 마지막으로 헹굼 과정에서 오염물질이 완전히 제거됩니다. 각 단계가 효율적으로 진행되어야 최적의 세정 결과를 얻을 수 있으며, 이는 세제 성분의 선택과 세정 조건의 최적화에 달려 있습니다.
4. 세제의 기능과 성분

세제는 표면장력 저하, 오염물질 유화, 분산, 그리고 재침착 방지 등 다양한 기능을 수행합니다. 주요 성분인 계면활성제는 친수성과 소수성 부분을 가져 오염물질을 효과적으로 제거합니다. 빌더(builder)는 물의 경도를 조절하고, 효소는 단백질이나 전분 같은 유기 오염물을 분해합니다. 표백제는 색소 오염물을 제거하고, 향료와 색소는 제품의 감각적 특성을 향상시킵니다. 이러한 성분들의 적절한 조합과 비율이 세제의 효능을 결정하며, 환경 친화성과 안전성을 고려한 성분 선택이 현대 세제 개발의 중요한 과제입니다.

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