양성 계면활성제를 연구할 때 어떤 특성을 조사하나요?
양쪽성 계면활성제의 일반적인 특성
Fang Yunxia Yongmei(214036 장쑤성 우시시 경공업 우시대학교 화학공학부)
초록: An 양쪽성 계면활성제 소개 유변학, 소수성, 칼슘 비누 분산 및 경수 저항성과 같은 활성제의 일반적인 특성. 양쪽성 계면활성제의 유변학과 계면활성제 농도 사이의 관계가 논의되었으며, 혼합 시스템의 유변성을 조정하는 방법이 제시되었습니다. 저자는 혼합 미셀 이론을 시작으로 양쪽성 계면활성제가 다른 유형의 계면활성제보다 우수한 칼슘 비누 분산제라는 사실에 대한 새로운 통찰력을 제시합니다. 동시에 생분해성, 어류 독성 등 양쪽성 계면활성제의 생태학적 특성도 자세히 소개합니다.
키워드: 양쪽성 계면활성제, 칼슘 비누 분산액, 생태적 특성
CLC 번호: TQ423.3 문서 식별 코드: A 품목 번호: 1001-1803(2000)06-0047 -04
1 유변학
계면활성제의 농도가 높아질수록 계면활성제 용액의 점도는 높아지지만 농도가 더 높아지면 용액의 점도는 오히려 감소하는 경우도 있습니다. 계면활성제 농도와 계면활성제 클러스터 모양의 관계는 두 번째 강의에서 설명했습니다. 계면활성제 용액은 낮은 농도에서 구형 미셀을 가지며, 그 레올로지는 기본적으로 뉴턴 유체와 유사하므로 점도가 매우 낮습니다. 계면활성제 농도가 증가함에 따라 구형 미셀이 수정된 구형, 특히 막대형 미셀로 전환될 때 점도가 급격히 증가합니다. 이는 비구형 미셀의 중첩으로 인해 발생하며 이는 시스템의 자유 유동성을 감소시킵니다. 이때 용액은 비뉴턴 유체의 유변학적 특성을 나타내거나 요변성 또는 항유변학적 특성을 나타낼 것으로 예상됩니다. 시스템의 농도가 더욱 증가함에 따라 미셀은 육각형 막대 모양의 미셀로 변형되며, 이를 일반적으로 중간상(M 단계)으로 진입한다고 합니다. 이때, 미셀들이 가지런히 배열되어 있기 때문에 미셀들이 서로 미끄러지기 어렵기 때문에 시스템의 점도가 더욱 높아지며 레올로지 저항성이 매우 강해진다. 용액 농도가 매우 높으면 라멜라 단계(G 단계)로 들어가 라멜라 미셀로 전환됩니다. 라멜라 미셀의 각 미셀층의 미끄럼면은 비교적 자유롭게 움직이기 때문에 M상에 비해 점도가 낮다. 물론 다양한 농도와 미셀 모양의 용액의 유변학적 특성은 계면활성제 유형에 따라 다릅니다.
양쪽성 계면활성제 자체에는 양전하 중심과 음전하 중심이 있기 때문에 이들 사이의 상호 작용으로 인해 임계 미셀 농도가 해당 음이온 또는 양이온 계면활성제보다 낮아지고 특정 농도(보통 30%)에 쉽게 도달합니다. 유동성이 좋지 않은 점성 액체를 형성합니다. 미셀 구조를 변경하기 위해 세 번째 성분을 추가함으로써 양쪽성 계면활성제의 유변학을 개선할 수 있으며, 이를 통해 더 높은 농도의 양쪽성 계면활성제 용액을 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 유동성이 좋은 특정 양쪽성 농축물에는 물 5%~40%, 양쪽성 계면활성제 36%~70%, 수용성 비표면 활성 유기 용매 5%~45%가 포함되어 있으며 이는 퍼스널 케어 제품에 사용할 수 있습니다. . 비계면활성 유기용매 첨가로 인해 양쪽성 계면활성제가 G상이나 L1상으로 들어가 펌핑성이 좋아지고 자유흐름이 좋아집니다.
60/40 프로필렌 글리콜/물과 혼합된 40.2% 코카미도프로필 베타인은 시스템을 G 단계로 만들 수 있습니다. 베타인 양쪽성 계면활성제에 설포베타인 양쪽성 계면활성제, 양쪽성 글리시네이트, 트리메틸글리신 등을 40% 이상의 농도로 첨가하면 유변성을 개선하고 유동성과 저장 안정성이 우수한 액체를 얻을 수 있습니다. ChevalierY는 양쪽성 계면활성제의 분자 구조, 미셀 구조 및 유변학 사이의 관계를 연구했습니다. 새로운 유형의 이중 장쇄 양쪽성 계면활성제 수용액의 라멜라 상은 간단한 희석을 통해 즉시 소포체 분산액을 형성할 수 있는 것으로 보고되었습니다.
2 하이드로트로프
하이드로트로프는 액정상 형성을 방해하고 미셀상 형성을 억제할 수 있는 물질의 일종이다. 하이드로트로프는 저온에서 계면활성제 용액의 유체 상태를 유지하고, 폴리옥시에틸렌 비이온성 계면활성제의 운점을 높이며, 이온성 계면활성제의 임계 용액 온도, 즉 KP 온도를 낮추는 데 자주 사용됩니다. 코코이미노디프로피온산 나트륨의 소수성 특성은 분자 내에 두 개의 이온 그룹이 존재하기 때문에 발생하며, 이는 분자의 친수성을 증가시킵니다. 계면활성제형 하이드로트로프는 주계면활성제와 혼합미셀을 형성하여 액정상을 파괴하는 강한 친수성 헤드가 계면활성제 혼합분자간의 친수성 반발력을 증가시켜 액정을 구형미셀로 전환시키는 역할을 합니다.
양쪽성 계면활성제는 비누의 하이드로트로프이므로 수용성을 향상시킬 수 있습니다. KP 온도에 대한 비누와 양쪽성 계면활성제의 시너지 효과로 인해 혼합 시스템의 KP 온도는 두 성분이 단독으로 존재할 때 도달할 수 없는 낮은 값에 도달할 수 있습니다. 그림 1에 표시된 헥사데칸산 비누와 세틸하이드록시설포프로필베타인(CHSB)의 혼합 시스템은 KP 온도에 긍정적인 시너지 효과를 나타냅니다. 시스템의 최저 KP 온도는 30°C로, 이는 헥사데칸산 나트륨 비누보다 높습니다. KP 온도(58°C)와 CHSB의 KP 온도(89°C)는 훨씬 낮습니다. CHSB의 몰분율이 10%인 경우에도 혼합 시스템의 KP 온도는 약 50°C까지 낮출 수 있습니다.
[1]
그림 1 KP의 시너지 효과
3 칼슘 비누 분산
음이온성 및 양쪽성 계면활성제 일부 품종은 비누를 방지할 수 있음 경수에서 비누 찌꺼기 현탁액을 형성하는 것을 방지하는 역할을 하는 물질을 칼슘 비누 분산제라고 합니다. 일부 양쪽성 계면활성제의 칼슘 비누 분산 값은 현재 달성 가능한 가장 낮은 값입니다. 칼슘 비누 분산 값은 2% 미만이며 측정하기조차 어렵습니다. 알킬 베타인은 경수에 칼슘 비누의 분산이 일정하지만 설포베타인의 칼슘 비누 분산이 설포베타인보다 우수합니다. 아미도프로필 설포베타인의 칼슘 비누 분산 값은 2%만큼 낮습니다. Parris[2~5]는 설포베타인, 아미도설포베타인 및 설포베타인의 칼슘 비누 분산 값을 많이 보고했으며, 설포베타인과 아미도설포베타인의 칼슘 비누 분산 특성이 설포베타인보다 우수하다고 지적했습니다. 비사미도베타인은 표면장력을 감소시키는 능력이 강하고 칼슘비누 분산성이 좋습니다. Fang Yun은 분자 내 아미드 질소에 폴리옥시에틸렌 그룹이 있는 하이드록시설포베타인을 합성했습니다.
:
[6]
표 2에서 볼 수 있듯이 포스포베타인은 더 강한 설포베타인보다 칼슘비누 분산력이 좋습니다.
비누의 두 가지 주요 단점은 저온 용해도가 낮고 경수에 대한 저항성이 낮다는 것입니다. 위에서 언급한 것처럼 이온성 또는 양쪽성 계면활성제는 하이드로트로프 역할을 하여 KP 온도를 낮추고 저온을 증가시킬 수 있습니다. 수용성. 또한, 일부 종류의 음이온성 및 양쪽성 계면활성제는 비누가 경수에서 비누 찌꺼기 현탁액을 형성하는 것을 방지할 수 있습니다.
가장 먼저 제안된 칼슘 비누 분산 메커니즘은 칼슘 비누 분산제가 칼슘 비누에 단순한 분산 효과만을 갖는다는 것인데, 칼슘 비누를 첨가할 때 칼슘 비누 분산제가 얻어지는 이유를 이 메커니즘으로는 설명하기 어렵다. 분산제는 첨가되는 시점에 따라 다릅니다. 실험적 사실에 따르면 분산 효과가 다릅니다. 나중에 제안하는 칼슘비누 분산 메커니즘은 비누 미셀에 칼슘비누 분산제가 삽입되어 혼합미셀을 형성하는 것이다. 일반적인 비누 미셀은 연수에 형성되며 여기에 칼슘과 마그네슘 이온이 첨가되면 비누 미셀이 역전되어 칼슘 비누가 침전되거나 현탁됩니다.
p=1 또는 2이면 칼슘 비누 분산액이 됩니다. 힘은 2%이고, 폴리옥시에틸렌이 없는 대응물의 칼슘비누 분산력은 3%이다.
Zhu Shuixing[7]은 소수성 그룹에 폴리옥시에틸렌 사슬이 도입된 하이드록시설포베타인 화합물을 보고했습니다. 그러나 칼슘비누 분산제가 있고 비누와 혼합미셀이 형성되면 비누의 카르복실기가 칼슘비누분산제에 의해 서로 분리되어 불용성 칼슘과 마그네슘 비누가 형성되지 못하고 미셀이 형성되는 문제점이 있다. 뒤집다.
칼슘비누 분산액의 혼합미셀 메커니즘과 혼합미셀이 만들어 낼 수 있는 시너지 효과나 복합효과를 고려하면 음이온성 또는 비이온성 계면활성제보다 양성 계면활성제가 더 효과적인 이유를 설명할 수 있습니다. 계면활성제보다는 분산제. 세 번째 강의('일일화학공업' 2000년 제5호' 참조)에서는 표 2에 제시된 혼합계의 분자간 상호작용을 보면
칼슘비누 분산력은 3%이다. 소수성 사슬 탄소수가 18이지만 -O-결합이 없는 유사체의 칼슘 비누 분산력은 5%입니다. Qin Shanmu[8]가 보고한 설포늄 베타인의 칼슘 비누 분산력을 표 1에 나타내었습니다. He Yuanjun[9]은
포스포베타인의 칼슘 비누 분산력을 보고했습니다(표 2 참조)
. 파라미터 B의 수치를 보면 음이온-음이온 계면활성제 혼합계의 B는 <-1, 음이온-비이온 계면활성제 혼합계의 B는 -1~-5, 음이온계의 B는 -1임을 알 수 있다. -양친성 계면활성제 혼합계는 B=-5~-15이다. 혼합 미셀 형성의 분자간 상호 작용
2000년 12월 제6호
Fang Yun 외: 양쪽성 계면활성제 (4) 양쪽성 계면활성제의 일반적인 특성
계면활성제의 경우 음이온-양성 계면활성제 혼합 시스템이 가장 강력한 것은 자명합니다.
그 이유는 양쪽성 계면활성제의 양이온기는 음이온-양이온성 계면활성제와 유사하게 음이온성 계면활성제의 음이온기와 강한 상호작용을 가질 수 있으며, 동시에 양쪽성 계면활성제에 담지된 음이온기는 복합 시스템의 수용해도를 유지할 수 있기 때문입니다. 상호 작용 후. 세 번째 강의에서는 음이온-양성계 계면활성제 혼합 시스템이 cmc 감소에 있어서 시너지 효과 또는 명백한 복합 효과를 나타낼 수 있음도 입증되었습니다. 비누와 설포베타인 양쪽성 계면활성제의 혼합 미셀의 cmc 값이 감소하는 것은 바로 이러한 강력한 분자간 상호 작용 때문입니다. 임계 미셀 농도가 감소한다는 것은 용액 내 비누의 단량체가 감소한다는 것을 의미합니다. 즉, 비누와 칼슘 및 마그네슘 이온 사이의 상호 작용 확률이 감소하므로 양쪽성 계면활성제의 칼슘 비누 분산력이 높아집니다.
표 3에는 CoSB(코코설포프로필 베타인) 양쪽성 계면활성제를 칼슘 비누 분산제로 성공적으로 적용한 예가 나열되어 있습니다. 상품명이 "Ivory"인 비누에 CoSB를 첨가하고 비누 농도가 0.075%일 때 100 mgCaCO3/L 경수에서 칼슘 비누의 침전을 관찰합니다. 실험 결과는 극소량의 CoSB 양성 계면활성제가 칼슘 비누의 침전을 효과적으로 억제하고 경수에서 비누의 거품 특성을 향상시킬 수 있음을 보여줍니다. 문헌에 보고된 유사한 적용 사례가 많이 있습니다.
표 3 경수에 CoSB를 첨가한 후 "아이보리" 비누의 결과
"아이보리" 비누(w/%)
0.0750.0750.0750.075
CoSB(w/%)
비율
결과는 강수이고 거품은 없습니다
0.001500.003750.00750
50 ¼120¶110¶1
강수 없음, 중간 거품, 강수 없음, 큰 거품, 강수 없음, 큰 거품
중간에서 카르복시베타인은 대략 정량적으로 용해성 유기 탄소를 잃습니다. , 다량의 CO2를 형성하여 완전한 생분해를 거친 것으로 유추됩니다. Sturm 테스트와 Fisher 밀폐병 테스트에 따르면 카르복시베타인의 결과는 생분해성으로 인정된 선형 알킬 벤젠 설포네이트(LAS)의 결과보다 우수합니다. 베타인과 아미도프로필베타인은 쉽게 생분해되는 계면활성제입니다. 이러한 유형의 제품에 함유된 유기물질은 밀봉병 테스트에서 최소 60%의 BOD28/DOC 수치를 가지며, 개선된 코카마이드 OECD 스크리닝 테스트에서는 최소 70%의 DOC를 제거할 수 있습니다.
OECD301D 테스트에서 프로필베타인의 BOD28 수치가 93%에 달했다. Fernley [10]는 Fischer, Sturm 및 OECD 테스트 절차를 사용하여 알킬 베타인과 설포베타인의 생분해성을 연구했습니다. OECD 테스트에서 하이드록시설포베타인의 1차 생분해는 분해도 96%, 검증실험 94.8%로 매우 빠르고 완전했다. 그러나 Fischer와 Sturm 실험에서는 설포베타인이 직접 분해되지 않았습니다. Sturm 테스트에서 알킬 베타인에 의해 생성된 CO2의 양은 이론량의 81%(C14~15 베타인) 및 91%(C12 베타인)인 반면, 도데실 설포베타인 및 세틸 설포베타인 베타인은 각각 49% 및 56%입니다. 이는 다소 안정적인 중간체의 형성 때문일 수 있습니다. 동일한 테스트에서 베타인은 초기 DOC 값의 93~99%를 잃었으며, 이는 분해가 어려운 중간생성물을 생성하지 않고 완전한 생분해를 나타냅니다. 피셔 밀폐병 실험에서도 이론산소에 대한 베타인에 의해 흡수된 산소의 비율 역시 설포베타인과 하이드록시설포베타인보다 높게 나타나 앞서 언급한 결과를 확인시켜 주었다.
BOD5/COD 방법을 사용한 테스트 결과는 양쪽성 이미다졸린이 우수한 생분해성 품종임을 입증합니다. 20mg/L 알킬 양쪽성 카르복시글리시네이트 염 용액은 표면 감소 테스트를 사용하여 테스트되었습니다. 생분해성을 결정하기 위한 활동 또한 위의 결론을 확인시켜 줍니다. Re-wo Company의 보고서에 따르면 DIN38412로 측정한 양쪽성 이미다졸린의 생분해도는 77%로 쉽게 생분해되는 물질입니다. 헨켈의 보고서는 또한 양쪽성 이미다졸린이 빠르게 생분해된다고 믿고 있습니다. 테스트 방법은 다음과 같습니다: OECD 분류에 따르면 BOD28/COD는 밀폐병 테스트에서 최소 60% 또는 수정된 OECD 스크리닝 테스트에서 최소 70%입니다.
위 요구 사항을 충족하는 유기 성분을 인정합니다. 쉬운 DOC 제거 속도로. 생분해성.
양쪽성 계면활성제를 포함한 모든 계면활성제는 유사한 수생 독성을 가지며, 일반적인 LC50 값(어류 및 물벼룩 독성)은 1mg/L ~ 15mg/L로 거의 동일합니다. 급성 어류 중독은 LC50의 형태로 1 mg/L ~ 10 mg/L(금붕어: DIN38412T15 방법, 또는 제브라피시: ISO7346 방법)로 보고됩니다. 알킬베타인의 급성 어독 LC50(금붕어: DIN38412T15 또는 점박이 물고기: ISO7346)의 범위는 10mg/L~100mg/L입니다. 동일한 방법을 사용하여 아미도프로필 베타인의 LC50이 1 mg/L ~ 10 mg/L인 것으로 측정되었습니다. 코카미도베타인의 LC50(96h, OECD203)은 2.0mg/L입니다.
아미도프로필베타인의 급성 및 만성 세균 독성이 연구되었으며, 급성 독성 EC50(Ps.putida, 산소 소비량 테스트) 값이
4 내수성< /p >
양성 이온성 계면활성제의 구조적 특성은 전해질에 대한 강한 저항성과 그에 따른 경수에 대한 저항성을 결정합니다. 계면활성제의 경수 방지 성능은 주로 두 가지 측면, 즉 칼슘 비누의 분산과 칼슘 및 마그네슘 경이온에 대한 자체 내성에 반영됩니다. 많은 베타인 양성 계면활성제는 칼슘 및 마그네슘 이온에 대해 매우 우수한 안정성을 나타냅니다. Lin-field 연구팀은 베타인 양성 계면활성제의 칼슘 이온 안정성을 조사한 결과 대부분의 설포베타인 양성 계면활성제가 계면활성제의 칼슘 이온 안정성이 1800mgCaCO3/L 이상이라는 것을 발견했습니다. 이는 경수에 대한 저항성이 가장 뛰어난 계면활성제 중 하나입니다. 해당 2차 아민 기반 화합물은 칼슘 이온 안정성 값이 훨씬 낮습니다. Fang Yun [8]은 아실하이드록시설포베타인의 아미드 질소에 폴리옥시에틸렌 그룹을 도입한 후에도 칼슘 이온 안정성이 여전히 1800mgCaCO3/L 이상에 도달할 수 있다고 보고했는데, 이는 이러한 유형의 물질 자체가 물 경도에 민감하지 않음을 입증했습니다. 문헌에 따르면 C8~16 시리즈 N-(3-알콕시-2-하이드록시프로필) 베타인의 칼슘 이온 안정성은 1800mgCaCO3/L보다 높으며 칼슘 비누 분산 특성이 좋습니다.
5가지 생태적 특성
양성계면활성제의 화학구조로 보아 생분해성이 좋은 품종임을 유추할 수 있다. SturmCO2 테스트와 DOC 테스트
100mg/L에서 EC50(72h, OECDEC50 값은 만성독성의 조류 성장 억제 테스트(Ps.putida, 성장 억제 테스트). 201) 값과 동일합니다. 3.3mg/L입니다.
나트륨 수지 트리프로필렌테트라민 펜타카르복시메틸(TN4A5)은 우수한 양쪽성 계면활성제로 생태학적 안전성이 조사되었습니다. 결과는 표 4와 표 5에 나와 있습니다. 표 5에서, 커플링 시험에서 시험물질은 생분해산물(OECD303A)에 노출되었다(표 4 참조). 생분해 시험 시작 시 TN4A5의 시작농도는 71 mg/L이었으며, 총 생분해율에 도달하였다. 약 80%. TN4A5로 직접 진행한 어류독성시험에서는 EC50(48h, 물벼룩)이 14mg/L, LC50(48h, 강연어)이 2.4mg/L로 나타났습니다.
표 4 TN4A5의 생분해성
시험 방법
1. 밀폐병 시험(OECD301D, 5일) 2. 변형 SCAS 시험(OECD302A) 3.결합 단위 테스트(OECD303A)
시뮬레이션 테스트
>90.0
HPLC로 측정한 1차 생분해 값
내생 생물 분해
80.0
DOC 값으로 표현
시험 특성 생분해 준비
시험 결과(%) 72.5
단순 생분해 평가
표 6에 나열된 데이터를 보면 계면활성제를 약 12% 함유한 세탁분의 총유기탄소(TOC)가 116g/kg, 고형분 함량이 46임을 알 수 있다. 약 %는 336g/kg으로 높은 TOC값이 액체세제의 큰 단점이 되었습니다.
액체 세제의 TN4A5 권장 복용량은 10~15%입니다. 이 양쪽성 계면활성제 기반 액체 세제의 TOC 값은 약 107g/kg에 불과하며 이는 액체 세제의 홍보에 큰 의미가 있습니다.
표 6 TOC 데이터
세탁용 분말 액체 세제
TOC(g/kg)
116
336
양성 계면활성제 기반 액체 세제
107
참고 자료:
[1] Fang Yun. KP) 및 cmc, PMAX [J]. Daily Chemical Industry, 1991(1):20-24.
[2]ParrisN.,WeilJ.K.,LinfieldW.M. V)[J].J.ofAmericanOilChemicalSoc.1973,50:509.
[3]Parris N.,WeilJ.K.,LinfieldW.M.,Soapbased detergentformula-tion(XVIII) [J].J .ofAmericanOilChemicalSoc.1976,53:97.[4]ParrisN.,WeilJ.K.,LinfieldW.M.,Soapbaseddetergentformulation(XII)[J].J.ofAmericanOilChemicalSoc.1976,53:60
[5]ParrisN.,PierceC.,LinfieldWM.,Soapbased detergentformulation(XII)[J].J.ofAmericanOilChemicalSoc.1977,54:294.[6]Fang Yun.Wuxi 경공업 연구소 석사 학위 논문 : 새로운 설포베타인 양쪽성 계면활성제의 합성 [D] 1985.
[7] Zhu Shuixing, Xia Jiding, 등 새로운 알콕시화 설포베타인 양쪽성 계면활성제의 합성 [J]. ):4-8.
[8] Qin Shanmu. Wuxi 경공업 연구소 석사 논문: 새로운 황 함유 양쪽성 계면활성제의 합성 및 성능 연구[ D].1985.
[9] He Yuanjun. 화둥이공대학 석사 논문: 새로운 인산염 베타인 양쪽성 계면활성제에 대한 연구 [D].1994.
[10] Fernleyg.W..Zwitterionicsurfactant:구조 및 성능 [J].J.ofAmericanOilChemicalSoc.1978,55:98.
표 5: TN4A5의 생분해 제품에 대한 어류 독성 시험 방법
1. 경구 독성(OECD202) 독성(OECD203)
시험 대상 Daphniamagna
Zebrafish(Brachydaniorerio)
EC50(48h)(mg/L)
35.5> 71
뛰어난 생분해성과 낮은 어류 독성으로 인해 TN4A5는 응용 전망이 좋으며 세제 및 개인 관리 제품의 친환경 화학 물질이 될 수 있습니다. 낮은 TOC 값과 결합하여 공식에 적용하면 위의 결론이 더욱 의미가 있습니다.
최근에는
양성 계면활성제 IV
양성 계면활성제의 일반 특성
FangYun을 시작으로 세탁 세제와 액체 세제의 생태학적 영향이 광범위하게 논의되어 왔습니다. XiaYong-mei
(SchoolofChemicalandMaterialEngineering,WuxiUniversityofLightIndustry,Wuxi 214036,China)
요약: 양성계 계면활성제의 일반 특성은 유변학적 특성, 친수성 특성, 석회 비누 분산성 및 경수 저항성과 같은 특성을 도입했습니다. 양성계 계면활성제의 물성 및 농도에 대해 논의하였고, 혼합계의 물성을 조정하는 방법도 제안하였다. 유변학적특성;석회비누촉진성;환경측면