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화학 화공기술2002 ㆍ Ⅱ

2002. 12

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머 리 말

세기 들어 기업 활동의 세계화 기술혁신의 가속화 등 중국의 급부상 등21 , (IT, BT, NT ),

국제 사회의 환경이 급속하게 변하고 있고 세계 최고가 아니면 살아남을 수 없는 무한 경,

쟁이 현재화 되고 있는 가운데 세계 경제는 지식과 정보의 창출 확산 및 활용을 직( ) , ,顯在化

접 기반으로 하는 지식기반 경제로의 이행이 가속화되고 있습니다.

정보는 이미 물자나 에너지보다도 사회를 움직이는 더욱 큰 힘이 되고 있으며 질적, ㆍ양적

으로 전문화ㆍ고도화되면서 종합화ㆍ다양화되고 있기 때문에 누가 빨리 보다 정확하게 필,

요한 정보를 입수하여 얼마나 효과적으로 활용하는가가 국가 경쟁력 강화의 관건이 되고 있

습니다.

이러한 시대적 변화에 능동적으로 대처하기 위하여 한국과학기술정보연구원 은 국내(KISTI)

외 주요 과학ㆍ기술 아이템 에 대한 정보를 심층 분석하여 산학연관에 제공함으로써 국가( )

과학ㆍ기술정보 확산과 국제 경쟁력 강화에 노력하고 있습니다.

이러한 취지로 발간하는 본 보고서는 최근의 국제 무역환경은 제품의 고급화와 더불어 기술

경쟁력이 날로 치열하게 전개되고 있는 추세에서 우리나라의 전통적인 주력수출품의 자리,

를 지켜온 섬유산업이 선진국 기술의 고도화와 개발도상국의 추격은 우리의 섬유산업이 더

욱 분발하지 않으면 안 되는 상황에 놓여 있습니다 이러한 여건에 대비하기 위해서는 품질.

의 고급화와 신제품의 개발은 물론 가격경쟁의 우위성확보 및 환경 친화척인 제품생산에,

주력해야 할 것으로 보입니다.

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또한 근래에 전자통신의 수요가 크게 증가하면서 폐전지류의 발생도 폭증하여 그 중에 함,

유된 중금속이 환경오염을 유발하고 있으며 환경악화로 인한 지구환경에 극심한 재앙을 예,

방하기 위하여 산학연의 각 연구자들의 연구가 활발하게 추진되고 있습니다 이는 곧 환경, .

보전과 자원절약이라는 명제를 해결할 수 있는 방향을 제시한다는 면에서 볼 때 매우 중요

한 의미를 지니고 있습니다.

폐기물의 처리 중에 발생하는 다이옥신과 같은 유해가스는 이차공해라는 또 다른 문제가 대

두되고 있는데 일부 폐기물 종류에 기술을 응용함으로써, VTR(Vacuum Thermal Recycle)

유해가스의 억제와 침출수 등의 배출도 개선하게 되는 계기를 마련하였습니다.

따라서 본 보고서는 국내의 섬유산업의 산업경쟁력 향상을 도모하고 나아가서 환경친화적,

인 제품의 개발은 물론 지금까지 기술력의 부족으로 자원재활용이 저조한 폐건전지의 안전,

처리 및 진공처리기술에 의한 유해성폐기물의 무해화 등에 대한 연구동향과 특허 그리고 시

장동향을 분석하고 이를 토대로 대응방안을 제시하였는바 관련 업계의 경쟁력 제고에 다소,

나마 도움이 되었으면 합니다.

끝으로 본 보고서는 황선일 전문연구위원 신희덕 전문연구위원 유효신 전문연구위원 서홍, , ,

석 전문연구위원이 집필한 것으로 노고에 깊이 감사드리며 본 보고서에 수록된 내용은 연,

구자 개인의 의견으로서 한국과학기술정보연구원의 공식의견이 아님을 밝혀두고자 합니다.

년 월2002 12

한국과학기술정보연구원

원장 조 영 화

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목 차

기능성 계면활성제의 기술동향 황선일I. ( )

제 장 서 론1

기능성 계면활성제의 개요1.

기능성 계면활성제 제조 기술의 특성2.

제 장 기술특허 동향2

계면활성제의 정의 및 기능1.

가 정의.

나 기능.

계면활성제의 분류2.

가 합성 계면활성제.

나 천연계 계면활성제.

다 생체 계면활성제. (Biosurfactant)

기능성 계면활성제3. ·

가 분해형 계면활성제.

나 제미니형 계면활성제. ·

다 형 계면활성제. Hybrid

라 음이온 양이온 계면활성제. -

마 유기 규소계 계면활성제.

바 반극성 유기 붕소계 계면활성제.

사 항균성 고정화 계면활성제.

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아 소포체 형성 계면활성제. (Vesicle)

자 발색성 계면활성제.

차 광조사에 의해 고분자화가 가능한 계면활성제.

카 광변성을 이용한 광 기능성 계면활성제.

타 고분자량 계면활성제.

파 고순도 계면활성제.

하 인식능을 갖는 계면활성제.

국내 공개특허 동향4.

제 장 국내외 산업 동향3

국내 산업동향1.

가 계면활성제 제조업체 현황.

나 계면활성제 국내 수급동향.

국외 산업동향2.

제 장 결 론4

기능성 섬유의 기술 동향 황선일II. ( )

제 장 서 론1

제 장 기술 특허동향2

기능성 섬유의 발전역사1.

기능성 섬유의 분류 및 용도2.

섬유제조공정 단계별 기능화 부여 방법3.

기능성 섬유가공을 구성하는 주요기술4.

가 생분해성 가공.

나 항균 진드기 방지성 가공. ㆍ

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다 생체적합성 가공.

라 소취 탈취성 가공. ㆍ

마 흡수 흡습 투습성 가공. ㆍ ㆍ

바 투습제어 방수성 가공. ㆍ

사 발수 발유성 가공. ㆍ

아 도전성 가공.

자 제전성 가공.

차 난염 방염성 가공. ㆍ

카 내염 내열성 가공. ㆍ

타 자외선 차단성 가공.

파 전자파 방어성 가공.

특허동향5.

제 장 세계 화학섬유산업의 구조변화와 전망3

세계 섬유산업의 구조변화1.

가 섬유산업의 글로벌화.

나 지역경제화의 진전.

다 중국 섬유산업의 확대.

국가별 화학섬유산업의 업계재편2.

가 화학섬유 제조기술의 범용화.

나 국가별 화학섬유산업의 업계재편.

세계의 중기적 섬유수요 및 향후전망3.

가 섬유수요 전망.

나 년의 섬유무역 자유화. 2005

다 미국 유럽의 지역 경제화 약화 가능성. ㆍ 「 」

라 중국 섬유산업의 계속되는 거대화.

제 장 결론4

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의 기술 동향 신희덕III. Vacuum Thermal Recycle ( )

제 장 서 론1

기술의 개요1.

기술의 특성2.

가 원리와 구조.

나 기술 특징 및 프로세스.

다 진공열처리로의 기술개발 현상.

제 장 기술특허동향2

각종 응용사례1.

가 회로기판의 리사이클링 기술.

나 진공가열리사이클에 의한 주상변압기 구성재로부터 제거. PCB

다 혼합 폐기물로부터 수은의 회수제거.

라 폐도료공업에서의 폐용제 리사이클.

마 진공가열 분리법에 의한 이차전지 리사이클링.

바 법에 의한 오니 감량화 시스템. VTR

국내외 기술 특허 동향2.

가 국내의 기술 현황.

나 외국의 기술 현황.

제 장 결 론3

폐전지 처리의 기술 동향 유효신IV. ( )

제 장 국내외 폐전지의 수거 및 관리1

우리나라의 경우1.

외국의 경우2.

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제 장 폐전지의 처리 및 유가금속 회수2

서 론1.

망간전지 및 알칼리 망간 전지2.

수은전지3.

산화은 전지4.

리튬 차 전지5. (1 )

니켈 카드뮴 전지6. -

니켈 수소 전지7. - (Ni-MH)

리튬이온전지8.

제 장 기술특허동향3

국내 폐전지 리사이클링1.

외국 폐전지 리사이클링2.

가 일본 특허.

나 미국 특허.

다 유럽연합 특허. EU( )

제 장 결 론4

염색가공 기술에 대한 기술 동향 서홍석V. ( )

제 장 서 론1

염색 가공 기술의 개요1.

가 준비 공정의 요소 기술.

나 염색 공정의 요소 기술.

다 마무리 공정의 요소 기술.

라 공통 기술.

마 염색 가공의 기계 기술.

아크릴 섬유의 염색 가공2.

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가 아크릴 섬유의 종류.

나 아크릴 섬유의 특성.

폴리아미드 섬유3.

폴리에스터 섬유4.

양모5.

초임계 이산화탄소를 이용한 염색 기술6.

제 장 기술특허동향2

기술 개발 동향1.

가 폴리에스테르.

나 폴리아미드.

다 아크릴섬유.

라 양모.

마 셀룰로오스계 섬유.

바 혼방 섬유.

초임계 이산화탄소를 이용한 염색 기술2.

특허 기술 동향3.

가 기술 개발의 내용.

나 섬유 소재별 특허 출원 동향.

다 초임계 염색 기술.

제 장 결 론3

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기능성 계면활성제의 기술 동향I.

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제 장 서 론1

기능성 계면활성제의 개요1.

계면활성제는 한 분자 내에 친수기와 소수기를 함께 갖는 양친매성분자로서 계면에 선택적

으로 배향 흡착하여 계면의 성질을 변화시키는 것과 함께 매질 중에 배향한 분자 집합체를

형성한다 이 때문에 기원전 년 경 메소포타미아에서 목탄과 유지를 끓여서 제조된 비. 2500

누를 시초로 한 계면활성제는 년 독일의 사에 의해 알킬나프탈린술폰산이 처음1817 BASF

으로 공업화 된 이후 표면 또는 계면 장력 저하 습윤 침투 기포 소포 유화 가용화 분, , , , , , , ,

산 응집 세정 등의 작용 이외에 방청 대전 방지 윤활 부유 선광 및 항균 등에 응용되어, , , , ,

세제 화장품 산업 금속 공업 펄프, , , ㆍ제지 공업 섬유 공업 전기, , ㆍ전자 공업 광업 사진, ,

공업 고무, ㆍ플라스틱 공업 식품 공업 각종 고분자 제품 피혁 산업 건설 도료 공업 농약, , , , ,

및 제약 등 산업 및 생활 분야에서 폭 넓게 사용되고 있다 표 또한 그 종류와 성능( 1-1). ,

이 매우 다양하고 가격도 비교적 저렴하여 손쉽게 구입 사용할 수 있다, .

그러나 년대 초부터 계면활성제의 생분해성 독성 등이 환경에 미치는 악영향들이 지1980 ,

적되기 시작하고 환경 규제 조치가 점차 확대됨에 따라서 환경오염을 줄일 수 있는 환경, ,

친화적인 제품 개발에 힘을 기울이고 있다.

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특히 사용된 계면활성제 및 제품 등이 가정용 하수와 공업용 폐수에 포함되어 수질 환경을,

많이 오염시키기 때문에 최근에는 생분해가 잘되는 계면활성제에 대한 요구가 절실하고 이,

러한 요구에 맞는 계면활성제를 합성하는 방법과 기술에 대한 개발 노력이 커지고 있다.

표 계면활성제의 사용 분야 및 효과< 1-1>

사용 분야 계면활성제의 효과

금속산업

부유 선광절삭주조녹 먼지 제거,도금

습윤 기포 포집, .습윤 유화 윤활 방청 등, , ,윤활세정습윤 기포,

제지산업펄프 가공제지달력

세정소포 분산,습윤 코팅 염색, ,

페인트산업색조 제조라텍스왁스 및 광택

분산 색소 습윤,유화 분산 색소 분리. ,유화 대전 방지,

석유화학산업유정석유 생상

유화 분산,유화 분산 방청, ,

섬유산업섬유 제조염색

분산 유화 윤활 대전 방지, , ,습윤 침투 가용화 유화 분산 등, , . ,

농업 농약 스프레이 습윤 분산 유화 침투, ,

건축ㆍ토목 포장 응집

플라스틱유화 중합발포 수지플라스틱

가용화 유화,기포제 소포제,대전 방지 배향 윤활 습윤 등( ), ,

식품공업 빵 및 아이스크림 오일의 가용화

피혁공업 가죽 처리 및 염색 유화 분산 습윤 침투, , ,

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또한 점차적으로 산업 기술이 미세화 고도화되고 생활수준이 향상되면서 자원 및 에너지,

절약 등에 힘을 기울이면서 부가가치가 높은 정밀 화학제품 생산을 위한 더욱 진보된 기술

및 성능을 갖는 새로운 계면활성제의 개발에 대한 요구도 높아지고 있다.

현재 새로운 기능성 계면활성제의 개발에 있어서 주요 진행 방향을 보면 크게 환경 친화적,

인 계면활성제 계면 활성 특성 이외에 부가적인 기능성을 부여한 계면활성제 그리고 새로, ,

운 구조의 계면활성제 합성을 통한 새롭고 흥미로운 계면 특성을 갖는 계면활성제 개발 등

의 세 가지로 나눌 수 있다.

기능성 계면활성제 제조 기술의 특성2.

비누로 대표되는 계면활성제는 기원전 경에 산양 기름과 나무의 재를 끓여서 처음 제2500

조되었고 과학적으로 제조되기 시작한 것은 년 프랑스의 르블랑크가 탄산소다를 값싸, 1771

게 제조할 수 있는 기술을 개발하면서부터이다 그리고 년 독일의 사에 의해 알. 1817 BASF

킬나프탈린술폰산이 처음 공업화되었다.

또한 년대에는 의약 농약 염료 및 안료 등의 정밀 화학제품으로서 연구 개발, 1950~1960 , ,

이 진행되었으며 생체에 있어서도 양친매성의 영역을 갖는 단백질 및 생체막의 기본 구성,

성분으로 되어 있는 인지질을 비롯하여 담즙산 리포아민산 등의 동식물 및, , liposccharide

미생물 유래의 계면 활성 물질이 알려졌다.

계면활성제 제조 기술은 크게 기초 원료 제조 기술과 중간체 제조기술 및 응용 기술 등 세

가지로 구분할 수 있다.

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우선 기초 원료 제조 기술은 동ㆍ식물 유지나 석유 화학 공업을 이용한 지방산 지방 알코,

올 선형 알킬벤젠 올레핀 노닐페놀 등을 제조하는 기술로서 대규모 장치 산업이며 화학, , , ,

공업으로 분류되기 때문에 화학 공업의 규모에 따라 제조 기술의 발전 정도가 달라진다 중.

간체 제조 기술은 기초 원료를 이용한 각종 반응 공정을 거쳐 소량 다품종의 유도체를 제,

조하는 기술로서 일반적으로 계면활성제 제조 기술이라고 하는 것은 이 중간체 제조 기술,

을 의미한다 또한 응용 기술은 제조된 각종 소량 다품종 중간체를 적절히 배합하여 용도별.

로 최종 제품을 제조하는 배합기술로서 많은 노하우가 포함되어 있기 때문에 국내에서 기술

개발이 가장 낙후된 부분이며 기술 개발이 시급하다, .

계면활성제의 제조에는 친수성 부분과 소수성 부분을 직접 축합하여 얻는 방법과 가교 물질

을 이용하여 합성하는 방법이 사용된다 축합하여 계면활성제를 제조하는 경우에는 부산물.

로서 물 또는 알코올이 생성되기 때문에 이 부산물을 제거하여야 한다 특히 가역 반응이. ,

일어나는 유기 합성 반응에서는 반응 중에 생성된 소량의 계면활성제가 미셀을 형성하면서

물을 함유하기 때문에 높은 온도나 진공을 이용하여 물을 제거해주지 않으면 반응이 완결되

지 않는다는 문제점이 있다 가교 물질을 이용하는 경우에는 반응성이 높은 작용기를 갖는.

두 개의 가교 물질 각각에 친수성기와 소수성기를 작용시켜 계면활성제를 제조하는데 이때

사용되는 대표적인 가교 물질이 말레인산무수물 과 에피클로로히드린(maleic anhydride)

이다(epichloro hydrin) .

또한 생체 계면활성제와 같이 효모 곰팡이 박테리아 등의 미생물 을 이용하거나, , , (microbe)

효소 를 이용하여 계면활성제를 생산하는 방법이 있다 미생물은 압력에 대한 적응(enzyme) .

력이 좋으며 다양한 화학적 활성과 반응의 특이성을 지니고 있다, .

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효소는 특정 물질에 대해서만 반응하는 기질 특이성과 반응 속도가 비생물 촉매보다 매우

빠르다는 장점이 있다 미생물은 부피에 대한 면적의 비가 크고 여러 가지 기질을 통한 다.

양한 생화학적 경로를 제공하기 때문에 생체 계면활성제 합성에 사용되는 좋은 대상이다.

미생물을 이용하는 방법에는 우선 생체 계면활성제가 세포의 성장기에 생성되며 기질의 이

용 성장 및 생체 계면활성제의 생성이 평행적으로 일어나는 성장 세포에 의한 생성,

이 있는데 이 생성 방법에는 탄소원이 매우 중요한 역할(Growth-associated production) ,

을 한다 다음으로는 성장배지에서 한 두 원소의 농도를 제한하였을 때 생체 계면활성제가. , ,

생성되는 제한 성장하의 생성 방법이 있다(Production under growth-limiting conditions) .

또 하나의 방법은 생합성에 사용되는 세포를 생체 계면활성제를 생성하는 단계에서 거두어

들여서 그 상태로 유지하여 세포가 기질을 사용하여 증식을 하지 않고 생체 계면활성제를,

생산하도록 하는 것이다 에 의한 에. Pseudomonas sp. rhamnolipid, Torulopsis bombicola

의한 에 의한sophorolipid, Ustilago maydis cellobiose lipid, Rhodococcus erythropolis

에 의한 등이 이 방법으로 생합성되기도 한다trehalose tetraester .

효소는 식물 동물 혹은 미생물 등 활동 중인 생물에 의해서 생산되는 단백질성 고분자 물,

질로서 화학 반응계에 있어서 촉매적인 역할을 하는 물질이다 년대부터 효소가 발견, . 1800

되었으며 그 유래에 따라 식물성 효소 동물성 효소 미생(plant enzyme), (animal enzyme),

물성 효소 등으로 나뉘며 미생물성 효소는 다시 세균성 효소(microbial enzyme) , (bacterial

효모성 효소 곰팡이성 효소 등으로 분류된다 이enzyme), (yeast enzyme), (mold enzyme) .

런 효소들은 각각 반응의 종류 반응 조건 효소의 난이성 등에 따라서 식품 공업 분야 의, , ,

학 분야 공업 분야 생화학 시약 등 여러 곳에 사용되고 있다, , .

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효소의 공업적 생산에 있어서 그 배양법은 고체 배양법과 심부 배양법이 주로 적용되고 있

고 회수와 정제에 따라 적용되는 범위도 다르게 된다 생체 계면활성제에 관해서는 특정 물.

질에만 반응하는 기질 특이성을 이용하면 기존의 화학 계면활성제보다 좋은 결과를 예상할

수 있다.

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제 장 기술특허동향2

계면활성제의 정의 및 기능1.

가 정의.

년대에 는 계면 활성제를 소량의 첨가로 물의 표면 장력을 현저하게 저하시1930 Freundlich

키는 물질이라고 정의했다 이 정의는 비누 등으로 대표되는 계면활성제의 유화 작용 가용. ,

화 작용이나 습윤 작용 등의 계면 현상을 잘 설명하고 있다 그러나 폴리 폴리에틸렌. , soap,

글리콜 폴리비닐알코올 등의 고분자계 계면활성제가 개발되고 이들 고분자계 계면활성제, ,

가 물표면 장력은 전혀 저하시키지 않지만 뛰어난 유화 작용을 갖는 것이 밝혀짐에 따라서,

의 정의로는 설명할 수 없게 되었다 그래서 사사키는 정의를 확장하Freundlich . Freundlich

여 계면활성제의 정의를 소량으로 표면 또는 계면의 성질 유화 분산 가용화 젖음 등 을( , , , )

현저하게 변화시키는 물질이라고 수정했다 한편 등은 이 확장된 정의를 바탕으로 동. , 眞鍋

식물계에 존재하여 호흡 시각 청각 소화 신경 전달 물질 등 생체 기능 유지에 중요한 역, , , ,

할을 하고 있는 생리 활성물질 역시 한 분자내에 친수기와 소수기를 갖는 양친매성 화합물

이며 화학적 기본 구성 요소가 계면활성제와 같음을 확인하였다, .

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나 기능.

유화(1)

유화는 물과 기름을 혼합하는 방법 중의 하나로서 화장품 의약품 식품 농약 도료 접착제, , , , ,

및 그 밖에 많은 공업 분야에서 널리 이용되고 있기 때문에 우리 일상생활과 밀접한 관계를

갖고 있다 그러나 유화는 열역학적으로 불안정해서 시간이 경과함에 따라서 상분리가 일어.

나는 문제점이 있다 그리고 그 목적으로 하는 제품이나 용도에 따라서 기름의 종류와 농. , ,

도 사용 가능한 계면활성제에 제한이 있으며 목적 달성에 어려움이 많기 때문에 예부터, , ,

유화 기술에 관한 많은 연구가 이루어지고 있으며 최근에는 사회적 요청에 의해서 생체에,

대한 안전성이 높고 순도가 높고 고분자량인 계면활성제의 개발이 두드러지게 진보하고, ,

있다.

세정(2)

가장 오래 전부터 광범위하게 이용되고 있는 계면활성제의 기능으로서 계면활성제는 액체,

를 사용해서 세정하는 습식 세정에 사용된다 습식 세정에는 세정. ㆍ린스ㆍ건조 등의 모든

공정에서 물을 사용하는 수계 세정 용제와 물을 함께 사용하는 준수계 및 용제만을 사용하,

는 비수계 세정 방법이 있다 수계 세정에는 세정력이 우수하고 세정 후 피세정물 표면에. ,

세정액이 남지 않고 폐수 처리가 용이한 계면활성제가 필요하며 준수계 세정에는 유화에, ,

의한 린스 공정에서 계면활성제가 유화를 안정화시키고 폐수 처리할 때에는 물과 기름을,

용이하게 분리할 수 있는 계면활성제가 필요하다.

- 19 -

그리고 비수계 세정에서는 입자상 오염 물질의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 계면활성제가

필요하다.

유기 무기 원자, , ㆍ이온상 및 입자상 등의 오염 물질을 제거하기 위해서는 피세정 표면이나

오염 물질에 대해서 세정액이 잘 젖고 표면과 오염 물질과의 사이에 세정액이 침투할 수,

있어야 한다 이러한 이유 때문에 계면활성제의 첨가는 반드시 필요하다. .

표면이나 오염 물질에 대한 젖음을 좋게 하기 위해서는 표면 및 오염 물질이 극성인지 비극

성인지 세정액이 수계인지 비수계인지에 따라서 계면활성제의 배향 흡착막의 형성이 필요,

하게 된다 계면활성제는 분자 중에 친수기와 소수기를 모두 갖고 있기 때문에 이와 같은.

배향 흡착막의 형성이 가능해진다 배향 흡착막의 형성은 표면이나 오염 물질과 세정액과의.

계면 장력을 저하시켜 오염 물질을 제거한다 즉 계면활성제의 특징적인 분자 구조 때문에. ,

세정액 중에서 미셀이 형성되고 이 미셀 중에 오염 물질이 가용화되어 제거되는 것이다, .

앞으로는 세정력의 향상 폐수처리의 간단화 금속 세정시의 방식 기능 친수성 오염, , ( ) ,防蝕

물질의 효과적인 제거 세정 후 표면에 남지 않는 계면활성제의 개발을 위한 연구가 활발히,

진행될 필요가 있다 특히 세정후의 피세정물 표면에 남지 않는 계면활성제는 특히 전자나. ,

정밀 기계 부품을 대상으로 하는 정밀 세정 분야에서 대단히 요망되고 있다.

- 20 -

가용화(3)

물과 기름을 혼합하는 일반적인 방법 중의 하나로서 가용화에서 계면활성제의 역할은 계면,

에 흡착하여 계면 장력을 낮추고 분산된 방울들이 미세하게 나뉘는 것을 돕고 강한 계면,

막을 형성하는 것에 의해 분산되어 있는 방울들이 다시 합치는 것을 막는 것이다 따라서. ,

가용화된 계는 열역학적으로 안정하다.

가용화의 용도를 보면 화장품에서는 향료나 미량의 유 용성 성분을 녹여서 담는 화장수, ( )油

나 세정제 등에 의약품 분야에서는 주사액이나 물에 난용성인 약제를 조제할 때 사용되며, ,

식품 분야에서는 청량음료나 드링크제 등의 제품에서 부가가치를 높이기 위해 사용되고 있

다.

기포 소포(4) ㆍ

기포①

계면활성제의 성능을 조사하는 한 가지 지표로서 기포성이 있다 그것은 기포가 계면활성제.

의 용액 농도 온도 압력 등의 물성뿐만 아니라 분자 구조에도 의존하고 있기 때문이다 포, , .

란 일반적으로 액체 또는 고체의 연속층 중에 기체가 포함된 상태를 나타내는 말이고( ) ,泡

연속층의 내부에 포가 존재할 때 이것을 기포 라고 한다, ( ) .氣泡

안정한 포를 형성하기 위해서는 이온성 비이온성에 관계없이 소수성 부분이 직선 사슬로,

흡착했을 때 탄소 수소간의 상호 작용이 강해져서 포막 중의 물의 증발을 막고 친수성 부분

의 극성 부분이 강하게 용매화하는 계면활성제를 사용하는 것이 좋다 그러나 한 종류의. ,

계면활성제만을 사용할 경우 기포성은 좋지만 기포 안정성은 좋지 않기 때문에 여러 가지, , ,

계면활성제를 혼합 사용한다.

- 21 -

소포②

소포의 방법에는 용액 통에 발포가 일어나거나 그 기포가 생산 공정이나 품질에 장해가 될,

때 그 포를 없애기 위해 사용되는 파포 와 용액 통에서 발포가 생기지 않도록 사전에, ( )破泡

그 용액 통에 처치를 하는 억포 가 있다 그리고 소포에는 온도 고주파 진동 젖음 성( ) . , ,抑泡

질 등을 변화시키는 물리적ㆍ기계적인 소포 방법과 효과 기포 물질의 분리Marangoni , , pH

변화 탈수 염석 기포제와 반응하는 물질의 첨가 및 소포제의 첨가 등의 화학적인 소포 방, , ,

법이 사용된다.

윤활(5)

윤활유제는 수십만톤의 대형 탱크에 사용되는 엔진 오일이나 수백메가와트의 화력 발전용

터빈 오일 등의 큰 산업 기계용부터 의 가정용 엔진 오일이나 극소 모터용 윤활 그리, 50ml

스와 같은 작은 정밀 기계를 대상으로 하는 것까지 다종 다양하다.

윤활유제를 사용하는 목적은 두개의 고체간 마찰이나 마모를 감소시켜서 기계의 운전을 원

활하게 하고 수명을 연장하기 위해서이다 윤활유 첨가제로서는 산화방지제 내하중 첨가제. , ,

청정 분산제 점도 지수 향상제 유동점 강하제 녹방지제 소포제 유화제 항유화제 등이, , , , , ,

사용되고 있다 따라서 윤활유의 작용에는 다양한 계면 현상이 관여하고 다양한 계면활성. ,

제가 사용된다.

- 22 -

살균(6)

양이온성 계면활성제인 급 암모늄염과 양쪽성 계면활성제인 도데실 디아미노에틸렌은 살4

균 기능을 갖고 있기 때문에 농약 화장품 식품 의약품 등의 분야에서 이용되고 있다, , , , .

급 암모늄염은 그람 양성 세균에 대해 강하고 그람 음성 세균에 대해서도 상당히 강하다4 , .

온도가 상승할수록 살균력은 증가하며 이상에서는 세균 포자에 대한 사멸 효과도 나타, 40℃

난다 대표적 예로는 염화알킬디메틸벤질암모늄염과 염화세틸피리듐 등이 있다. .

도데실디아미노에틸렌은 곰팡이에 대한 살균 작용은 떨어지지만 그람 양성 음성 세균 효모/ ,

에 대해서는 강력하게 작용하며 중성 부근의 넓은 범위에서 살균 작용의 변동이 적고 단, ,

백질과 불활성 침전을 형성하여 효과가 저하되는 일이 적다.

계면활성제의 분류2.

가 합성 계면활성제.

합성 계면활성제는 수용액에서 계면 활성을 나타내는 부분인 친수기의 이온 해리 성질에 따

라 음이온성 양이온성 양쪽성 및 비이온성 계면활성제로 분류된다 표, , ( 2-1).

- 23 -

표 합성 계면활성제의 분류< 2-1>

음이온성 계면활성제(1)

수용액 중에서 이온 해리하여 음이온 부분이 계면 활성을 나타내는 계면활성제로서 현재까,

지 가장 많이 이용되어 왔기 때문에 그 종류가 매우 많다 비누는 가장 오래된 음이온성 계.

면활성제이다.

- 24 -

음이온 계면활성제의 친수기로는 카르복실산염 아미노산염(carboxylates), (aminoacid

황산염 술폰산염 알파 술폰화 지방산염salts), (sulfates), (sulfonates), (α

인산에스테르염 등이 자주 사용되는데 이들 중에서 내경수성 내가-sulfo-carboxylates), , ,

수분해성 내염색성 등의 안정성이 가장 우수한 것은 술폰산염이다, .

음이온성 계면활성제는 세정력 기포성이 다른 계면활성제보다 우수하고 다른 물질에 침투,

후 쉽게 빠져 나오며 값이 저렴하다는 특징을 갖고 있다 그러므로 세제 샴푸 공업용 유, . , ,

연제와 금속 표면 처리제로 주로 이용되고 있다.

양이온성 계면활성제(2)

소수기에 결합되어 있는 친수기의 전하가 양으로 하전된 계면활성제로서 년에, 1935

에 의해 살균 효과가 있음이 알려지면서부터 상업적으로 중요한 역할을 하게 되었Domagk

다 이들의 용도는 살균 효과를 이용한 소독제 방부제 화장품 살균제 진균제 등에 첨가제. , , , ,

및 보조제로 사용되어 왔으며 최근에는 대전 방지제 섬유 유연제 부식 방지제 억포제 아, , , , ,

스팔트와 석유 첨가제 등으로 많이 이용되고 있으며 그 이용도가 점차 증가하는 추세이다, .

종류는 사차암모늄염 염 염과 인계인 염 요오드 화합, sulfoxonium , sulfonium phosphonium ,

물 비소화합물 등이 있다, .

- 25 -

양쪽성 계면활성제(3)

친수기가 두 개의 서로 다른 음이온성과 양이온성 성질을 가진 계면활성제로서 주로 용액,

의 가 변화할 때 양이온성에서 음이온성 가 높아질 때 으로 또는 음이온성에서 양이온pH (pH )

성 가 낮아질 때 으로 상호 변화한다(pH ) .

이러한 계면활성제의 특징은 경수 연화적 성질 금속 이온의 가용화 독성이 적고 강한 살, ,

균력 피부나 눈에 저자극성 음이온성 계면활성제와의 혼용시 상승효과 강산과 강염기에, , ,

안정 기름과 물에 잘 녹는 것 등이다, .

이들 양쪽성 계면활성제에는 아미노산계 베타인계 아미다졸린계 및 알킬폴리아미노산계가, ,

있으며 그 중에서 순수한 아미노산을 이용한 것이 주목받고 있다, .

중성 아미노산을 이용한 라우로일 알기닐글리신 과 라우로일 알기닐페닐N - - (LA-GOH) N - -α α

알라닌 과 산성 아미노산 및 염기성 아미노산을 이용한 라우로일 알기닐글루(LA-POH) N - -α

타민산과 라우로일 알기닐리신이 합성되고 있다 이들은 메틸에스테르로서는 양이온성N - - .α

계면활성제 유리 산으로서는 양쪽성 계면활성제로서 작용하며 계면 활성 능력과 항, ( ) ,遊離

미생물성을 갖는다.

또한 제 급 질소와 인산을 포함한 인산염계 양쪽성 계면활성제로서는 알킬 메틸, 3 2-(N- -N-

아미노 에탄인산나트륨 탄화수소 사슬 중에 히드록시알킬기를 갖는 것이 합성되고 있으) , 2-

며 제 급 암모늄기와 인산염을 포함한 새로운 양쪽성 계면활성제도 합성되고 있다, 4 .

분자의 양말단에 히드록시술포베타인기를 갖는 형 양쪽성 계면활성제도 합성되어 성질, -α ω

이 조사되고 있다 이 중에서 헥사데칸 염 및 이코산 산으로 합성된 비스 아미드프. , 2 2 , - (α ω

로필히드록시술포베타인 은 우수한 비누 분산능을 보인다) Ca .

- 26 -

비이온성 계면활성제(4)

친수기가 전하를 띠지 않기 때문에 이온성 계면활성제와는 달리 수용액상에서 작용기의 해

리가 일어나지 않는다 수용액에서 해리되지 않는 친수기로는 히드록시 에테르 아민 아미. , , ,

드 등이 있으며 이들은 쌍극자 모멘트를 가지고 있기 때문에 물분자와 수소 결합하여 수화,

작용을 일으켜서 용해되어 친수기로서 작용한다 따라서 온도를 증가시키면 용해도가 감소.

하여 용액이 뿌옇게 변한다 이때 이 온도를 담점 이라고 한다 비이온성 계면. (cloud point) .

활성제가 처음 공업화된 것은 차 대전중 독일에서이며 다량 사용된 것은 종전 후이다2 , .

비이온성 계면활성제의 종류에는 Ethoxylates, Alkanoamides, Amine oxides, Acetylene

등이 있다glycols, Polyols(sugar ester, sorbitan esters, glycerol esters, glycosides) .

이중에서 화합물은 년대에 등장하기 시작한 대표적인 비이온성 계면활성제ethoxylate 1930

로서 소수기는 등이 사, Alkylphenol, Fatty alcohol, Fatty acid, Alkylamine, Alkylamide

용되며 의 부가 몰수에 따라서 분자 전체의 친수성 정도의 조절이 용, Ethylene Oxide(EO)

이하기 때문에 공업적 분야에서 매우 다양한 응용 분야를 확보하고 있다 더구나 최근에는.

지방산 대신에 메틸에스테르에 를 도입하는 새로운 공정 개발 의 분포를 좁게 하는EO , EO

신규 촉매의 개발 등 신규 공정 관련 연구가 활발히 진행되고 있어 그 응용이Ethoxylation

확대될 것으로 기대된다.

- 27 -

나 천연계 계면활성제.

세계 대전 중 식량으로 사용되는 유지 원료의 부족을 해결하기 위해 석유를 이용한 합성 계

면활성제가 개발되어 이용되어 왔으나 년대의 석유 위기와 최근의 환경 친화적 제품, 1970

개발에 대한 관심 고조로 다시 천연계 계면활성제가 주목받고 있다.

천연계 계면활성제는 우수한 에모리엔트 효과 감촉 안전성 생분해성 등의 장점을 가지고, , ,

있지만 석유계 합성 계면활성제와 비교할 경우 유화 가용화 세정 컨디셔닝 효과 등이 뒤, , , ,

떨어지는 단점이 있다 하지만 최근에는 이러한 단점을 보완한 새로운 천연계 계면활성제들.

이 개발되고 있다.

연구팀은 천연계 계면활성제를 크게 개로 정리하였다 첫 번째는 천연물로 존재하면4 .坂本

서 소화 호흡 청각의 생체 기관의 기능 유지에 중요한 역할을 맡고 있는 담즙산 스테린, , , ,

레시틴 등이며 두 번째는 천연 물질의 구성 요소이며 천연물의 분해 생성물로서 얻어지는,

라놀린 알코올과 고급 알코올로서 세제 화장품 원료로서 널리 이용되고 있다 세 번째는, .

천연 물질의 구성 요소가 재결합하여 얻어진 모노글리세리드 솔비탄지방산에스테르 당 에, ,

스테르 아실글루타민산 등이다 그리고 마지막은 천연 물질 구성 요소를 화학 개질해서, N- .

얻어지는 모노글리아미노산에스테르와 고급 알코올 부가체 등이다 세 번째 네 번째 분EO . ,

류에 속하는 계면활성제는 안전성을 특징으로 하는 계면활성제로서 주목받고 있다.

- 28 -

레시틴(1)

레시틴은 인지질을 고농도로 함유하는 혼합물로서 유화 작용에 의한 지질 대사와 영양분의

소화 흡수 및 노폐물의 배설 등에 관여하는 생체막의 중요 구성 성분 중의 하나이다 안전.

성이 높아서 옛부터 뛰어난 보습능을 갖는 기능성 계면활성제로서 주목받고 있다, .

천연 레시틴은 그 구성 지방산에 불포화 지방산을 함유하기 때문에 시간이 지남에 따라서,

색 냄새가 변하고 산화 안정성이 떨어진다 그러나 기술의 진보로 이 단점을 개선한 수소, , . ,

첨가 레시틴이 개발되었다 이 수소 첨가 레시틴은 천연 레시틴이 갖는 우수한 기능을 잃지.

않으면서 단점만을 개선하였고 순도도 비교적 용이하게 조절되기 때문에 현재에는 유, PC ,

화제나 리포솜화제 보습제 감촉 개량제 등의 넓은 용도 범위에서 널리 이용되고 있다 그, , .

리고 수소 첨가 레시틴 이외에 새로운 개질 레시틴으로서 수소 반응을 이용한 리조레시틴,

이 개발되었으며 이 리조레시틴은 지금까지의 레시틴 중에서 수용성이나 유화, ㆍ가용화력이

가장 우수한 레시틴이다.

아미노산 유도체(2)

아미노산 유도체는 현재 범용되고 있는 저자극성 세정제 중의 하나이다 라우로일 알라. - -β

닌은 아실메틸타우린 등의 음이온성 계면활성제에 비해 정상 피부나 아SDS, MAP, (AMT) ,

세톤 에테르로 처리한 피부에 대해서 매우 저자극성이며 세정 후의 피부에 대한 잔존성이/ ,

낮고 염증 유발 인자량도 낮다 또한 아실글루타메이트는 등의 음이온성 계면, . MAP, AMT

활성제에 비해 시험법에 있어서도 자극성이 가장 낮다고 보고 되고 있다.

- 29 -

식물성 폴리펩티드(3)

폴리펩티드는 아미노산이 탈수 축합한 화합물로서 안전성이 높고 피부나 모발에 대한 보호

작용을 갖고 있다 또한 약하지만 계면 활성능도 갖고 있기 때문에 화장품 원료로서의 사용.

이 기대된다.

이 폴리펩티드는 크게 동물성 유래인 것과 식물성 유래인 것으로 나뉜다 동물성 유래의 폴.

리펩티드는 성능은 우수하지만 색이나 냄새가 좋지 않다는 문제점이 있기 때문에 최근에는

비교적 색이나 냄새가 양호한 식물성 유래의 폴리펩티드에 대한 연구 성과들이 보고 되고

있다.

연구 결과의 하나로서 등에 의해 연구된 소맥 글루텐 유래의 소맥 펩티드는 다른 동, 田村

식물 유래의 펩티드에 비해 우수한 유화력을 가지며 기포력 및 기포 안정성이 우수하다, , .

또한 모발에 대한 우수한 보호 작용을 갖고 있으며 실리콘과 같은 윤활성을 부여한다고, ,

한다.

알킬글리코시드(4)

친수기인 당 사슬과 소수기인 알킬 사슬로 이루어진 비이온성 계면활성제이다 구성 성분인.

당류와 고급 알코올이 모두 천연물이기 때문에 생분해성이 대단히 뛰어나다 그 주요 특징.

을 정리하면 다음과 같다.

• 피부나 눈에 대한 자극이 매우 적다.

• 기포 성이 우수하고 포 안정성도 양호하다( ) ( ) .起泡 泡

- 30 -

• 세정력이 우수하다.

• 생분해성이 좋다.

• 음이온성 양이온성 및 양쪽성 계면활성제와 함께 사용할 수 있다, .

• 경수에서도 사용 가능하다.

• 음이온성 계면활성제의 피부 자극성을 완화시킨다.

최근의 연구 보고에 의하면 세토스테아릴글리코시드는 파리핀유 중 사슬 트리글리세리드, , ,

실리콘유 에스테르유 식물유 등 기름 상 종류임에도 불구하고 에멀젼 중에서 액정을 형성, ,

하여 에멀젼을 안정화시킨다 또한 각종 알킬 다당류에 대한 평가 결과를 보면 도데실마르. , ,

토시드는 폴리옥시에틸렌라우릴에테르 황산염 등과 비교해서 기포력이나 포안정성이 우수하

고 데실올리고 다당류는 피부에 대한 흡수성이 적다, .

또한 라우릴글리코시드는 폴리옥시에틸렌페닐에테르에 비해 기포력이 우수하고 침투성이, ,

적다 그리고 구성하는 당 사슬에 따라서 그 성능이 달라진다. .

사포닌(5)

식물계에 널리 분포하는 트리테르펜과 함께 스테로이드계의 배당체를 일컫는 천연계 계면활

성제로서 구성하는 당 사슬에 따라서 그 성능이 다른 것으로 알려져 있다, .

무환자 나무 엑기스는 무환자 나무의 껍질에 존재하는 트리테르페노이드계의 사포닌으로서,

강한 대전 방지 효과 항염증 작용과 함께 유화 가용화력 등의 특징을 갖고 있다, , .

- 31 -

또한 키라야사포닌은 장미과에 속하는 샤본 나무 껍질로부터 얻은 트리테르페노이드계 사포

닌으로서 다른 식물로부터 얻은 사포닌에 비해 뛰어난 계면 활성을 갖고 있으며 기포, (起

력이나 안정성이 우수하다는 특징을 갖고 있다) .泡

현재 사포닌은 식품에 주로 사용되고 있지만 높은 안전성이나 성능 때문에 앞으로는 기능,

성 화장품 원료로서의 사용이 기대된다.

시클로덱스트린 유도체(6)

계면활성제의 포접 작용을 응용한 이온 부선 은 공업용 배수에서 유해한 금속을( ) ( )抱接 浮選

분리하거나 콜로이드상의 혼탁액에서 유용 금속을 회수하는 과정에서 중요하다 이 이온, .

부선의 분해 효율을 향상시키기 위해 특정 금속에 대한 특이성을 높일 수 있는 여러 종류의

계면활성제가 개발되어 왔다 그러나 천연 소재가 가지고 있는 포접 작용에 주목한 연구는. ,

거의 없었다.

시클로덱스트린 은 글루코피라노스기가 글루코사이드 결합에 의해 환상으로(CD) D- -1,4α

결합한 올리고머이며 그 중합도가 개인 것을 각각 라고 부르는 대롱, 6, 7, 8 -, -, -CDα β γ

모양의 호스트의 분자 형태를 갖고 있다 이 대롱 모양을 한 공극의 내부는 소수적인 환경.

에서 공극내에 게스트 분자 유기 화합물 를 포접 할 수 있다 이 포접 작용을 갖는 친( ) ( ) .抱接

수성의 시클로덱스트린에 알킬기를 도입하여 소수적으로 변화를 주어 금속 이온에 대한 특

이성을 부여한 연구가 보고 되고 있다.

- 32 -

토코페롤 유도체(7)

유지 왁스류의 산패를 억제하기 위해 사용되는 산화방지제 중에서 천연 유래 토코페롤은,

우지 등의 천연 유지 산화 억제 효과가 우수하다 또한 생체막에서 토코페롤은 자유 래디. ,

컬 제거 기능을 가지며 생체막의 안정화에 중요한 역할을 한다 그러나 불쾌한 냄새가 나, . ,

며 화학적으로 불안정하기 때문에 그 용도가 제한적이었다.

이러한 단점을 보완하기 위해 토코페롤에 에틸렌옥사이드를 몰 부가하여 토코페롤의 기, 18

본 기능인 산화 방지 효과는 다소 감소하지만 화학적으로 안정하여 표면 활성 작용을 가지

며 색 냄새도 현저히 개선된 폴리 옥시에틸렌 토코페롤에스테르를 합성하는 연구가 진행되, , ( )

고 있다 따라서 화장품 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대한다. , .

단백질계 계면활성제(8)

피부를 구성하고 있는 단백질의 주성분인 콜라겐은 모발의 케라틴 단백질과 친화성이 높고,

피부나 인체에 안전하고 자원 소뼈 소 또는 돼지 혈액 이 풍부해서 공급이 안정하다는 점, ( , )

과 가수분해가 용이해서 원하는 분자량의 콜라겐을 쉽게 얻을 수 있다는 장점을 갖기 때문

에 헤어와 스킨케어 제품 등에 널리 응용되고 있다 그러나 콜라겐 가수분해물을 배합한. ,

제품은 일반적으로 세균에 오염되기 쉽고 방부제등의 배합이 필요하다는 단점이 있다, .

이러한 단점을 해결하기 위해 개발된 콜라겐 라우로일알기닌 은 콜라겐의 분해물-N - (LAP)α

과 아미노산과의 반응 축합물로서 단백질계 계면활성제임에도 불구하고 방부력이 있고 마일

드한 계면활성제이기 때문에 화장품 원료로서 주목될 것이다.

- 33 -

천연계 급 암모늄염(9) 4

라놀린 지방산 알콕시메틸글리코시드 피마자유를 출발 물질로 한 급염 유도체 들이 있으, , 4

며 이 계면활성제 들은 눈에 대한 자극이 없고 표면 장력 기포력 등의 계면 활성 능력도, , ,

좋으며 와 같은 음이온성 계면활성제와 함께 사용해도 침전물이 생기지 않기 때문에, SDS

샴푸 헤어 린스 및 헤어 컨디셔너 등에 응용되고 있다, .

당질계 계면활성제(10)

당은 안정성과 생분해성이 우수하고 재생이 가능한 풍부한 자원이기 때문에 최근에 당을, ,

친수기로 하는 계면활성제의 개발이 활발히 진행되고 있다 그 대표적인 예로서 알킬글리코.

사이드를 들 수 있는데 이 계면활성제는 우수한 표면 활성 능력과 높은 항균 활성을 갖는,

동시에 저자극 저독성으로 생분해성도 우수하기 때문에 샴푸 액체세제 식기용 세제 종이, , , ,

사이즈 향상제로서 응용되고 있다.

다 생체 계면활성제. (Biosurfactant)

박테리아 효모 곰팡이 등의 미생물과 효소를 이용하여 생산되는 화합물로서 계면 활성 기, ,

능을 갖는 것을 생체 계면활성제라 부른다.

- 34 -

년대 말 합성 계면활성제가 일으키는 환경오염 공해 문제 등이 표면화되어 안전성이1960 ,

높고 생분해성이 좋은 계면활성제의 개발이 요구되어지는 상황 하에서 년대 후반에 시1960

작된 석유 발효 연구 과정에서 탄화수소 자화성을 갖는 미생물이 균체내에 탄화수소를 흡수

하기 위해 비교적 다량으로 계면 활성 물질을 생산하는 것이 알려졌다.

탄화수소를 기질로 하여 이를 분해하고 대사 물질로 생체 계면활성제를 얻는 것은 매력적인

일이 아닐 수 없었다 미생물이 성장할 수 있는 기질은 탄소 질소 인 등이 제공될 수 있는. , ,

원천으로서 탄화수소 당류 동물유 식물유 질산염 인산염 등 참으로 많다 많은 미생물은, , , , , .

이와 같은 기질에서 성장할 때 여러 종류의 생체 계면활성제를 생성한다 효모 곰팡이 박. , ,

테리아 중에서 가장 많이 사용되는 것은 박테리아이며 요즈음에는 리파아제와 같은 효소를,

사용하기도 한다.

최근 생체 계면활성제는 합성 계면활성제의 낮은 생분해도와 독성문제에 대한 기술적인 대,

안으로써 환경 선진국들을 필두로 연구가 활발히 진행되고 있다.

생체 계면활성제는 미생물의 종류 친수기의 형태 및 친수기와 소수기의 구성에 따라 분류,

할 수 있다 미생물의 종류에 따라서는 박테리아 배양 글루코오스 및 이스트 추출물 흑은. , ,

등의 에 의해 합성되는 박테리아형 형 및 형 등으로 분류Ustilago Zeae Fungi , Yeast , Fungi

할 수 있다 표 는 대표적인 미생물 유래의 생체 계면활성제 종류이다 친수기의 형. < 2-2> .

태만으로 분류하면 당지질계 아실펩티드계 인지질계 지방산계 및 고분자계 등 종류로, , , 5

분류할 수 있다 그리고 친수기 및 소수기의 구성에 따라서는 아래의 가지로 분류할 수. 7

있다 이때 친수기는 아미노산 인산염 카르복실산 음이온 및 양이온 펩타이드 또는 단당. , , , ,

류 이당류 다당류 등의 당류로 이루어져 있고 소수기는 에서 개의 탄소 사슬이 직쇄형, , 8 22

으로 연결된 포화 또는 불포화 지방산으로 구성되어 있다.

- 35 -

당지질(1) (Glycolipid)

가장 많이 연구된 생체 계면활성제의 하나로 탄수화물이 긴 사슬형의 지방산 또는 수산화

지방산과 결합한 형태를 지니며 결합하는 당과 지질의 종류에 따라서, trehalose lipids,

및 로 나뉜다 각각의 구조식은 그림 그림 및 그rhamnolipid sophorolipid . < 2-1>, < 2-2> <

림 과 같다2-3> .

여기에서 는 이당류인 가 미콜릭산 의 또는trehalose lipids trehalose (mycolic acid) C6'

위치에 결합하여 형성되고 는 두 분자의 가 두 분자의C6" , rhamnolipid rhamnose β

과 결합하여 얻어지며 사에서 상용화되기도-hydroxydecanoic acid , Jeneil Biosurfactant

하였다 그리고 는 두 분자의 글루코오스가. sophorolipid 17-L-hydroxy octadecanoic acid

산과 결합했을 때 얻어진다.

표 대표적인 미생물 유래 생체 계면활성제의 종류< 2-2>

원료명 화합물 생합성 형태 미생물

당지질계

TrehaloselipidPhamnoselipidSophorolipidMannosylerythritollipids올리고당 지방 에스테르

BacteriaBacteriaYeastYeast

ArthrobacterPseudomonasToluropsisCandida sp

지방산계Corynomycoric acidSpiculisporic acid

BacteriaBacteria

CorynebacteriaPenicillium

리포아미노산,펩티드리피드

인지질 담즙산, ,사포닌 등

아실아미노산N-갑각류 소화액중( ),펩티드리피드(Candia),

습윤 물질 등W2Surfactin아미노지질레시틴 글리코펩티드, H13A혈소판 확성 인자 등(PAF)

BacillusSerratia

- 36 -

는 낮은 계면 장력 을 나타내고 와 염의 농도 및 온도 변화Sophorolipid (30-38 mN/m) , pH

에 뛰어난 안정성을 보인다 그리고 피부에 대한 보습력이 뛰어나고 자극성이 적(20-90 ) .℃

어 화장품에 쓰일 수 있을 뿐 아니라 구조별로 독특한 특징 및 선택성을 나타낸다 예를 들.

면 구조는 물에 불용성이나 구조는 비교적 물에 잘 녹는 성질을 보이기 때문SL-1 SL-3

에 해안의 기름 유출에 의한 오염을 줄이는 데 사용할 수 있다 또한 분산 능력이 우수하, .

고 그람 양성 미생물에 대해서는 항생 효과를 보인다고 알려져 있다.

그림 와 의 구조< 2-1> trehalose trehalose lipids

그림 와 의 구조< 2-2> rhamnose rhamnolipids

- 37 -

그림 의 구조< 2-3> Sophorolipids

및(2) Lipopeptide Lipoprotein

가장 대표적인 예인 그림 은 개의 아미노산과 개의 탄소수를 지닌 지방surfactin< 2-4> 7 14

산으로 구성되어 있으며 항생 작용 뿐 아니라 계면 활성 능력을 갖기 때문에 중, lipoprotein

에서 가장 많이 연구되었다 또한 은 혈액의 응고와 단백질의 변성을 억제하는 능. , Surfactin

력이 있기 때문에 생화학적 연구에도 사용될 수 있으며 토탄 의 탈수에도 사용될 수, ( )土炭

있다 그밖에 에 의해서 생성되는 생체 계면활성제는 항박테리아 작. Streptomyces fradiae

용이 있어서 가축의 사료에 첨가하여 사용할 수 있으며 에 의해 생성, Aspergillius sydowi

되는 생체계면활성제는 항곰팡이 및 항효모 작용이 있는 것으로 알려져 있다.

그림 의 구조< 2-4> surfactin

- 38 -

지다당(3) (Lipolysaccharides)

지질과 다당이 고분자 형태로 결합된 것으로 대표적 예로서는 다당류가 지질에 공유 결합,

한 구조를 갖는 그림 을 들 수 있다 이것은 표면 장력 저하 능력은 크지 않emulsan< 2-5> .

지만 탄화수소를 물에 유화시키는 능력이 좋고 분산상의 농도에 관계없이 안정하기 때문에,

해상에 유출된 기름의 처리 기름 용기의 세척 및 원유 회수, (enhanced oil recovery, EOR)

에 쓰인다.

인지질(4) (Phospholipids)

박테리아나 효모를 이용하여 얻을 수 있는 의 하나로서 글리세롤 스핀고신Membrane lipid ,

또는 보다 복잡한 알코올로부터 유도된다 글리세롤로부터 유도된 인지질을.

라고 한다 는 글리세롤 뼈대에Phosphoglyceride . Phosphoglyceride Phosphorylated

과 개의 지방산이 결합되어 있는 구조로 되어 있다 그림 기는alcohol 2 < 2-6A>. Phosphate

이 며 알코올 부분은 등이phosphatidate serine, ethanolamine, choline, glycerol, inositol

다 그림 는 이들로 이루어진 의 구조이다 박테리아에 의해서. < 2-6B> phospho- glycerides .

는 주로 과 이 생성되고 효모에 의해서는 중요phosphatidylserine phophatidylethanolamine

한 중간체인 이 생성되어 과diacylglycerol phosphatidylethanolamine phosphati-

으로 전환될 수 있다 인지질의 혹은 위치에 아실기가 없는 인지질을dylcholine . C1 C2

라고 하는 데 보다 계면 활성이 좋은 것으로 알려져lysophospholipids phosphoglycerides

있다 이런 계통의 하나인 은 유화제로서 상업적으로 쓰이고 있다. lysolecithin .

- 39 -

인지질은 계면활성제로서 뿐만 아니라 리포솜 인지질 소포체 을 만드는 데 사용할 수 있다( ) .

인지질은 순하고 피부에 자극을 주지 않아서 화장품과 의약품에 유용하게 쓰일 수 있다 리.

포솜은 피부를 통하여 침투할 수 있으며 특정한 피부 층에 도달하게 할 수 있으므로 리포,

솜 내부에 활성 물질을 집어넣어 피부를 통하여 흡수시키면 효과적이라는 것이 밝혀졌다.

리포솜의 이와 같은 성질과 더불어 리포솜을 제조하는 데 사용될 수 있는 새로운 물질이 등

장하여서 리포솜은 화장품과 의약 산업에서 더욱 중요하게 될 것이다.

그림 의 구조< 2-5> emulsan

그림 인지질의 구조< 2-6>

- 40 -

당에스테르(5)

당류와 긴 탄소 사슬을 가진 지방산과의 에스테르 결합으로 형성된 생체 계면활성제로서 대

표적인 예로 그림 를 들 수 있다 당에스테르는 에스테르 교환 반응에sucrose ester< 2-7> .

의해 만들어질 수 있고 당류뿐만 아니라 당알코올로부터도 리파아제에 의해 에스테르가 얻

어질 수 있다 당에스테르는 자극성과 독성이 적고 값의. HLB(hydrophilelipophile balance)

범위가 넓어 화장품에 이용될 수 있으며 주원료가 설탕과 글루코오스 등의 천연물로서 손,

쉽게 구할 수 있기 때문에 환경 문제 해결에 크게 기여할 수 있고 생체 계면활성제의 가격,

을 낮추어 경쟁력을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

- 41 -

그림 의 구조< 2-7> Sucrose ester

지방산(6)

원래 동ㆍ식물의 기름에서 분리된 카르복실산을 지칭하는 것이었으나 오늘날에는 탄소수가

인 직쇄형 카르복실산을 말한다 이들을 화학식으로 표시하면 다음과 같다C8-C22 . .

지방산은 포화산 뿐만 아니라 불포화산으로도 존재하는 데 이 때 불포화 결합은 하나 이상,

일 수 있다 불포화 지방산 중에서 가장 보편적인 것이 올레인산. , linoleic acid, linolenic

인데 이들 산에서의 이중 결합은 거의 틀림없이 좀 더 불안정한 형태를 이루고 있acid cis

다 이와 같은 기하학적 모양은 생물학적으로 아주 중요한 의미를 갖는다 불포화 지방산의. .

탄소 사슬이 이중 결합 부분에서 구부러져서 다른 분자와 기하학적으로 잘 맞추어지지 않기

때문에 형 불포화 지방산은 용융점이 낮다cis .

- 42 -

지질(7)

지질을 정확히 정의하기란 어렵지만 천연으로 존재하는 고분자량 에스테르 화합물을 지칭,

하는 것으로 볼 수 있다 지질은 지방 기름 왁스 스테로이드 테르펜 등을 포괄하는데 이. , , , , ,

중에서 지방이 가장 중요하게 취급되므로 지질은 곧 지방으로 여겨지곤 한다 지방은 글리.

세롤의 카르복실산 에스테르 즉 글리세라이드를 말하며 세 개의 지방산이 같지 않은 경우, ,

가 보통이며 지방은 카르복실산의 종류가 다양하므로 많은 종류가 있다 지방의 특성은 지, .

방을 이루는 지방산에 의해서 결정된다 지방은 여러 산업에 쓰이고 있는데 계면활성제 측.

면에서 보면 비누와 세제가 관련이 있다.

기능성 계면활성제3.

가 분해형 계면활성제.

계면활성제의 용도에 따라서는 일시적으로만 계면 활성 능력을 발휘하고 그 다음에는 계면,

활성을 나타내지 않는 것이 바람직한 경우가 있다 예를 들면 유화 중합에 의해 제조된 제.

품의 경우에 잔존하는 계면활성제로 인하여 품질이 저하되는 문제가 있다 따라서 본래의.

용도인 유화 분산 세정 등에 사용된 후에는 쉽게 분해 될 수 있는 계면활성제의 개발이, ,

주목을 끌고 있다.

- 43 -

분해형 계면활성제는 분해되는 메커니즘에 따라서 화학 분해형 열분해형 광분해형 및 생, ,

분해형으로 크게 나눌 수 있다.

화학 분해형 계면활성제(1)

아세탈형 계면활성제①

친수기와 소수기의 연결기 부분에 카르보닐기와 히드록실기에서 탈수하여 얻어지는 아세탈

기를 가지고 있는 이온성 비이온성의 양친매성 화합물로서 알칼리성에서는 안정하지만 산, ,

성 조건에서는 아세탈결합이 불안정하여 쉽게 분해된다 산가수분해 속도는 친수기의 이온.

성에 따라 다르다.

제미니형 계면활성제의 일종인 주석산에서 유도된 아세탈의 디장쇄알킬 유도체는 예로서 헵

타디실이라고 하는 큰 소수기를 개 가지고 있어도 점은 이하에서 수용성이 좋2 Kraft 0℃

고 매우 적은 우수한 표면 장력 큰 기포력과 기포 안전성을 가진다, CMC, , .

알카리성 조건하에서 분해하는 계면활성제②

실록시 유도체와 같이 소수기와 친수기의 연결기로서 규소 산소 탄소 결합을 가진 화합물- -

은 가 이상인 알칼리성 조건하에서 용이하게 실라놀과 알코올로 가수분해한다 또한pH 7 .

술폰기를 연결기로 가진 화합물도 알칼리성 조건하에서 분해한다.

- 44 -

열분해성 계면활성제(2)

아민옥사이드형 계면활성제는 이상에서 올레틴과 히드록시아민 유도체로 분해 된다150 .℃

그리고 질소 질소 반극성 결합을 가진 아민아미드형과 블록화 이소시아네이트형이 열분해-

성 계면활성제로서 연구되고 있다.

광분해성 계면활성제(3)

포스폰산 작용기 자신은 광을 흡수하지 않지만 벤조페논 또는 피리디늄기를 메틸렌기로 연

결하면 자외선 꽝을 흡수하여 분해하고 계면활성 능력을 상실하거나 또는 변성시킨다.

계면활성제를 자외선 조사에 의해 쉽고 빠르게 파괴할 수 있다는 것은 계면활성제로서의 기

능을 수행시키고 난 다음 언제든지 필요한 때에 계면 활성 능력을 감소 혹은 상실시켜 계로

부터 제거할 수 있다는 점에서 매력적이라 할 수 있다 예를 들면 세제나 공업용 계면활성. ,

제의 경우 사용 후 폐수 처리 문제가 심각한 사회 문제로 대두되고 있다 계면활성제 자체.

가 갖고 있는 독성도 문제이지만 느린 생분해성과 그로 인해 계면 활성능을 장시간 유지한

다는 것도 큰 문제점이다 그로 인해 다량의 기포가 그대로 유지되고 수중으로 산소 유입이.

차단되어 자정 작용을 방해하고 수질 오염을 심화시키는 것이다 그러나 자연광에 의해 계.

면활성제가 재빨리 파괴되고 계면으로부터 사라진다면 이러한 문제는 쉽게 해결될 수 있다.

예를 들어 와 유사한 구조를 가진, Alkylbenzene sulfonate(ABS) Alkylarylketone

는 단백질의 가용화제로 사용한 다음 자외선을 조사하였을 때 수용성인sulfonate Aryl

와 두 종류의 메틸기가 붙은 올레핀 등의 화합물로 쉽게 분해 된다 따라서 계면sulfonate . ,

활성제를 용액으로부터 재빨리 제거함으로써 후처리 과정을 매우 간단하게 하는 효과를 보

였다.

- 45 -

또한 와 유사한 구조를 가진 민감성 기를 가진 음이온성 계면활성제는, ABS diazosulfonate

자외선을 조사하였을 때 이온과 해당 화합물로 분해 되고 이는 다시 페, sulfate diazonium

놀로 광분해 된다 이 계면활성제는 유화 중합 반응의 유화제로 사용한 후 분산액에 단순히.

자외선을 조사함으로써 라텍스의 응집을 제어할 수 있었다 이는 이온성기의 분해가 라텍스.

입자의 응집을 유도하기 때문이다.

실용화되려면 분해 효율 계면 활성능 또는 제조법을 해결해야 하지만 새로운 용도를 창출, ,

해 낼 가능성 있는 분해성 계면활성제의 한 그룹을 형성할 것으로 기대된다.

생분해성 계면활성제(4)

환경에 대한 관심이 고조되면서 계면활성제의 생분해성은 매우 중요한 과제가 되고 있다.

계면활성제의 생분해성 과정은 일단계 분해 환경에 허용되기까지의 생분해 및 궁극적인 생,

분해 등의 단계로 나누어진다 단계 분해는 말단 관능기의 이탈 산화 등에 의해 화학물3 . 1 ,

질의 일부가 변화하는 상태이고 단계는 수생 생물 등에 영향이 없어지기까지 분해 되는, 2

것을 의미하며 단계는 이산화탄소와 물 등의 무기물로 완전히 생분해되는 것을 말한다, 3 .

천연계 계면활성제와 생체계면활성제는 화학 구조가 복잡해도 쉽게 분해 될 수 있지만 합,

성된 형의 비이온성 계면활성제는 의 몰수가 증가할수록 생분해하기 어려워진다PEO EO .

당류 에스테르는 폴리올류인 비이온성 계면활성제로서 설탕과 우지를 원료로 하기 때문에

거의 완전한 생분해성을 가지며 인체에 투입되더라도 무해한 일반적인 식품 형태로 가수분,

해 되기 때문에 인체에 독성 및 자극성이 전혀 없는 환경 친화성 계면활성제이다.

- 46 -

따라서 계면활성제에 의한 수질 환경오염 문제 인체에 대한 독성문제 등을 해소할 수 있, ,

을 것으로 큰 기대가 모아지고 있다 또한 다른 비이온성 계면활성제와 달리 고형 물질이. ,

기 때문에 쉽게 분말 형태로 제품화할 수 있고 매우 우수한 유화 능력을 갖고 있기 때문에,

다른 음이온성 계면활성제와 혼합하여 사용할 경우 계면 활성 효과를 높일 수 있다.

기타(5)

페로센계 계면활성제는 계면 활성 능력을 전기화학적으로 제어할 수 있는 계면활성제이다.

즉 전기 화학적으로 페로센을 페로세늄으로 변환시켜서 계면활성제의 친수성 소수성의 균, /

형에 변화를 주면 계면활성 능력을 잃게 된다.

나 제미니형 계면활성제.

하나의 소수기와 하나의 친수기를 갖는 기존의 계면활성제들의 문제점을 해결하기 위해 기

존 계면활성제 구조의 친수기 부분에 두 개 또는 세 개의 이온성기를 갖고 여러 개의 소수

성 사슬을 갖는 계면활성제를 제미니형 계면활성제라고 한다.

이 계면활성제가 처음 연구되기 시작한 것은 년 등이 두 개의 친수기와 하1974 Densenko

나의 소수기를 갖는 구조의 화합물을 합성하면서부터이다.

- 47 -

그리고 본격적인 연구의 시작은 년대 후반 등이 디아미드에 두 개의 알킬기, 1980 Linfield

와 두 개의 에틸렌옥사이드가 연결된 구조의 화합물을 합성하고 등이 에틸렌글리, Okahara

콜 디글리시딜에테르에 두 개의 알킬 사슬과 친수기인 황산기와 술폰산기를 도입한 화합물

을 합성하면서 개발되었다.

제미니형 계면활성제는 구조적 특성 때문에 매우 낮은 임계 미셀농도와 높은 표면 장력 저

하능 우수한 기포력 및 유화력 낮은 물에 대한 양호한 용해성과 내경수성 등, , Kraft point,

의 특징을 가진다.

제미니형 계면활성제는 연결부의 길이가 길어지거나 소수성기과 친수성기의 개수가 많아지,

면 계면활성제의 배열 상태가 변화하고 이 변화의 영향으로 높은 표면 장력 저하 능력을,

갖는다.

다 형 계면활성제. Hybrid

불소 원자를 포함한 플루오로카본 사슬을 소수기에 도입한 불소계 계면활성제는 그 분자간

힘이 약하기 때문에 탄화수소계 계면활성제에 비해서 우수한 표면 장력 저하 능력을 보이지

만 계면 장력은 탄화수소계 계면활성제에 비해 높기 때문에 여러 가지 기질 계면에 젖기,

어렵다 또한 내열성 내약품성은 뛰어나지만 탄화수소계 계면활성제와의 상용성이 나쁘기. ,

때문에 소포제 유 소화제 및 표면 개질제등에만 제한 응용되고 있다, , ( ) .油

이러한 문제점을 해결하기 위해 플루오로카본 사슬과 탄화수소 사슬을 같은 친수기에 결합

시킨 것이 형 계면활성제이다 따라서 이 계면활성제는 플루오로카본 사슬에 의한 우hybrid .

수한 표면 장력 저하능력과 탄화수소 사슬에 의한 계면 장력 저하 능력을 모두 갖는다 그.

리고 이 계면활성제는 펜타데카플루오로카본산과 C7H15 을 반응시켜서 펜타데카플루오MgBr

로헵틸헵틸케톤을 합성한 후 이 생성물을 로 환원시켜 알코올을 조제한 다음 피리딘NaBH , ,

용매 중에서 ClSO3를 반응시키고, Na2CO3/NaHCO3로 중화시켜서 제조할 수 있다.

- 48 -

라 음이온 양이온 계면활성제. -

화학 구조가 다른 두 개 이상의 계면활성제를 함께 사용하면 계면에 대한 선택적인 흡착,

분자 배향 미셀 형성 등의 성질이 결정되고 계면활성제의 유화 가용화 분산 능력도 높아, , , ,

지는 것으로 알려져 있다.

음이온 양이온 계면활성제는 전기적 성질이 다른 음이온 계면활성제와 양이온 계면활성제-

가 정전기적으로 결합하여 발생한 복합염으로서 표면장력을 저하시키고 단백질 변성을 억제

하는 성질을 갖고 있다.

음이온 양이온 계면활성제의 표면 활성 능력은 알킬기의 화학 구조나 알킬 사슬 길이 또는-

음이온 계면활성제 양이온 계면활성제 비에 따라서 달라진다 옥틸트리메틸암모늄옥탄황산/ .

염 등의 이중 긴 사슬염의 경우 단독으로 사용되는 경우보다 복합염을 사용하는 경우의 표,

면장력이 저하되고 와 제 급 암모늄염을 함께 사용하는 경우에는 제 급 암모늄염의 알, SDS 4 4

킬 사슬 길이가 길어질수록 표면 장력이 뚜렷하게 감소한다.

그러나 음이온 계면활성제와 양이온 계면활성제를 함께 사용하면 크래프트 점이 상승하고, ,

백탁 또는 침전이 생겨서 응용에 제약이 있었다 그렇지만 염화스테아릴트리메틸암모늄과.

라우로일 메틸 알라닌으로 이루어진 복합염은 크래프트점도 낮고 실온에서도 투명N- -N- - -β

한 수용액으로서 모발에 대해 우수한 컨디셔닝 효과를 나타내므로 샴푸원료로 주목받고 있

다.

- 49 -

마 유기 규소계 계면활성제.

소수기에 규소 원자를 포함한 계면활성제로서 가장 주목받는 것은 알킬 인산염이다, .

는 화학 구조에 따라서 의 두 종류로silicone phosphate ester comb type terminal type

분류되며 등의 알칼리에 의해 용이하게 중화되어 수용액이 된다, TEA, KOH, NaOH .

이 규소계 는 탄화수소계 인산에스테르에 비해서 열안정성 대전 방지copolyol phosphate ,

성이 우수하고 피부나 모발에 대한 친화성이 좋고 완화 효과 컨디셔닝 효과가 높기 때문, , ,

에 개인 케어 제품 등의 기초 화장품의 기제로서 주목받고 있으며 최근에는. silicone

계 계면활성제가 베타인계 계면활성제의 증포성 세정성 때문에 주목받고phosphobetaine ,

있다 또한 규소계 계면활성제는 윤활성 박리성 대전 방지성 등의 기능도 우수하기 때문. , , ,

에 도료 공업 플라스틱 공업 분야에서도 널리 이용되고 있다, .

바 반극성 유기 붕소계 계면활성제.

친수기의 기본 골격이 글리세린 분자와 붕소로 이루어진 반극성의 스피로 오원환이고 소2

수기가 알킬기로 구성된 유용 성 계면활성제로서 그 구조적 특성 때문에 독특한 계면( ) ,由溶

특성을 갖는다.

반극성 붕소계 계면활성제에 에틸렌옥사이드를 부가하여 수용성을 부여한 수용성 유기 붕소

계 계면활성제도 개발되고 있는데 이 계면활성제는 고분자와의 상용성이 좋고 열안정성도, ,

우수하여 합성수지의 대전 방지제로서도 이용되고 있다.

- 50 -

사 항균성 고정화 계면활성제.

항균성을 갖는 베타인 계면활성제 또는 양이온 계면활성제를 그 활성을 잃지 않도록 공유

결합시켜서 유리 담체 표면에 고정화시킨 계면활성제이다 이 계면활성제는 세균이 접촉하.

는 것만으로 살균이 되어서 살균제가 직접적으로 미생물 세포로 이행하지 않기 때문에 반복

해서 사용 가능하고 독성이 낮다는 특징을 갖고 있다 이 고정화 계면활성제의 살균력은 알.

킬 사슬 길이에 따라서 다르지만 알킬 사슬 길이 C6 - C12의 범위에서 비교하면 베타인계,

에서는 C12 양이온계에서는, C10이 가장 강한 살균력을 보였다 표 에 분 접촉 후. < 2-3> 30

의 그람 양성균 종류 그람 음성균 종류에 대한 잔존 생균율을 보였다 는5 , 7 . GB-12

E.Coli, K. pneumoniae 를 제외한 모든 균들에 대한 강한 살균력으로 보여 넓은 살균,

을 갖고 있는 것이 밝혀졌다 또한 의 살균력은 의 살균력과 비교spectacle . , GB-12 GA-12

해서 약간 뒤떨어진다.

아 소포체 형성 계면활성제. (Vesicle)

소포체를 형성하는 리포솜을 구성하는 천연 유래의 인지질의 화학구조가 제한되고 화학적, ,

물리적으로 불안정하며 리포솜의 조제법도 복잡하기 때문에 이것을 대신하는 막 형성제의, ,

개발이 요망되고 있다.

등은 생체막을 구성하는 지질 매트릭스의 기본 구조가 긴 사슬 알킬기와 친수기로 이國武

루어진 양친매성 화합물인 것에 주목하고 디알킬디메틸암모늄염의 수용액 중에서의 회합,

상태를 검토한 결과 안정한 닫힌 사슬 이분자막 소포체 가 형성되는 것을 발견하, (vesicle)

였다 그 후 사슬형의 양친매성 화합물에서도 강성 세그먼트 미부 에 알킬 사슬 길. , 1 , ( )尾部

이 분자간 상호 작용기 아미드 에스테르 결합 및 친수기의 도입 등의 기본 요소가 갖춰지, ( , )

면 소포체나 디스크상의 다양한 분자 집합체가 형성되는 것을 실증했다.

- 51 -

이것에 의해 생체막유래 지질만이 이분자막을 형성하는 것이 아니고 광범위한 유기 화합물

에서도 형성될 수 있으며 화학적으로 안정한 리포솜 막 구축을 위해 막 성분 선택, (vesicle)

을 다양화할 수 있다고 가정했다 비이온계 소포체 형성 계면활성제는 생리적인 안전성이.

높고 분자 설계에서 기인한 화학 수식이 비교적 용이하게 행해지기 때문에 주목받고 있다, .

표 분 접촉 후의 잔존 생균율< 2-3> 30

a) Viable cells were measured by a colony count methodwith nutrient agar plates.

b) Each bacterium suspension(10ml) was treated withGB-12(8×10-3 ) or GA-10(8×10㏖ -3 ) at 30 for㏖ ℃

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자 발색성 계면활성제.

발색단을 갖지 않은 계면활성제가 수용액에서 발색하는 현상을 보이는 계면활성제를 말한

다 이와 같은 현상을 보이는 계면활성제는 알케닐호박산 알킬디메틸아민옥시드 알. (ASA), ,

킬폴리 옥시에틸렌 에테르 디메틸옥타데실암모늄염화물 등이 알려지고 있다 이 발색성 계( ) , .

면활성제들은 모두 소수성이 강하고 농도 의 좁은 범위에서 발색 현상을 일으킨, 1~2 wt%

다 이 발색 현상에는 계면활성제 수용액 중에서의 고차 구조 라멜라 구조 가 관여하고 있. ( )

으며 앞으로 이 특성을 이용한 용도 전개가 기대된다, .

차 광조사에 의해 고분자화가 가능한 게면활성제.

고분자화가 가능한 계면활성제는 계면이나 표면에 규칙적으로 배열하는 특성을 이용하여 리

포솜이나 마이크로 캡슐 제조와 관련된 기술 분야에서 단분자막 이분자막 다중막 등의 초, ,

분자 집합체를 형성시키고 그 막을 안정화시킬 목적으로 주로 연구되어져 왔다 천연 인지.

질분자로 제조한 리포솜은 수명이 짧고 특히 살아있는 세포와의 상호작용에 있어서 불안정,

하기 때문에 세포 인식 모델 및 세포간의 상호작용의 모델로 사용하거나 약물을 리포솜 내,

부에 담지 시켜 약물 운반체로서 이용하는 분야에서는 안정한 리포솜에“drug delivery”

관한 연구가 활발하다.

중합 반응을 이용해 안정화막을 제조하는 방법은 먼저 중합 능력을 갖는 작용기를 계면활성

제 분자에 도입하여 단량체로서의 분자막을 형성하고 나서 막 중에서 계면활성제 분자를,

중합하는 방법이다.

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이때 중합 능력을 갖는 작용기를 계면활성제 분자에 도입하는 방법으로는 계면활성제의 소,

수성기 말단에 도입하는 방법 소수성기 중간에 도입하는 방법 친수성기에 도입하는 방법, , ,

그리고 이온성 계면활성제의 반대 이온 부분에 도입하는 방법 등이 있다 또한 최근에는. ,

하나의 소수성기에 두 개의 디엔기를 도입한 인지질을 합성한 후 반응 개시제를 달리하면

중합 위치를 선택할 수 있다는 흥미로운 연구 결과도 발표되고 있다.

카 광변성을 이용한 광 기능성 계면활성제.

기능성 발색단을 계면활성제 분자내에 도입하여 발색단의 광기능성과 계면활성제의 배열성

을 조합하는 연구가 미셀 기 액 단분자막 이분자막 다층막 금속 표면에 형성시킨, - , , ,

등의 분자 집합체를 이용하여 활발하게 진행되고 있다SAM(Self-Assembled Monolayer) .

발색단들이 계면활성제 분자 집합체 내에서 규칙적으로 배열되면 적층의 정도와 양식에 따

라 균일한 용액 상태에서는 관찰될 수 없는 새로운 광 물리적 특성을 나타내며 광 반응성

또한 현저히 달라지게 된다 그것은 인접하는 발색단들의 분자 궤도가 서로 간섭하게 되고.

또한 광 반응성기가 위치적으로 반응하기 용이한 거리에 와서 고정되는 효과가 있기 때문이

다 기능성 발색단 중에서도 특히 서로 다른 흡수 스펙트럼을 갖는 두 개의 화학종 간을 각.

기 다른 파장의 광 조사에 의해 가역적으로 상호 변환하는 물질을 광변성 화합물이라고 한

다 광변성 화합물은 빛에 의해 그 물리 화학적 특성이 제어되므로 디지털 신호를 기록할.

수가 있어 광 기억 소자 광 스위치 등으로의 이용이 기대되고 있어 초분자 화학적 관점에,

서 많이 연구되고 있다.

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뿐만 아니라 특정 매트릭스에 도입하여 광 반응을 이용하여 매트릭스의 성질 변화를 유도한

다고 하는 관점으로부터도 흥미가 모아지고 있는데 최근 이와 같은 관점에서 분자의host

분자에 대한 착물 형성 능력의 광에 의한 제어 고분자 물성의 광에 의한 제어 또는guest , ,

베시클 내부에 포획된 물질의 광에 의한 유출 제어 등에 분자 스위치로 이용하는 연구가 주

목받고 있다 이와 같은 광변성 화합물을 계면활성제의 소수성기 부분에 도입한 광 기능성.

계면활성제의 기능기로서는 아조벤젠 스피로피란 안트라센, , , Cinnamic acid, Coumarin,

등을 들 수 있다Styrylpyrazine .

타 고분자량 계면활성제.

고분자량화한 계면활성제는 많은 연구가 진행되었으며 이용 기술의 진보와 함께 연구 개발,

은 계속 진행되리라 생각된다 년대에는 폴리소프 고분자 계면활성제가 주. 1950 (Polysoap)

목을 받았고 분산제 응집제 표면 처리제로서는 폴리아크릴산 및 그 유도체가 사용되고 있, , ,

다 이것은 화장품 농약 및 의약 분야에도 응용이 예상된다 고분자량 계면활성제는 소량으. , .

로 유화력 분산력이 발현되고 표면장력을 낮추지 않고 생체에 대한 영향이 작다 또한 단, , . ,

분자로 미셀을 만들기 때문에 우수한 가용화 능력을 기대할 수 있으며 미셀이 잘 파괴되지

않는다는 등의 특징을 갖고 있다.

올리고형 계면활성제는 물의 표면장력 강하 능력이 작아서 겨우 수 정도 저하시dynes/cm

키는 것에 지나지 않는다 그러나 부타디엔 우레아 황산염 고분자 는 고. - - (BUS, Mw : 2,000)

분자 계면활성제임에도 불구하고 표면 장력 강하 능력이 크고 소량으로 계면활성 능력과,

내경수성을 갖추고 있기 때문에 주목받고 있다.

- 55 -

최근 고분자 계면활성제 중에서 친수성 블록 폴리옥시에틸렌 과 소수성 블록 프로필렌옥시, , ( ) (

드 폴리스티렌 폴리비닐피롤리돈 으로 구성된 블록 공중합체가 주목받고 있다 블록 공중, , ) .

합체형 계면활성제의 특징은 내경수성 유화 작용 가용화 작용 분산 작용에서 우수하고, , , ,

더구나 독성도 낮기 때문에 화장품 의약품 세제 플라스틱 등의 산업분야에서 널리 이용되, , ,

고 있다.

파 고순도 계면활성제.

계면활성제를 고순도화하면 부생물의 영향에 의한 기능의 저하가 없어지고 고기능화되며, ,

또한 소량으로 효과를 얻기 쉽게 된다 폴리옥시에틸렌알킬에테르를 고순도화하면 성질이.

예민하게 변화한다.

현재 많은 종류의 합성계 계면활성제가 존재한다 특히 비이온성 계면활성제인 폴리옥시에, .

딜렌알킬에테르는 유화력이나 가용화력 등이 우수하기 때문에 널리 사용되고 있다 그러나. ,

합성상의 문제 때문에 알킬 사슬 길이나 산화에틸렌 사슬 길이가 넓은 분포를 가지며(EO) ,

미반응 알코올이나 폴리에틸렌글리콜 등을 포함하기 때문에 복잡한 조성의 계면활성제라고

도 말할 수 있다 그러나 최근 합성법의 진보에 의해 분포가 상당히 좁은 폴리옥시에틸. EO

렌알킬에테르가 개발되고 있다 이 새로운 타입의 계면활성제의 특징은 다음과 같다. .

• 미반응 알코올이나 폴리에틸렌글리콜의 함유량이 적고 냄새가 양호하다, .

• 보통의 제품에 비해서 응고점이 낮다.

• 보통의 제품에 비해서 나 운점이 명료해진다, PIT .

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폴리옥시에틸렌라우릴에테르는 분포가 좁은 것은 단일 사슬 길이를 갖는 것과 유사한EO

물성을 보이며 넓은 것에 비해서 기포 력이나 기름 오염 제거력이 우수하다 이와 같, ( ) .起泡

이 분포가 좁은 계면활성제에서 최적인 것을 선택하면 소량으로 높은 기능이나 그 밖EO ,

의 유용성을 기대할 수 있다.

하 인식능을 갖는 계면활성제.

양친매성 비스크라운에테르를 폴리염화비닐수지에 가소제와 함께 혼련하여 이온 전극으로

하면 액 액 가소제 물 계면에 흡착해서 이온 센서의 기능을 나타내어 의료용 등에 실용화, - ( - )

되고 있다.

알코올에톡실레이트 말단을 금속 이온에 배위성을 가진 작용기로 개질을 하면 특정 금속 이

온에 선택적으로 배위한 형태로 미셀을 형성하기 때문에 금속 이온의 수송 또는 추출이 가

능하다 따라서 불순물로 존재하는 금속 이온을 제거하는 데 활용할 수 있다. , .

긴 사슬의 소수기를 갖는 레조르신의 환상 사량체는 특정 입체 구조를 가진 당에 대하여 수

소 결합을 매개로 하여 선택적으로 친화성을 나타내며 안정한 단분자를 형성하기 때문에, ,

이것을 사용하여 개질한 전극은 수중의 당에 대하여 전위 응답을 나타낸다 따라서 적절한. ,

분자 설계가 된다면 수중의 당에 대한 센서로 사용 가능하리라 생각된다.

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국내 공개특허 동향4.

계면활성제 관련 국내외 특허동향 분석은 특허청에서 상세하게 분석하여 작성한 년 특2001

허 맵 결과 보고서 정밀화학원재 계면활성제 및 그 응용 를 참고하기 바란다 본 보고서에( : ) .

서는 한국과학기술정보연구원에서 제작한 한국공개특허 를 이용하여 국내에 출KUPA( ) DB

원되어 공개된 계면활성제 관련 특허를 조사하였다 비이온성 건 음이온성 건 양이. 931 , 670 ,

온성 건 양쪽 이온성 건으로 나타났다 국가별 비이온성 음이온성 양이온성 및 양408 , 190 . , ,

쪽 이온성 계면활성제로 분류하여 공개특허의 현황을 소개한다 그림 은 기술분야별. < 2-8> /

국가별공개특허 현황을 나타낸 것이며 그림 는 기술분야별 국가별 공개특허의 분포, < 2-9> /

를 나타낸 것이다.

그림 기술별 국가별 공개특허 현황< 2-8> /

- 58 -

그림 기술별 국가별 공개특허 분포< 2-9> /

- 59 -

제 장 국내외 산업 동향3

계면활성제 시장은 명확한 품목분류가 어렵고 기업별 실적집계도 곤란할 뿐만 아니라 대부,

분의 산업에 보조 원료로 사용되기 때문에 정확한 수요 파악이 어려운 실정이다 본 보고서.

에서는 특허청의 년 특허 맵 분석 결과 보고서 정밀화학원재 계면활성제 및 그 응용2001 ( ; )

및 한국계면활성제ㆍ접착제공업협동조합 등에서 입수한 자료를 인용하여 계면활성제 산업동

향을 분석한다.

국내 산업동향1.

가 계면활성제 제조업체 현황.

우리나라의 계면활성제 공업은 년에 시작되어 년대 화학공업의 고도성장과 함께1965 1970

계면활성제의 수요가 급증함에 따라 그 제조기술과 용도개발에 많은 발전을 가져 왔다, . 80

년대에 비이온성 계면활성제인 알킬에톡실레이트 화합물을 생산하기 시작했으며 지속적인,

석유화학공업의 발달로 현재 부가 계면활성제 생산업체가 개사에 이를 정도로 성장하였EO 5

다 년대 들어 선진 기술의 도입과 모방에 주력함과 동시에 일부 대기업의 신규 진출로인. 90

하여 최근 들어 원료의 일부를 자체 생산하는 수준으로 발전하였다, .

- 60 -

비이온성 계면활성제 및 음이온성 계면활성제 분야는 일부 특수한 분야를 제외하면 선진 기

술수준과 거의 대등한 수준까지 이르고 있으며 양이온성 및 양쪽성 계면활성제 분야는 아,

직 선진 기술과는 떨어지고 있다.

그러나 계면활성제 공업은 장치산업이 아닌 기술집약적 산업의 특성을 가지고 있어 소규모

시설 및 소수 인원으로 생산할 수 있기 때문에 동남합성공업 한국포리올 애경정밀화학 미, , ,

원상사 니카코리아 한농화성 대영화학 대동상사 등 여개 업체를 제외하고는 소규모업, , , , 10

체