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계면활성제

기타 계면활성제 - 불소 계면활성제(fluorinated surfactant)

작성자싱크탑알앤디|작성시간12.02.01|조회수355 목록 댓글 0

 계면활성제의 탄화수소 꼬리(hydrocarbon tail)에 위치한 수소원자는 할로겐(halogen)으로 대체될 수 있는데, 그 중에서도 플루오르(F)는 테프론(TEFLON)이라는 상업적인 이름으로 잘 알려진 성분으로 높은 화학적 관성(chemical inertia)과 기계 및 열에 대한 내성(resistance), 낮은 표면에너지(surface energy)로 인해 매우 높은 소수성(hydrophobicity)을 가지며 중합 테트라플루오로에틸렌(polymerized tetrafluoroethylene, PTFE)과 유사한 속성을 갖는 불소화 소수성분(fluorinated hydrophobe)을 생성한다. 불소화 꼬리(fluorinated tail)는 실리콘 화합물(silicon compound)과 마찬가지로 탄화수소와 혼합될 수 없는 경우가 있다. 이 때문에 폴리테트라플로오리네이티드 소수성분(polytetrafluorinated hydrophobe)은 탄화수소에 대한 소유성분(lipophobe)이다.

 과불소화 계면활성제(perfluorinated surfactant)는 메탄올(methanol)에서의 테트라플롱로에틸렌(tetrafluoroethylene)의 중합반응(polymerize)으로 생성되며, 이 반응을 통해 생성되는 최종화합물이 알코올(alcohol)이다. 이렇게 생성된 알코올(alcohol)은 카르복시산(carboxylic acid)을 생성하기 위해 산화되거나 황산염(sulfate), 아민(amine), 인산염(phosphate)과 같은 또 다른 친수성기(hydrophilic group)와 합성처리된다.

 과불소화(perfluorinated acid)산은 C5(n=2)에서 좋은 계면활성제 속성을 갖는 나트륨염(sodium salt)을 생성한다. 이는 8개의 플루오르(F) 원자에 의해 증가된 이 성분의 분자량(molecule weight)이 나트륨 팔미트산염(sodium palmitte)의 분자량과 거의 같다는 사실과 완벽하게 일치한다. 과불소화 카르복시산(perfluorinated carboxylic acid)의 염(salt)은 5~9개의 탄소 원자를 가지고 있을 경우에만 계면활성제가 된다. 이러한 염들은 각각의 탄화수소 부분성분(counterpart)보다 더 많이 해리(dissociated)된 것으로 높은 염도(salinity)와 2가양이온(divalent cation)에 대한 내성을 가지고 있다. 하지만, 이 성분들은 상당히 고가이며, 열에 대한 내성(thermal resistance)이 필수적인 소화기거품(fire extinction foam)처럼 매우 특별한 경우에만 사용이 정당화된다. 

 불소화 카르복시산(perfluorinated carboxylate) 및 술폰산염(sulfonate)은 해당 성분들의 탄화수소 부분성분보다 덜 치우친 상호작용을 하는 단분자막(monolayer, 단일층)을 형성한다. 이러한 막은 물(water)과 유기용매(organic solvent) 모두에 용해되지 않는 표면으로 변할 수 있으며, 15mN/m 이하, 다시 말해 감소하는 탄화수소 계면활성제(hydrocarbon surfactant)가 도달할 수 있는 최적의 장력보다 2배나 낮은 공기와 액체용매 사이의 표면장력(superficial tension)을 형성한다.

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