기타 계면활성제 - 중합 계면활성제(polymeric surfactant) 또는 계면활성제 중합체(surfactant polymer)

[싱크탑알앤디]

 고분자(macromolecule)는 확실한 양친매성 구조(amphiphilic structure)를 보일 수 있다. 원유(crude oil)에서 발견된 아스팔텐(asphaltene)이라는 천연 화합물은 극성기(polar group)와 비극성기(nonpolar group)를 모두 가지고있다. 하지만, 이러한 기(group)들의 위치 및 분류는 명확하지 않은 경우가 많으며, 적어도 이보다 작은 분자보다는 불명확하다. 이러한 중합체(polymer)들은 크게 두 개의 유형(type)을 보이는데, 하나는 '블록(block)' 유형이며, 다른 하나는 '그래프트(graft)' 유형으로 이는 친수성 (hydrophilic)및 친유성(lipophilic) 단량체 유닛(monomer unit)의 연결구조에 따른 것이다.

 먼저, 블록 유형의 중합체(block type polymer)들은 친수성 단량체(hydrophilic monomer unit)들이 서로 연결되어 친수성기(hydrophilic group)를 형성하고, 친유성 단량체(lipophilic monomer unit) 또한 마찬가지 방식으로 친유성기(lipophilic group)를 형성하고 있다. 그 결과 친수성부분과 친유성부분의 정렬 및 분류가 명확한 고분자 계면활성제(macromolecule surfactant)는 기존의 계면활성제 분자보다 훨씬 더 크다. 가장 많이 이용된 블록 중합체(block polymer)는 2~3개의 블록으로 이루어진, 이른바 산화에틸렌(ethylene-oxide)과 산화프로필렌(propylene-oxide)의 공중합체(copolymer)라 불리는 성분이다. 하지만, 친수성부분과 친유성부분의 분리가 명확하다 하더라도 해당 중합체의 극성분류(polarity segregation)는 그렇지 않은데, 이는 산화에틸렌 중합체(polyEO)과 산화프로필렌 중합체(polyPO) 모두 약한 극성을 갖기 때문이며, 이 경우에도 산화에틸렌 중합체가 약간의 극성을 더 보이게 된다. 이러한 계면활성제들은 많은 용도로 사용되는데, 특히 콜로이드(colloid)와 나노에멸전 분산제(nanoemulsion dispersant)로 사용되거나 습윤제(wetting agent), 세제(detergent), 심지어 원유의 수분제거(dehtdrate)를 위한 첨가제로 사용된다.

 하지만, 대부분의 중합 계면활성제(polymeric surfactant), 그 중에서도 엄격하게 따질 경우 계면활성제가 아니며 해당 성분들이 가지고 있는 계면활성제 속성 또한 필요하지 않은 고분자 전해질(polyelectrolyte)과 같은 합성제품들(systhetic product)은 그래프트 유형(graft type)에 속한다. 그래프트 유형은 친유성 단량체(lipophilic monomer unit)들이 일렬로 연결된 상태에서 친수성 단량체친수성 단량체(hydrophilic monomer unit)가 중간중간 곁가지 모양으로 하나씩 접합(link)된 구조를 갖는다. 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellous), 폴리아크릴산(polyacrylic acid)과 그 유도체(derivative)와 같은 재부착 방지제(antiredeposition), 분산제(dispersant), 점도 강화 속성(viscosity enhacing property)에 사용된 수용성(hydrosoluble) 또는 수화성(hydrodispersible) 고분자 전해질(polyelectrolyte)이 이러한 예에 속하는 성분이다.

 그래프트 유형(graft type)의 중합 계면활성제(polymeric surfactant)는 매우 다양한 종류가 존재한다. 이러한 성분을 얻는 주요 방법은 말레산(maleic acid)과 스티렌(styrene)의 공중합체(copolymer)처럼 친수성기(hydrophilic group)에 부착될 수 있는 기능기(functional group)를 가진 친유성 중합체(lipophilic polymer)를 생성하는 것이다. 무수물기(anhydrid group)는 친수성기를 생성하기 위해 물(water), 특정 알코올(alcohol), 아민(amine), 산(acid) 등과 쉽게 반응한다.

 폴리카보네이트(polycarbonate)는 알킬페놀(alkyl phenol), 살리사일릭산(salycylic acid), 포름알데하이드(formaldehyde)의 중축합반응(polycondensation)으로 생성된다. 이러한 종류의 중합체들은 방향성고리(aromatic ring)에서 술폰화(sulfonate)되거나 수산화기(OH group)에서 황산화(sulfated)될 수 있다. 술폰화(sulfonation) 및 황산화(sulfatation)의 반응 정도(degree)가 최종 화합물의 친수성(hydrophilichty)을 결정한다. 폴리스티렌 술폰산염(sulfonated polystyrene)이 이 경우에 속한다. 알킬페놀-포르몰 수지(alkylphenol-formol resin)는 산화폴리에틸렌기(polyethylene oxide group)나 황산염기(sulfate group) 또는 에테르황산염기(ether sulfate group)를 덧붙여 친수성을 가질 수 있다. 이러한 성분이 현재 수원(well head)에서 유즁수형 유제(water-in-oil emulsion)를 해리할 목적으로 사용되는 원유의 탈수용 첨가제(dehydration additive)이다. 폴리비닐 피리딘(polyvinyl pyridine)이나 폴리비닐 피롤리돈(polyvinyl pyrolidone)과 같은 양이온성 기질(cationic characteristic)을 통해 이와 유사한 성분들을 제조할 수 있다.