합성세제란

[중부김창원]

 合成洗劑 synthetic detergent 비누 이외의 인공적으로 합성된 세정제. 대부분 중성이므로 중성세제라고도 하다. 세제란 주로 섬유 등의 고체 표면에 부착된 이물질과 더러움을 제거하기 위해 쓰이는 약제로, 특히 습윤·침투·유화(乳化)·분산·가용화(可溶化) 등 계면활성(界面活性) 복합작용으로 세정작용을 하는 것이다. 세제로는 예로부터 지방산 비누가 주요한 역할을 해왔는데 석유화학 등의 공업원료를 사용하여 합성된 합성세제도 같은 기능을 가진 물질이다. 합성세제는 계면활성기능을 이용한 계면활성제의 한 무리[群]이다. 계면활성제는 유화·소포(消泡)·발포(發泡)·표면장력 저하 등의 특성을 활발하게 하여 특별히 세정력을 필요로 하지 않는 분야에도 다양하게 이용되고 있으며, 합성세제와 비슷한 용도로 쓰이므로 혼동되기 쉬운 화학약품으로서 표백제나 식기세척제 및 변기 청정제(淸淨劑) 등이 있다. 이들은 약간의 합성세제를 배합하고 있으나, 주요 기능은 과염소산염처럼 표백제 등을 이용한 화학반응으로 청정작용을 하는 것이다. 합성세제로 총칭되지만, 엄밀하게는 세제와 구별된다. 합성세제는 고체 표면의 성질·오염의 종류·사용방법에 따라 의료용·부엌용·주거용·모발용·공업용 등으로 분류된다. 또한 세제의 성질에 따라 라이트듀티세제와 헤비듀티세제로 나뉜다. 〔라이트듀티세제(light duty detergent)〕 중성세제라고도 하며, 견직물·모직물·나일론 등 의류세탁용세제, 식기류·야채·과실의 세정용인 부엌용 세제, 샴푸 등 모발용 세제가 있다. 또 자동차나 가구류 등의 세제로서도 널리 이용된다. ① 부엌용 세제:야채·과실의 겉모양·맛·냄새를 손상시키지 않고 잔류성이 적으며 손의 거칠어짐이 적은 안정성을 고려한 것이어야 한다. 그러므로 세제 성분으로 직쇄(直鎖)알킬벤젠술폰산나트륨(약칭 CAS)·알킬황산에스테르나트륨(AS)·알킬에테르황산에스테르나트륨(AES)·α-올레핀술폰산나트륨(AOS)·알킬술폰산나트륨(SAS) 등의 음이온계면활성제와 폴리오킨에틸렌알킬페놀에테르(APE, POEP)·지방산 알칸올아미드(DA) 등의 비이온계면활성제, 그 밖에는 양성(兩性) 계면활성제 등이 사용된다. 오늘날 부엌용 세제의 주류는 알킬 사슬고리가 평균 C인 LAS·AES로, AES의 산화에틸렌첨가수가 2∼3인 것이다. 상품으로서는 이들 계면활성제를 혼합하여 세정력을 늪이고, 농후액(濃厚液)의 안정화를 위해 에탄올·요소·톨루엔술폰산염 등의 용해보조제(hydrotrope)를 첨가하며, 증점제(增粘劑)·유탁제(乳濁劑)·향료·착색제·손의 거칠어짐 방지제 등을 포함시키고 있다. 또 자동식기세척기용에는 빌더(계면활성제의 세정성능을 향상시키는 것)와 살균표백제를 추가로 첨가한다. ② 샴푸용 세제:세정력의 강화를 위해 주로 음이온계 계면활성제를 사용한다. 특히 AS·도데실술폰산 나트륨(SDS)이 거품을 일으키고 결을 좋게 하므로 많이 쓰인다. 또 나트륨염을 트리에탄올아민염으로 하든가 산화 에틸렌을 첨가하여 AES로 하는 등 개량하고 있다. ③ 의류용 중성세제:양모·비단 등의 섬유 올을 상하지 않게 하고 수축을 방지한다. 계면활성제성분은 부엌용과 마찬가지로 LAS·AS·AES같은 음이온계면활성제, 비이온계면활성제, APE, 양성계면활성제가 쓰이며 특히 AS가 많이 쓰인다. 〔헤비듀티세제(heavy duty detergent)〕 목면·레이온·비닐론·테트론 등 일반의류 세탁에 사용되는 것으로, 세정력을 향상시키기 위하여 약알칼리성으로 제조되고 있다. 계면활성제 성분으로는 LAS·AOS·AS·AES·SAS 등 음이온계면활성제가 쓰이며, 상품으로서는 빌더·재오염방지제·제포제(制泡劑)·표백제·형광증백제·케이싱방지제·효소·향미제 등을 첨가한다. 빌더로는 트리폴리인산(STPP) 등의 축합인산염·제올라이트 등을 주로 쓰고, 알칼리빌더로서는 케이산나트륨·탄산나트륨·유기킬레이트제 등이 쓰인다. 빌더는 세정 중에 알칼리 완충작용을 하며, 더러움에 의한 용액의 산성화·알칼리성화를 방지하고, 칼슘·마그네슘 같은 경수(硬水)성분의 악영향을 방지하며, 더러움의 분산을 돕는다. 예전에는 STPP를 30％쯤 배합한 예도 있으나, 세제사용량의 증가와 더불어 배수환경에의 영향이 문제되어 인산을 낮추려는 노력으로 주로 제올라이트를 미분화(微粉化)한 세제용 빌더가 쓰이게 되었다. 헤비듀티세제는 형태적으로 가루세제와 액체세제로 나뉜다. 가루세제는 특히 세탁기용으로 알맞아 계면활성제·빌더·성능향상제 등으로 이루어진 슬러리를 분무 건조하여 프리프로성·용해성 등을 더한 것이다. 액체세제는 일반적으로 빌더배합량을 적게 하고 음이온계면활성제에 비이온계면활성제를 배합하여 세정력을 높인 것이다. 특히 저온에서의 고화(固化)·겔화를 방지하기 위하여 용해보조제를 배합한다. 〔합성세제의 생산〕 비누는 뛰어난 세척제이지만 센물에서 잘 녹지 않고 묽은 수용액 속에서 산성비누가 되어 헹구기 곤란하다는 등의 단점이 있었다. 합성세제는 제1차세계대전중 독일에서 식용유지의 부족으로 비누를 제조할 수 없게 되자, 부틸나프탈렌을 술폰화하여 만든 것이 그 시초이다. 그 뒤 1928년 독일 베메사(社)에 의해 고급 알코올 황산염 제조가 공업화되고, 33년 미국의 프록터 앤드 갬블사가 ＜드레프트＞라는 가정용 합성세제를 처음으로 시판하였다. 또 38년에는 하드형 알킬벤젠술폰산염(ABS)이 개발되었다. 제2차세계대전중 유렵 여러 나라에서 야자유가 부족하여 합성세제의 수요가 증가하였으며, 전쟁이 끝난 뒤 풍부한 석유자원을 이용한 ABS의 대량생산으로 합성세제는 가정용 세제의 주류를 이루었다. 분기 ABS는 원료의 공급이 원활하고 세정력이 강하여 제2차세계대전 후 합성세제의 주류를 이루었으나 미생물에 의해 분해되기 쉬운 성질(생분해성)이 적고 배수중에 잔류되어서 오염의 원인이 되므로 생분해성이 높은 직쇄 알킬벤젠술폰산염 LAS가 등장하였다. 생분해성이 있는 세제를 소프트 세제, 없는 것을 하드 세제라고 한다. 한편 알킬폴리옥시에틸렌에테르(APE)는 30년에, 황산알킬폴리옥시에틸렌염(AES)은 38년에 개발되어 가정용·공업용 세제로서 쓰이게 되었다. 그 밖에 비교적 잘 쓰이는 2급 알칸술폰산염(SAS)은 30년에, α-올레핀술폰산염(AOS)은 67년에 각각 개발되었다. 그리고 의료용 등의 특수 용도로 양이온계면활성제 등도 쓰이고 있지만, 그 양이 매우 적다. 〔환경 오염〕 1950년대 끝무렵부터 합성세제 소비량이 증가하여 오늘날에는 거의 모든 세탁·세정에 쓰이고 있다. 그러나 합성세제는 환경오염 및 건강상 문제가 있는 것으로 지적되고 있다. 세탁용 합성세제는 더러움을 없애는 성분인 LAS와 고급 알코올계 등 계면활성제를 함유하는데, 종래의 것은 그 밖에 조제(助劑)로서 트리폴리인산염이 첨가된 것이 많았다. 트리폴리인산염은 식물성 플랑크톤의 영양원이 되는 인을 함유하고 있으므로 바다나 호수로 들어가면 부영양화를 일으켜 식물성 플랑크톤이 늘어나 수질오염을 일으키는 원인의 하나가 되었다. 수질 개선대책의 하나로 합성세제 규제가 고려된 것은 이 때문이다. 인의 처리 발생원 대책으로서 합성세제 사용 규제가 경비·효율면에서 효과적이다. 최근에는 트리폴리인산염이 제올라이트가 첨가된 무인합성세제로 대체되고 있으나, 합성세제의 주성분인 LAS·고급 알코올 등의 계면활성제도 환경오염에 관여한다. 예전의 하드형 ABS보다 분해성이 좋아지기는 하였으나 천연 유지로 만들어진 비누에 비해 생분해성이 낮은 것이 많으며, 강물 등의 발포(發泡)문제도 완전히 해결되지 못하고 있다. 합성세제는 미생물·동물 플랑크톤·실지렁이·수생곤충 등 수생 생물에 대한 치사(致死) 작용이 강하다. 물고기 경우 아가미 조직을 파괴하여 질식사시키고 전복·성게·어류·양서류(兩棲類) 등의 수정란의 발생저해·성장저해·기형률증대 등을 유발한다. 또한 합성세제는 하수처리장에서의 하수처리 효율을 감소시킨다. 한편 비누는 세탁방법에 관한 연구만 이루어지면 세정력이 합성세제에 뒤떨어지지 않고 건강·환경에도 문제가 적으므로 합성세제를 비누로 대체하려는 소비자운동이 일어나고 있다.