음이온성 계면활성제 - 황산염(sulfate)

[싱크탑알앤디]

 알킬-황산염(alkyl sulfate)은 대표적인 음이온성 계면활성제로서 2차 세계대전 이후에 사용되기 시작하였으며, 비누(soap)를 제외한 가장 오래된 계면활성제(surfactant)이다. 이 성분은 세제(detergent) 외에도 거품제(foaming agent) 및 습윤제(wetting agent)로 사용되며, 가정 및 산업 시설에서 사용하는 여러 제품에 들어있다.

1. 알킬-황산염(alkyl-sulfate)

 이 성분의 정확한 명칭은 알킬-에스테르-황산염(alkyl-ester-sulfate)으로서 일반적으로 샴푸, 치약 및 일부 세제에서 기포제(foaming agent)로 사용되는 나트륨염(sodium salt), 암모늄염(ammonium salt), 에탄올아민염(ethanolamine salt) 등이 이에 속한다. 이 성분들은 적절한 성분에 의한 알킬-에스테르 술폰산(alkyl-ester sulfuric acid)의 중화반응으로 생성된다.

 나트륨 라우릴 황산염(sodium lauryl sulfate)은 매우 강한 친수성(hydrophilic)을 가진 계면활성제이다. 이보다 낮은 친수성을 가진 성분은 더 긴 사슬(long chain)이나 암모니아(ammonia), 에탄올아민(ethanolamine)과 같은 약한 수산화물(hydroxide)을 통해 얻을 수 있다.

2. 알킬-에테르-황산염(alkyl-ether-sulfate)

 이 성분은 알킬-황산염과 유사하지만, 황산화반응(sulfatation)이 에톡실화(ethoxylated)가 약간 이루어져 2~4의 EO기(group)를 가진 알코올(alcohol)에서 진행된다는 것이 다르다. EO기의 존재는 계면활성제가 약간의 비이온성 특성(nonionic character)을 가짐과 더불어 2가 양이온(divalent cation)에 대한 내성(tolerance)이 더 좋다는 것을 의미한다. 이 성분들은 고급비누, 목욕크림, 샴푸 등에서 칼슘염(lime soap)의 분산제(dispersant)로 사용된다.

3. 황산염 알카놀아마이드(sulfated alkanolamide)

 알카놀아마이드(alkanol amide)의 황산화(sulfating)에 의해 얻어지는 결과물은, 특히 C12~C14(코코아마이드, cocoamide)에서 상당히 유사하다. 일례로 도데실-아마이드 황산(dodecyl-amide sulfuric acid)이 모노에탄올 아민(monoethanol amine)에 의해 중화과정을 거치면, 샴푸나 거품목욕제에 사용되는 거품제를 얻을 수 있다.

 이러한 계면활성제는 거대한 친수성기(hydrophilic group)를 가지고 있으며 피부 자극이 거의 없다. 또한, 고형비누와 샴푸 등에서 칼슘염(lime soap)의 분산제(dispersant) 및 거품안정제(foam stabilizer)로 사용된다. 일반적으로 80~90%의 알킬-아마이드(alkyl-amide)가 황산화되며, 황산화되지 않고 남아있는 알킬-아마이드(alkyl-amide)가 거품제(foam booster) 역할을 할 수 있다.

4. 글리세라이드 황산염(glyceride sulfate) 및 기타 황산염

 알킬-황산염(alkyl sulfate)은 종종 지방산(fatty acid)을 얻기위한 글리세라이드(glyceride)의 가수분해반응(hydrolysis)으로 생성된다. 만약 황산(sulfuric acid)이 존재한 상태에서 글리세라이드(glyceride)의 가수분해가 진행되면 알코올(alcohol)과 황산염(sulfate)이 동시에 생성될 수 있다.

 에탄올아민(ethanol amine)에 의해 중화된 황산염 모노글리세라이드(sulfated monoglyceride)는 C18 사슬을 가지고 있는 경우에도 탁월한 기포제 특성을 보인다. 이러한 사실은 알킬-황산염(alkyl sulfate)은 C12~C14 사슬(chain)을 가진 경우, 다시 말해 코코넛 오일(coconut oil)에서 얻은 친유성기(lipophilic group)를 가진 경우에만 기포제가 되며, 알킬-황산염(alkyl sulfate)을 얻기 위해 사용되는 원료가 우지(tallow)보다 훨씬 비싸기 때문에 주목할 가치가 있다.

 캐스터오일(caster oil)에서 얻은 리시놀레산(ricinoleic acid)의 황산염(sulfate)은 터키에서 양모를 붉은 염료(red dye)로 염색시킬 때 정착제(fixer)로 사용된다. 1875년에는 황산화된 캐스터오일 화합물의 혼합액인 터키의 레드오일(red oil)을 사용하여 칼슘이온에 대해 영향이 적은 비누(soap, dua)를 제조하려는 시도가 있었다.