친수기원료
소수기원료 |
PEG형 |
다 가 알 콜 형 | |||||
에틸렌글리콜 |
PEG |
그리세린 |
펜타에리 스리톨 |
솔비톨 솔비탄 등 |
설탕 |
알칸올아민 | |
고급알콜 |
폴리에틸렌글리콜에테르형 세제, 유화제 |
- |
|
|
|
|
|
알킬페놀 |
폴리에틸렌글리콜에테르형 세제, 유화제 |
- |
|
|
|
|
|
지방산 |
폴리에틸렌글리콜에스테르형 유화제, 유제 |
左同 |
(모노글리세라이드) |
다가알콜에스테르, 유제 |
다가알콜 에스테르, 유제 |
설탕에스 테르, 세제 ,유화제 |
알칸올아미 드, 세제, 포안정제 |
고급지방산아민 |
염색조제등 |
- |
|
|
|
|
|
지방산아미드 |
특수용도 |
- |
|
|
|
|
|
유지 |
유화제 특수용도 |
유화제 |
지방산모노그리세라이드,유화제,유제 |
혼합다가알콜에스테르,유제 |
|
|
특수용도 |
솔비탄의 지방산에스테르 |
TWEEN형유화제 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
*PEG : Polyethyleneglycol
비이온계면활성제도 일반의 이온성 계면활성제와 같이 수용액 중에서 일정 농도 이상으로 높아지면 micell을 형성한다. micell형성이 임계농도 즉, CMC는 계면활성제의 소수성기의 종류와 크기 및 EO의 부가몰수에 의해 달라지나. 대략 EO 30몰에서 10-3%, EO 10몰에서 10-2%농도 정도이며, 대략 회합도는 수십에서 수백 전후가 된다.
그리고 온도의 상승에 따라 CMC는 감소하며, Micell구성의 계면활성제 분자의 회합도는 증가하나, 이 경향은 이온성 계면활성제와는 반대 방향이 된다.
그림. 12 에틸렌옥사이드 부가몰수와 담점(운점)과의 관계
계면활성제가 수용액 중에서 micell을 형성하는 것은 소수성기와 친수성기가 명확히 분리된 분자구조를 갖는 계면활성제들만의 거동이며, 수용액중의 농도가 증가하면, 수용성기는 소수성끼리, 친수성기는 친수성끼리의 상호작용이 증대하며, 상호 집합하여 규칙적인 집합체를 형성하는 것 때문이라고 생각된다.
비이온계면활성제의 친수성 부분은 EO결합물이며, 소수성도 친수성도 그만큼 강한 것은 아니고, 말단 Gycol기가 강한 친수성을 가지나, 축합의 결합구조는 전혀 소수성이 아니기 때문에, 분자구조가 크게 되면 EO의 부가몰수에 의해 물에 대한 친수도가 크게 변화하는 것 같이 된다.
zigzag형의 폴리에틸렌글리콜체인을 가진 비이온계면활성제(무수상태)
Meander형의 폴리에틸렌글리콜체인을 가진 비이온계면활성제(수용액상태)
그림. 13 폴리에틸렌글리콜 분자쇄와 물분자와의 수소결합
이와 같이 하여 적당한 분산 가용화능을 가지게 한 분산균염제를 분산염료의 염욕에 병용하면, 온도의 상승에 따라 Micell이 형성되고, 이 Micell은 경우에 따라 Polyester섬유의 외표면에 흡착된다. 그리고 염욕중의 물에 분산된 분산염료분자는 차례로 혼합 Micell에 가용화 포함되어 Micell중에 분산염료 농도는 차례로 증대하여 가게 된다.
이렇게 Polyester섬유 외표면에서의 분산염료의 농도가 염욕에 용해되고 있는 단분자상 분산염료의 농도보다 현저히 높아지므로 분산염료의 Polyester 섬유에 대한 염착속도가 빠르게 된다. 그래서 미셀 내부의 가용화된 분산염료분자는 균염제분자와 함께 항상 열교란에 의한 요동과 교체가 번잡하게 이루어 지는 동적인 평형을 유지하면서, polyester의 염착과 염욕중으로 부터의 염료 취득이 진행하여 점차로 분산상태의 염료 입자는 감소하여 마침내는 염욕은 거의 용해상태의 단분자상의 염료만으로 된다. 이와 같이 하여 염욕의 승온에 의한 분산계가 파괴가 이루어 질 때 까지는 욕중의 분산염료의 대부분이 단분자화 된다면, 이상적인 균염환경 하에서 염색이 진행하게 된다.
비이온계면활성제를 분산제로 이용하는 경우, 온도의 상승에 따라 친수성이 감소하고, 거기에 따라 분산효과도 크게 영향받는다. 에멀젼과 마찬가지로, 최적의 HLB가있고, 온도를 올리면 HLB가 작게되고 그림 7-22에 표시한 것처럼 분산최적온도 이상이 되면 HLB가 너무 작게되어 분산은 아주 나빠진다. 계의 온도를 변화시키면 고체입자의 물에 대한 친화성(용해성)이 변화함과 동시에 분산제의 입자에 대한 흡착성도 변하여, 그 결과 분산안정성도 크게 영향을 받는다.
2.1.7. 비이온계 계면활성제+음이온 계면활성제 혼합조제 (이염, 가용화 촉진 Type)
운점(雲点)이 비교적 높은 비이온계 계면활성제에 음이온계 계면활성제를 배합해서 120~130℃에서도 응집이 일어나기 어렵도록 개량한 것이 비교적 넓게 사용되고 있다. 이 종류의 조제는 고온안정성은 비 ion 활성제 단독에 비해서 향상되었지만 아직 충분치 않고 염료의 응집을 일으키는 수가 있으므로 주의할 필요가 있다.
또, 사용량이 과다하면 가용화력이 너무 강하게 되어 염착저하가 현저하게 되는 수가 있으므로 사용량은 g/ℓ보다도 o.w.f.로 사용하는 것이 적당하다. 일반적으로 1~2% o.w.f.를 넘지 않도록 해야 한다.
2.1.8 비이온계 계면활성제+sulphone 화물 (범용 균염 Type)
비이온계 계면활성제를 sulphone화 해서 음이온계 계면활성제로 제조한 제품으로 비이온계 계면활성제의 장점 (가용화~이염력)을 가지면서 고온안정성을 크게 향상시킨 것이 보급되고 있다. 상당한 고온안정성을 가지고 가용화력~이염력도 적당해서 고온염색에서의 균염 Tar화 방지에 유효하게 사용되지만 반드시 만능은 아니므로 사용조건에 따라서 check가 필요하다. 사용량은 0.5g/ℓ (일반적인 고온염색)~1.0g/ℓ(Package, Beam, Cheese 염색) 정도이고 이 경우도 과다하게 사용하면 염착저하가 커지게 된다.
2.1.9 폴리아크릴산나트륨
그림. 14 폴리아크릴산나트륨의 분자구조
무기안료 등의 극성이 큰 고체입자에 대한 분산효과가 우수하다. 무기안료의 슬러리 운송 , 종이코팅 등의 안료분산제로서 이용되고 있다. 특히 카오린,탄산칼슘,수산화알루미늄,산화티탄,산화철 등의 무기안료 분산제로서 이용되고 있으며 기포성은 아주 작고 내후성도 우수하다. 그러나 극성이 작은 안료나 분산염료에 대한 분산효과는 없다.
2.1.10 올레핀-말레인산나트륨 공중합체
그림. 15 올레핀-말레인산나트륨 공중합체의 분자구조
내후성이 좋은 범용분산제이고 에멀젼 도료, 농업 등에서 이용하고 있다. 무기안료, 유기안료,분산염료 어느 것에나 효과가 있지만, 기포성이 비교적 크기 때문에 용도가 제한된다.
2.1.11 축합인산염
그림. 16 축합인산염의 분자구조
무기안료 등의 부기고체입자의 분산제로서 널리 이용되고 있다. 성능 외에 가격이 비교적 싸기 때문에 이용되는 수가 많다. 계의 온도를 올리면 가수분해 등을 받기 쉽게 되고, 시간에 따른 변화도 받기 쉽고 계의 조건변화에 대응할 수 없는 것이 큰 단점이다.
2.1.12 카르복시메틸셀룰로스
안료 등에의 분산효과, 보호작용효과 등이 있다.
그림. 17 카르복시메틸셀룰로스
2.2 비수계 분산제
2.2.1 알킬벤젠(나프탈렌)술폰산염
그림. 18 알킬벤젠(나프탈렌)술폰산염
옛날부터 잘 알려져 있는 분산제로 도료, 잉크, 윤활유 등에 이용되고 있다.
2.2.2 디옥틸술폰말레인산나트륨
그림. 19 디옥틸술폰말레인산나트륨
수계, 비수계 어느 계에서나 우수한 분산효과가 있다. 대단히 특이한 활성제이다.
2.2.3 스티렌-무수말레인산 공중합체의 부분아미드화 / 부분에스테르화물
그림. 20 스티렌-무수말레인산 공중합체의 부분아미드화 /
부분에스테르화물의 분자구조
도료,잉크 등의 분산제로서 이용되고 있다.
2.2.4 아민유도체
-지방산아미드
RCONH2
-폴리옥시에틸렌 알킬아민
-알킬아민(초산염,지방산염)
-알킬2급(3급) 아민(아미드)
-알킬이미다졸린
그림. 21 아민유도체들의 분자구조
상기 아민유도체를 이용한 반응생성물과 염 등이 도료, 잉크 등의 용제계에서의 안료분산, 색별, 대전방지 등의 목적으로 이용되고 있고, 안료의 표면개질 목적이나 아스팔트의 유화제로서도 이용되고 있다.
3. 분산제의 선택법
분산제의 역할은 고체입자를 분산매중에 적시는 것이 우선이고, 그 다음이 분산기에서의 분쇄를 돕는 일이며 그리하여 미립화 된 입자끼리가 재응집하는 것을 막는 것이다. 분산제가 실제로 사용되고 있는 것은 양적으로 보아 거의 수계이고, 비수계에서는 중요한 역할을 하는 것이 양적으로는 적다.
3.1 수계 분산제
고체입자가 무기의 극성이 큰 입자인 경우 물에 젖기 쉽기 때문에 분산제는 계면활성을 갖을 필요는 없고, 가능한 한 극성이 큰 분산제가 적합하다. 무기의 고체입자 중에서 어느 정도 젖기 어려워서 젖는데 시간이 필요한 경우 계면활성제성을 갖는 분산제가 적합하다.
유기고체입자는 습윤성이 나쁘기 때문에 계면활성이 큰 분산제를 이용할 필요가 있다. 그러나 기포력은 가능한 한 적은 것이 바람직하며 비이온성 분산제 중에서 가장 적합한 분산제를 선택하는 것이 일반적이며 이 비이온성 분산제와 demol형 분산제와 병용하여 분산효과 이외의 물성을 높이는 것이 좋다.
3.2 비수계 분산제
비수계 분산제의 선택은 기준이 없기 때문에 시행 착오법으로 선택하지 않을 수 없다. 분산매가 알콜계, 에스테르계, 방향족탄화수소계, 지방족탄화수소계로 변하면 고체입자가 같더라고 최적 분산제는 전혀 다르고, 또 같은 분산매에서도 고체입자가 다르면 최적 분산제는 전혀 달라진다