고분자 비이온 계면활성제 수용액에 의한 탄화수소 오일의 가용화 메커니즘에 관한 연구

[카리]

 연구의 목표는 물에 불용성인 물질의 용해도를 증진시키기 위한 방법으로 계면활성제 마이셀을 이용한 가용화(solubilization)를 이해하고 산업적으로 많은 사용이 검토되고 있는 고분자 비이온 계면활성제 Pluronic L64(EO13PO30EO13)에 의한 가용화 메커니즘을 규명함으로써 생활 주변의 제약, 페인트, 식품, 화장품, 생활용품, enhanced oil recovery 등의 관련 산업에서 응용될 수 있을 뿐 아니라 학술적 분야에서도 많은 응용이 가능하다.
이를 위해 우선적으로 고분자 비이온 계면활성제 Pluronic L64의 기본적인 물성 데이터를 확보하고 순수 계면활성제 수용액에 의한 탄화수소 오일의 가용화 속도를 videomicroscopy를 이용한 oil drop contacting 실험을 통해 측정하였으며 평형에서의 가용화도는 turbidimeter를 이용하여 탁도(turbidity)를 측정함으로써 결정할 수 있다. 이를 통하여 가용화 속도와 평형에서의 가용화도의 상관관계를 이해하고 가용화 메커니즘을 규명하고자 하였다. 또한 계면활성제 수용액에 보조계면활성제인 알코올을 첨가함으로써 가용화에 어떠한 영향을 미치는지 확인하고자 하였다.
Pluronic L64 계면활성제의 CMC는 약 7.56x104 mg/L (=약 7.6 wt%)이며, 그 농도 이상의 조건에서의 마이셀 크기는 계면활성제 농도가 증가함에 따라 회합하는 분자 수가 증가하여 마이셀의 크기가 증가하는 것을 알 수 있다. CMC 이상의 농도에서 탄화수소 오일의 가용화 속도는 초기 오일 drop의 크기에 상관없이 일정하게 나타났으며 계면활성제 농도가 증가함에 따라 거의 선형적으로 증가하였고 탄화수소 오일의 탄소수(ACN)가 증가함에 따라 가용화 속도는 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 Pluronic L64 계면활성제 마이셀에 의한 탄화수소 오일의 가용화는 계면활성제 수용액 상에 용해 혹은 유화된 오일이 계면활성제 마이셀과 수용액의 계면으로 확산되는 과정이 rate-determining step인 diffusion-controlled 메커니즘이 아닌, 마이셀이 오일과 수용액의 계면에 흡?탈착되는 과정이 rate-determining step인 interface-controlled 메커니즘을 따르는 것을 확인할 수 있었다. 또한 평형에서의 가용화도에 대한 결과도 가용화 속도와 마찬가지로 같은 경향을 나타내었다.
또한 계면활성제 수용액에 보조계면활성제(cosurfactant)로 알코올을 첨가한 경우의 가용화 속도는 계면활성제와 알코올의 비율(A/S)과 알코올의 탄화수소 사슬 길이 ACN이 증가함에 따라 증가하는 것을 알 수 있었다.
Spinning drop tensiometer를 이용한 계면장력은 계면활성제 농도가 증가함에 따라 감소하며 탄화수소 오일의 탄소수가 증가함에 따라 증가하는 것을 알 수 있었고, 평형에 도달하는 시간도 계면활성제 농도에 따라 증가하였으며 탄화수소 오일의 탄소수 ACN이 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었다.

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