우리의 일상에서 청결을 위해서는 계면활성제를 빼고는 생활하기 힘들 성분입니다. 계면 활성제는 우리가 일상에서 매일 접하고 있습니다. 아침에 일어나서 세수하고 머리감고 양치질을하면서 천연 또는 화학 계면활성제 성분으로 만든 물질들을 이용하여 씻고 있습니다. 출근해서 일하다가 혹은 외출했다가 들어와서 손을 씻을때도 사용합니다. 코로나 처럼 과거에도 바이러스로 전염되는 질병들을 예방하기 위해 "손을 잘 씻자" 라는 문구를 많이 보셨을 겁니다. 코로나 바이러스도 기관지를 통해 감염된다고 알려져 있지만 통상 손에서 눈, 입, 코 등으로 바이러스가 이동해 가며 감염을 시킨다고 볼 수 있습니다. 이 바이러스 또한 우리의 몸에서 제거 내지는 분리시켜주는 역할까지 하는 매우 중요하고 생활에 소중한 요소라고 볼 수 있습니다.
그럼 계면활성제는 어떻게 이루어 져 있는지 알아 보겠습니다.
우선 계면활성제의 사전적 의미부터 보면 界面(지경 계, 낯 면) : 물질은 기체상·액체상·고체상 등 3상이 있는데, 이들 중 2개의 상 사이에 생기는 경계면을 계면이라고 합니다. 영어로는 표면 surface + 활성 active + 물질 substance = surfactant로 표한하고 있습니다.
서로다른 상이 만나는 경계를 활성화 시켜주는 것인데 그림으로 자세히 보겠습니다
계면활성제 분자구조
계면활성제는 이렇게 하나의 돌기에 소수성(친유성기)과 친수성을 가진 모양으로 형성되어 있습니다. 쉽게 말해 한쪽은 기름과 친하고 한쪽은 물로 친한 구조를 가지고 있습니다. 이 형태가 기름때를 지워주는 핵심입니다.
계면활성제의 종류로는 음이온계, 양이온계, 양쪽성, 이온성 계면활성제가 있습니다.계면활성제의 세정력의 순서로 보면 음이온계 > 양이온계 > 양쪽성 > 비이온성으로 보시면 됩니다. 통상 우리가 청소할때 많이 사용하는 것은 음이온성 계면활성제 이며, 양이온성은 헤어린스계열, 양쪽성은 저자극샴푸,베이비세정제 계열, 비이온성은 화장품류에 주로 사용된다고 보시면됩니다.
그러면 어떻게 우리가 세척, 세정이라는 효과를 가져다 주는 지 보겠습니.
표면에 기름기를 계면활성제가 마이셀로 만드는 과정
기름때를 제거하는 원리 기름이 물과 섞이지 않는 이유는 극성 분자인 기름은 극성 부분이 없어서 물의 수소 결합을 끊고 섞일수가 없는데요. 이 두가지 물질이 화학반응으로 만나게 해줄수 있는지 보겠습니다.
물에 씻겨 나간
계면활성제의 소수성(친유성기)은 기름때를 좋아하고, 친수성은 물을 좋아합니다. 계면활성제의 소수성 부분이 기름때를 둘러싸면서 마이셀(미셸)micelle을 형성하며, 마이셀의 바깥은 계면활성제의 친수성 부분이므로 물을 따라 떨어져 나갑니다.
아래의 그림에서 초코송이 처럼 생긴 모양이 위의 계면활성제 분자구조 이고요, 노란색 부분은 기름이라고 보시면 검은색 면티셔츠에 묻은 기름을 우리가 계면활성제를 통해 적당한 농도와 온도가 더해 임계점에 도달하게 해주면 기름이 계면활성제에 붙어 마이셀로 만들어 지면서 물과 함께 떨어져 나간다. 왜냐고요? 기름은 계면활성제의 ㅣ자부분인 소수성(친유성기)와 붙고 O부분인 친수성은 물과 만나 분리가 되는것이죠.
섬유표면의 기름기를 계면활성제가 마이셀로 변해 떨어져 나가는 모습
계면활성제는 분리하고자 하는 오염물질은 묻은 물체와 단순히 만난다고 해서 반응을 일으키지는 않습니다. 일단 마이셀이 되려면 일정 마이셀 농도가 되어야 하고요, 임계 마이셀 온도가 되어야 합니다. 계면활성제가 들어 있는 세정제를 적당량을 풀어서 뜨거운물에 빨래는 담궈두었다 빨면 빨래가 더 잘 되는 이유라고 보면 됩니다. 샴푸나 화학비누는 임계 온도가 낮기 때문에 찬물에서도 거품이 잘 나는데요 반면 천연삼퓨는 찬물에서 거품이 잘 나지 않는 이유가 임계온도가 닿지 않았기 때문이라고 보시면 됩니다.
최초의 상업적으로 판매된 합성 계면활성제는 P&G가 1933년에 출시한 세탁세제 Dreft 입니다. 매우매우 훌륭한 회사 프록터앤 갬블입니다. 필수소비재의 대표 회사이죠.
이처럼 계면활성제는 치약, 비누, 샴푸, 세제, 린스, 각종 세정제, 농약에 이르기까지 등 아주 다양한 부분에 사용되고 있습니다. 일부에서는 인체에 축적됐을 경우 체내 유전자 변형을 일으킬 수 있고, 이게 반복되다 보면 암이나 만성적인 질병으로 이어질 수 있다는 연구 내용도 있어 과거 논란이 되기도 했었습니다. 일부 계면활성제 성분은 피부자극 등을 일으킬 수 있으나 손세정제와 샴푸 등은 즉시 물로 씻어내는 사용방법을 고려할 때 안전성에 우려가 없다는 게 식약청의 설명입니다.
또한 계면활성제는 자체가 위험한 요인은 아니라고 하는 부분도 있습니다. 태아의 출생이후 폐포의 팽창을 도와 출생 후 호흡이 가능하도록하는 물질이며 수정 후 28주쯤부터 폐포 세포에서 생산되는 중요한 물질 중 하나이기에 계면활성제가 어떤 구조와 성분을 포함하여 화학적 변경을 일으켰느냐에 따라 달라 질 수 있는 것 같습니다. 사용시 설명서를 잘 보시고 용도에 따라 잘 사용하시기 바랍니다.
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<저작권자(c) 홈뉴스, 무단 전재-재배포 금지> 2023/08/08 13:52 송고
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