[콜로이드공학실험]계면활성제의 CMC 1부

실험 목적

1. 탁도법을 이용한 계면활성제의 임계 미셀 농도 측정

2. CMC와 Alkyl chain length와의 관계

3. CMC에 대한 염의 농도와의 관계

실험 이론 및 원리

1. 실험 요약

본 실험은 SLS(Sodium dodeCyl sulfate)의 용액의 농도에 따른 CMC의 흡광도를 조사하여 구하는 실험이다. 먼저 첫번째 실험에서는 SLS용액 0.08M 0.10L를 제조하여 주어진 계면활성제의 수용액의 농도표를 보고 각각 6개를 희석시켜 만들어준다. 만든 용액을 PS Cuvette(1㎝X1㎝)에 넣어 자외선 분광광도계에서 흡광도(파장 400㎚)를 측정한다. 흡광도와 투광도의 관계식을 통해 투광도를 구해보고, x축을 SLS농도, y축을 흡광도로 도시화하여 기울기가 급격하게 변하는 지점, 즉 임계미셸농도 CMC를 구해본다.

두번째 실험은 염의 농도에 따른 CMC의 흡광도를 조사하여 구하는 실험이다. NaCl 0.05M 용액 0.25L를 제조하여 NaCl 수용액상에서 계면활성제 용액을 다음 주어진 표를 보고 각각 6개를 희석시켜 만들어 준다. 만든 용액을 PS Cuvette(1㎝X1㎝)에 넣어 자외선 분광광도계에서 흡광도(파장 400㎚)를 측정한다. 농도에 따른 흡광도를 도시하여 흡광도가 급격히 변화하는 농도를 알아내고 염의 농도에 따라 CMC의 변화를 알아낼 수 있다.

 

2. 계면활성제(Surfactant): 에멀젼 특성을 가진 물질.

하나의 분자에 친수성 머리 부분과 소수성 꼬리 부분을 동시에 가지고 있는 양쪽성 분자.

종 류	특 성	종 류
양이온 계면활성제	•수용액 속에서 이온화하여 생성된 양이온 부분이 계면활성을 나타내는 계면활성제. •음이온 계면활성제와 함께 사용하면 불용성 침전물을 생성	•Cation 계면활성제, 양성비누, 역성비누라고도 함. •살균제, 소독제, 직물가공제, 분산제,린스.
음이온 계면활성제	•물속에서 이온화한 음이온 부분이 일반적으로 세정작용이 강하여 부분이 계면활성을 나타내는 계면활성제 •세척제로써 다량으로 사용되며 거품을 일게 하는 작용도 함	•비누(RCOONa:R는 친유기)는 옛날부터 사용되어온 음이온 계면활성제
비이온 계면활성제	•물에 이온화되지 않고 용해되는 계면활성제. 비이온 활성제 또는 비이온 표면활성제 •소수성 단위체와 친수성 단위체와의 블록중합 또는 그래프트 중합에 의하여 합성된 고분자 활성제	•폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌알칼페놀에테르, 분산제, 에멀젼제, 세정제, 염색조제 등 다방면에 걸친 용도
고분자 계면활성제	•천연 고분자 물질이나 또는 이들에 알킬기를 첨가하여 친유기를 높인 계면활성제들이 개발되어 이용.	•아카시아 검, 알긴산, 전분유도체, 히나론산, 키틴 등에 알킬기를 붙임. •폴리 아크릴 계통의 합성고분자에 알킬기를 첨가.

Membrane metrics, 비누, 자동차, 오일, 페인트, 의약품, 소비자 용품 등에 사용.

 

2. 미셀(Micelle)의 형성

계면활성제의 농도가 어느 정도 이상이 되면 계면활성제 분자들끼리 모여 형성되는 구형태의 구조

3. Critical MiCelle Concentration(CMC)

최초로 미셀을 형성하게 되는 농도 계면활성제의 수용액은 농도가 매우 작은 경우 분자모양으로 분산용해. 어느 농도에 도달하면 물(용매)과의 접촉을 최소화하기 위해서 수십 분자가 회합하여 미셀형성하고, 이때의 계면활성제의 농도.

CMC이상에서 미셀은 일정한 모양으로 고정된 것이 아니라 계면활성제가 항상 운동하고 있는 동적인 평형상태.

임계미셀농도에 도달하면 계면활성제의 용액 물성은 달라짐.

표면장력의 측정, 광산란법, 전기전도도

 

4. Beer-Lambert‘s law : A=εLC (ε: 몰흡광 계수, 농도에 의존)

1) Beer's law : 용액 층의 길이가 같은 경우 흡광도(A) ∝ 농도(C)

2) Lambert's law : 동일 농도인 경우 흡광도(A) ∝ 액층의 길이(b)

3) Transmittance(투과도 T) = I/I0 → 투과율(%T)= 100T%

4) log1/T = A(흡광도) → log1/T = εLC

 

5. 자외선분광광도계(UV spectrometer)

물질이 흡수하는 빛 에너지는 진동수나 파장 단위로 측정될 수 있으나, 실제로 빛의 흡수에너지, 즉 흡수파장과 흡수강도를 나타내는 흡수띠의 세기로 나타낼 수 있음. 이러한 흡수띠의 세기는 빛의 흡광도 또는 투광도로 측정되는데 이 성질은 전자 전이의 특성뿐 아니라 흡수물질의 농도와도 관계가 있다.

∴ 흡수: 자외선, 가시광선과 같은 복사선이 투명한 물질층을 통과하는 경우 특정 주파수의 복사선 세기가 선택적으로 감소되는 현상.

 

실험 기구 및 시약

1. 실험 시약

	Sodium dodecyl sulfate	Sodium decyl sulfate
Cas number	151-21-3	142-87-0
ChemiCal formula	C12H25NaO4S	C10H21NaO4S
㏖ar mass(g/㏖)	288.38	260.32
Density(g/㎤)	1.01	-
Melting point(℃)	206	-
CMC	8.3×10-3M	3.3×10-2M

[Engineering/공학실험] - [콜로이드공학실험]계면활성제의 CMC 2부