계면활성제의 원리
주방세제의 주된 성분은 계면활성제입니다. 계면활성제는 표면 장력을 약하게 하고 물과 기름을 섞어주는 등의 독특한 활동을 통해 식기 표면의 오염물을 제거합니다.
그럼 조금 더 자세하게 알아볼까요?
1. 계면활성제의 구조
머리는 친수성, 꼬리는 친유성
계면활성제의 계면은 '경계면'을 뜻합니다. 즉, 계면활성제라는 것은 서로 다른 경계면에 흡착하여 그 경계를 활성화하는 성분입니다.
이를 이해하기 위해서는 계면활성제의 구조를 알아야 합니다.
계면활성제는 큰 머리와 긴 꼬리로 되어 있는데, 머리는 물과 친한 친수성, 꼬리는 기름과 친한 친유성을 띄는 독특한 성질을 가지고 있습니다.
그래서 보통 물에만 섞이거나, 기름에만 섞이는 다른 성분과 달리, 물과 기름을 가리지 않고 흡착할 수 있는 특성이 있습니다.
2. 계면활성제의 작용 - 표면장력 저하
- 머리는 물로, 꼬리는 공기를 향함
친수성과 친유성(소수기)을 동시에 가지는 독특함 때문에 계면활성제는 물에 들어가면 머리는 물 쪽으로, 꼬리는 공기를 향한 채 물 표면에 죽 늘어섭니다.
그렇게 표면을 덮어 물끼리 서로 당기려는 표면 장력을 저하시키게 되는데요. 이는 계면활성제의 가장 중요한 작용입니다.
표면장력이 약해지면 물 분자끼리의 거리가 멀어지고, 넓게 퍼져 씻겨지기 좋은 상태가 되기 때문입니다.
그래서 그냥 물방울은 동그란 모양을 유지하지만, 계면활성제가 주된 세제물방울은 모양을 유지하지 못합니다.
이는 간단한 실험으로 확인해 볼 수도 있습니다. 물에 후추가루를 뿌린 뒤, 세제를 살짝 묻힌 손가락을 담그면 순식간에 후추가 가장자리로 퍼지는 모습을 볼 수 있습니다.
3. 계면활성제의 작용 - 유화
- 기름을 만나면 꼬리는 기름으로, 머리는 물로 흡착
면장력을 감소시키는 것과 더불어 물과 기름을 섞이게 해주는 유화는 기름기를 제거하는데 핵심적인 작용입니다.
계면활성제가 물 속에서 기름을 만나면 친유성을 띠는 꼬리는 기름으로 흡착하고, 친수성인 머리는 물을 향합니다.
- 미셀의 형성
이 때 계면활성제가 많아지면 즉, 계면활성제의 농도가 높아지면 기름 주위를 계면활성제가 꼬리를 흡착한 채 동그랗게 감싸게 됩니다.
이렇게 계면활성제가 만드는 동그란 모양을 '미셀(Micelle)'이라고 합니다.
- 물로 떠오름
계면활성제로 감싸진 미셀의 바깥쪽 부분은 친수성을 띱니다. 그래서 미셀은 기름을 감싼채 물 속으로 떠 오르게 됩니다.
이렇게 기름기가 물 속에 섞이게 되며, 이것이 식기 표면의 기름기가 제거되는 원리이기도 합니다.
4. 계면활성제의 작용 - 거품
만약 계면활성제가 기름 대신 공기를 품은 채 동그란 모양을 만들었다면, 그것이 거품입니다.
즉, 우리가 세제를 섞고 비빌 때 거품이 생기는 이유는 계면활성제가 물과 함께 공기를 만나 생기는 현상입니다.
여기서 주방세제 거품에 대한 오해를 하나 풀 수 있는데, 거품은 계면활성제로 일어나는 현상 중 하나일 뿐, 기름기를 제거하는데 직접적인 영향을 주지는 않습니다.
단지 거품이 많이 나면 잘 닦이는 것 같은 느낌이 들기 때문에, 주방세제에는 풍부한 거품 형성을 위한 발포 성분을 추가로 넣기도 합니다.
이는 식기세척기 세제나 세탁 세제를 떠올리면 쉽게 이해할 수 있습니다.
식기세척기나 세탁기는 거품이 많이 나면 넘치거나, 거품이 제대로 제거가 되지 않는 등, 세척에 문제가 생길 수 있기 때문에 거품 형성을 억제하는 소포제가 첨가됩니다. 하지만 세척력은 매우 강합니다.
다시 말해, 거품은 세척력과는 상관이 없습니다.
5. 그 외 작용
가용화/분산/박피
- 가용화
가용화는 물에 섞이지 않는 성분을 물과 섞어주는 작용입니다. 유화와 비슷한 작용인데, 차이점이 있다면 아주 미세하게 섞여 '투명하게' 물과 용해되어 있다는 점입니다. 안정하게 섞여 있는 상태이기 때문에 오랜 시간이 지나도 분리되지 않아 화장품 등을 제조할 때 많이 쓰입니다.
- 분산
특정한 성분을 물과 혼합할 때 고르게 섞기 위해서 계면활성제를 이용하기도 합니다. 미세한 미셀들이 형성되면 물에 고르게 퍼지게 되는데, 이를 분산 분산이라 합니다. 화장품 뿐 아니라 의약품, 잉크 등 여러 분야에서 중요하게 쓰이는 작용입니다.
정리
계면활성제는 친수성과 친유성을 동시에 가지는 독특한 성질로 인해, 물의 표면장력을 저하시키고, 기름을 물과 섞는 유화 등의 작용을 통해 오염물을 제거합니다.
비단 세제 뿐 아니라, 가용화나 분산과 같은 효과를 위해 화장품이나 의약품, 잉크 등 산업 전반에 널리 사용됩니다.
- 그런데, 이런 성질 때문에 피부에 자극이 일어납니다.
계면활성제는 오염물 제거 뿐 아니라 피부층에도 자극을 주어 손상을 일으키는데요. 그래서 피부가 예민하다면 꼭 장갑을 끼거나, 자극이 상대적으로 덜한 세제를 사용하는 것이 좋습니다.
그런데, 자극이 덜한 주방세제는 어떻게 골라야 할까요?
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