양쪽성 계면활성제는 분자 내에 음이온성 친수성기와 양이온성 친수성기를 모두 포함하는 계면활성제입니다. 가장 중요한 특징은 양성자를 주고받을 수 있다는 점입니다. 사용 시 다음과 같은 특성을 나타냅니다. 양쪽성 계면활성제는 일반적으로 세척, 분산, 유화, 살균, 섬유 연화, 정전기 방지 효과가 우수하며, 직물 마감 보조제, 염색 보조제, 칼슘 비누 분산제, 드라이클리닝 계면활성제, 금속 부식 억제제 등으로 사용됩니다. 직물에 탁월한 부드러움, 매끄러움, 정전기 방지 효과를 제공하며, 특정 살균 및 항진균 효과와 우수한 유화 및 분산 특성을 가지고 있습니다. 그러나 양쪽성 계면활성제는 상대적으로 가격이 비싸고 실제 적용 범위가 다른 유형의 계면활성제에 비해 제한적입니다. 양쪽성 계면활성제는 순한 계면활성제입니다. 단일 음이온성 또는 단일 양이온성 계면활성제와 달리, 양쪽성 계면활성제 분자는 분자의 한쪽 끝에 산성기와 염기성기를 모두 가지고 있습니다. 산성기는 주로 카르복실기, 술폰산기 또는 인산기이며, 염기성기는 아미노기 또는 4차 암모늄기입니다. 이들은 음이온성 및 비이온성 계면활성제와 혼합될 수 있으며 산, 알칼리, 염 및 알칼리 토금속 염에 대한 내성이 있습니다.
현재 일반적으로 사용되는 합성 양쪽성 계면활성제는 대부분 음이온기로 카르복실레이트기를 가지며, 일부는 설폰산염기를 가집니다. 양이온기는 주로 아민염 또는 4차 암모늄염입니다. 양이온기로 아민염을 가지는 계면활성제는 아미노산형이라고 하고, 4차 암모늄염을 가지는 계면활성제는 베타인형이라고 합니다.
- 아미노산 유형
아미노산계 양쪽성 계면활성제의 수용액은 알칼리성이다. 염산을 천천히 첨가하면서 교반하면 용액이 중성이 될 때까지 변화가 없다. 용액이 약산성이 되면 침전물이 형성된다. 염산을 더 첨가하여 용액을 강산성으로 만들면 침전물은 다시 용해된다. 이는 이 계면활성제가 알칼리성 환경에서는 음이온성 계면활성제로, 산성 환경에서는 양이온성 계면활성제로 작용함을 나타낸다. 그러나 등전점에서 양이온성과 음이온성이 정확히 균형을 이루면 친수성이 감소하여 침전물이 형성된다. 분자 내 음이온은 카르복실기이고 양이온은 암모늄염이다. 이러한 유형의 계면활성제는 용액의 pH 변화에 따라 다양한 표면활성을 나타낸다. 예를 들어, 도데실아미노프로피온산(C12H25N+H2CH2CH2COO-)은 수산화나트륨 용액에서 수용성 음이온 계면활성제인 도데실아미노프로피온산나트륨(C12H25NHCH2CH2COO-Na+)으로 전환될 수 있습니다. 염산 용액에서는 수용성 양이온 계면활성제인 도데실아미노프로피온산 염산염[(C12H25N+H2CH2CH2COOH)Cl-]으로 전환됩니다. 용액의 pH를 양전하와 음전하가 정확히 균형을 이루도록 조절하면, 물에 잘 녹지 않고 침전되는 내부염(C12H25N+H2CH2CH2COO-)으로 전환됩니다. 이때의 pH를 등전점이라고 합니다. 아미노산계 양쪽성 계면활성제의 효과를 최대한 발휘하려면 등전점에서 벗어난 pH의 수용액에서 사용해야 합니다. 아미노산계 양쪽성 계면활성제 제조에 사용되는 일반적인 원료로는 고분자 지방족 1차 아민, 메틸 아크릴레이트(아크릴레이트 에스테르 참조), 아크릴로니트릴 및 클로로아세트산이 있습니다.
- B에테인 유형
베타인계 양쪽성 계면활성제는 산성, 중성, 알칼리성 등 모든 수용액에 용해된다는 가장 큰 특징을 가지고 있습니다. 또한 등전점에서도 침전되지 않습니다. 뿐만 아니라 투과성, 세정력, 정전기 방지 성능 등도 우수하여 유화제 및 연화제로 널리 사용됩니다.
카르복시베타인
분자 내 음이온은 카르복실기이고, 양이온은 4차 암모늄기입니다. 예를 들어, 알킬 디메틸 베타인[RN+(CH3)2CH2COO-]에서 알킬기 R은 탄소 원자가 12개에서 18개입니다. 아미노산계 계면활성제와 비교하여 베타인계 계면활성제는 산성, 중성, 알칼리성 환경 모두에서 물에 용해되며, 등전점에서도 침전되지 않으므로 모든 pH의 수용액에서 사용할 수 있습니다. 산성 환경, 즉 등전점보다 pH가 낮을 때는 수용성 양이온 계면활성제[[RN+(CH3)2CH2COOH]Cl-]처럼 작용하고, 중성 또는 알칼리성 환경, 즉 pH가 등전점 이상일 때는 수용성 양쪽성 계면활성제처럼 작용하며 음이온 계면활성제처럼 작용하지 않습니다. 양쪽성 계면활성제는 산성 환경에서만 음이온 계면활성제와 침전물을 형성하는 경향이 있습니다. 베타인형 양쪽성 계면활성제는 다양한 pH 값의 매체에서 모든 종류의 계면활성제와 함께 사용할 수 있습니다. 베타인형 양쪽성 계면활성제 제조에 사용되는 일반적인 원료로는 알킬 디메틸 3차 아민, 클로로아세트산나트륨 등이 있습니다.
설포베타인
분자 내 음이온기는 설포기(SO₃⁻)이고, 양이온기는 4차 암모늄기입니다. 일반적으로 사용되는 설포베타인은 알킬디메틸설포네틸베타인[RN⁺(CH₃)₂CH₂CH₂SO₃⁻]과 알킬디메틸설포프로필베타인[RN⁺(CH₃)₂CH₂CH₂CH₂SO₃⁻]입니다. 화학식에서 알킬기 R의 탄소 원자 수는 12개에서 18개까지입니다. 설포베타인은 다양한 특성을 지니고 있으며, 일반 베타인의 모든 장점을 가질 뿐만 아니라 고농도의 산, 알칼리, 염에 대한 내성 등의 독특한 장점도 있습니다. 현재는 제조 과정에서 인체에 유해한 물질을 생성하는 설포프로필베타인을 대체하여 하이드록시설포프로필베타인[RN⁺(CH₃)₂CH₂CH(OH)CH₂SO₃⁻]이 사용되고 있습니다. 구조 내에 음이온 및 양이온 그룹과 하이드록실 그룹을 모두 가지고 있기 때문에, 이들은 양쪽성 계면활성제의 모든 장점을 가질 뿐만 아니라 고농도의 산, 알칼리 및 염에 대한 내성, 우수한 유화성, 분산성 및 정전기 방지 특성, 살균성, 항진균성 및 점탄성 특성까지 나타냅니다. 이러한 탁월한 종합적 성능을 지닌 계면활성제로, 생활용품, 유전의 석유 회수, 수압 파쇄 및 산처리 등 다양한 분야에 널리 응용되고 있습니다.
인지질 베타인
분자 내 음이온기는 인산기(HPO4-)이고, 양이온기는 4차 암모늄기입니다. 예를 들어, 알킬 디메틸 히드록시프로필 포스페이트 베타인[RN+(CH3)2CH2CH(OH)CH2HPO4-]에서 알킬기 R은 12~18개의 탄소 원자를 가지고 있습니다. 이러한 구조 덕분에 이 물질은 습윤성, 세정력, 용해성, 유화성 및 분산성, 정전기 방지성, 열 안정성과 같은 양쪽성 계면활성제의 우수한 특성뿐만 아니라, 우수한 상용성, 낮은 자극성, 그리고 일반적인 음이온 계면활성제에 비해 우수한 알칼리 저항성, 전해질 저항성, 정전기 방지성 등의 장점을 가지며, 또한 칼슘 비누 분산성, 낮은 표면 장력, 우수한 발포 성능을 나타냅니다.
게시 시간: 2026년 2월 4일