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Interface and solution properties of alkyl ethoxylate with distributed oxyethylene chain = 에틸렌 옥사이드 부가 분포가 다른 알킬 에톡실레이트의 계면 및 수용액 물성에 관한 연구
서명 / 저자 Interface and solution properties of alkyl ethoxylate with distributed oxyethylene chain = 에틸렌 옥사이드 부가 분포가 다른 알킬 에톡실레이트의 계면 및 수용액 물성에 관한 연구 / Hui-Chan Kim.
저자명 Kim, Hui-Chan ; 김휘찬
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2011].
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초록정보

The three type of dodecyl 9 ethoxylate(LAE-9) with different oxyethylene distribution (NRE, BRE, XBRE) are investigated about surface properties and mixed micelle properties between sodium dodecyl ben-zene sulfonate in this study. The three type of tridecyl 10 ethoxylate(TDE-10), three type of dodecyl 7 ethox-ylate(LAE-7), and three type of nonyl phenol 10 ethoxylate(NPE-10) are investigated about prediction of cloud point. The hydrotalcity type catalyst was used to produce narrow range ethoxylate (NRE). The BRE was produced by traditional alkali catalyst and XBRE was produced mixture of normal distribution ethoxylate used traditional alkali catalyst. Polydispersity index (PDI) is defined as the weight-averaged molecular weight of polyoxyethylene divided by the number-average molecular weight. The solution and interfacial properties of ethoxylated nonionic surfactant with different polydispersity are studied over equilibrium surface tension and dynamic surface tension. The polyoxyethylene distribution affects the surface properties such as CMC, equilibrium surface tension, dynamic surface tension and head group area. Three different series(such as NRE-9, BRE-9 and XBRE-9) are measured about the CMCs which were lowered with increasing the polyoxyethylene distribution. The cross sectional surface areas of LAE-9 also varied with the polyoxyethylene distribution(PDI). The CMC and cross sectional surface areas decrease according to the increasing PDI because of short chain ethoxylate in the LAE-9s. The diffusion coefficients increase with the increasing the PDI. The effects of distributed ethoxylate chain on the properties of mixed micelles formed by anionic DBS (do-decyl benzene sulfonate) and maximum synergism point of the distributed nonionic LAE-9 (lauryl alcohol ethoxylate, LAE series) were investigated. The critical micelle concentration (CMC) for micelles composed of dispersed polyoxyethylene decreased as the polydispersity index (PDI) increased according to DBS >> NRE-9 (PDI=1.03) > BRE-9 (PDI =1.16) > XBRE-9 (extremely broad range of ethoxylate (XBR), PDI=1.20). The regular solution model was used to determine the interaction parameters, which indicated a net attractive force between micelle surfactants in mixed micelles. The interaction parameters were lower than the ideal parameters and varied as a function of PDI over the range -2.3 to -1.4. The DBS/NRE system showed the lowest interaction parameters because the short chain ethoxylates in the BRE(XBRE) did not shield the repulsive forces between the negatively charged head groups of the anionic surfactants in the micelle. The nonionic surfactant composition in a micelle, calculated from the bulk composition of surfactants in solution according to regular solution model, varied with the distributed polyoxyethylene chain length. The cloud points of aqueous solutions containing polyoxyethylene surfactant molecules with a distribution of chain lengths were studied for several nonionic surfactants. Experimentally, the cloud points increased as the oxyethylene chain lengths increased with a linear or logarithmic relation of the number of oxyethylates, as proposed by Schott. An experimental scale, the p-Po scale, was previously developed to correspond to the cloud points, where p is the average number of oxyethylene units per molecule and Po is the shortest chain length reference. However, no previous prediction methods of cloud point addressed systems containing a range of chain lengths. In this work, we propose a rescaling of the representative chain length as s-Po, where s is the cloud point-weighted mean ethylene oxide chain below p, and approximated as (p-Po)/PDI where PDI is the polydispersity index. Using the rescaled length, the experimental data for C12Es (lauryl alcohol ethox-ylate, LAE), NPE-10 (nonyl phenol ethoxylate) and TDE-10 (tridecyl alcohol ethoxylate) were successfully predicted with no additional parameters, such as {(p-Po)/(PDI)}/CP = a + b{(p-Po)/(PDI)}, where PDI indi-cates the Broadness of the chain length distribution.

에틸렌 옥사이드의 부가 분포가 다른 세가지 형태의 도데실 알코올 9 에톡실레이트 (LAE-9)의 계면 성질 및 음이온 계면활성제인 도데실 벤젠 설포네이트와의 혼합 마이셀의 성질을 연구 하였다. 또한 다른 원료를 사용하는 계면활성제로 트리데실 알코올 10 에톡실레이트 와 노닐페놀 10 에톡실레이트의 각각 분포가 다른 세가지 경우에 대해서도 비이온 계면활성제의 운점 예측에 대한 연구를 진행하였다. 분포가 다른 에톡실레이트는 하이드로탈사이트 형태의 촉매, 전통적인 염기 촉매 등을 이용하여 합성하였으며 수평균 분자량과 중량평균 분자량의 계산을 통한 분포의 넓이(PDI, Polydispersity Index)를 본 연구에 적용하였다. 분포가 다른 비이온 계면활성제들의 정적 표면장력의 측정을 통해 임계미셀 농도, 계면활성제의 head group의 면적 등을 구해낼 수 있었다. 이런 결과를 통해 비이온 계면활성제의 분포가 넓을수록 임계미셀 농도가 낮아지고 계면의 장력이 낮아지며 계면활성제의 head group의 넓이가 작아지는 것을 확인하였고 계면활성제의 물성에 분포가 많은 영향을 미치는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 비이온 계면활성제(LAE-9)와 음이온 계면활성제(DBS, dodecyl benzene sulfonate)의 혼합 마이셀의 경우 두 계면활성제의 분자간 인력등에 의해서 상승효과가 나타남을 확인 할 수 있었다. 특히 이 경우에도 비이온 계면활성제의 분포에 따른 상승효과의 차이를 분명하게 확인 할 수 있었다. 분포가 좁은 비이온 계면활성제의 경우 분포가 넓은 경우 보다 상승효과가 큰 것을 확인 할 수 있었으며 이는 짧은 에틸렌 옥사이드의 경우 음이온 계면활성제의 반발력을 막기 힘들고 긴 에틸렌 옥사이드의 경우 너무 크기가 큼에 따라 음이온과의 상호 인력이 크지 않으므로 적당한 크기의 좁은 분포의 비이온 계면활성제가 가장 좋은 상승 효과를 나타내었다. 마지막으로 분포에 따른 비이온 계면활성제별 운점의 예측 모델을 도출해 내었다. 특히 분포가 있는 경우 운점은 분포가 없는 경우보다 낮은 것은 이미 알려진 사실이었으나 이를 예측모델에서 고려한 경우는 없었으며 본 연구가 최초의 연구이었다. Schott모델에서 운점 강하의 원인은 짧은 에틸렌 옥사이드의 영향을 보정하기 위해서 rescaled chain length를 고안하였다. 특히 Schott 모델에서 유효 에틸렌 옥사이드 길이를 (p-Po)로 정의 하였으나 본 연구를 통해 분포를 고려한 (p-Po)/(PDI)를 적용하여 좀더 정확한 운점을 예측할 수 있는 extended Schott 식을 다음과 같이 도출하고,{(p-Po)/(PDI)}/CP = a + b{(p-Po)/(PDI)},이의 실험적인 증명을 하였다. 본 연구는 기존에 있었던 연구의 한계, 즉 비이온 계면활성제의 분포를 고려한 연구를 진행하였으며 이를 통해 실제 산업계의 사용에 적용이 가능하며 이해를 넓힐 수 있는 단초를 제공하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCBE 11003
형태사항 ix, 99 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 김휘찬
지도교수의 영문표기 : Jong-Duk Kim
지도교수의 한글표기 : 김종득
수록잡지명 : "The polydispersity effect of distributed oxyethylene chains on the cloud points of nonionic surfactants". Journal of Colloid and Interface Science, v.352, pp. 444-448(2010)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 Includes references.
주제 Nonionic surfactant
Polyoxyethylene distribution
cloud point
mixed micelle
비이온계면활성제
에톡실레이트 분포
운점
혼합마이셀
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