Cellulose 유도체를 이용한 섬유 유연제의 제조에 관한 연구

전 병호, 강 익중

경원대학교 화학공학과

A study on the synthesis of fiber softner using cellulose derivatives

B. H. Jeon, I. J. Kang

Department of Chemical Engineering, Kyoung Won University

서론

최근 환경오염 문제가 심화됨에 따라 국내외적으로 각종 환경 관련 구제가 강화되고, 환경 친화적 물질 개발이 부각되고 있다. 또한 경제적인 측면에 있어서, 에너지 절감의 차원으로써의 고분자 합성이 부각되고 있다. 고분자 합성에는 여러 가지가 있는데, 특히 천연 고분자의 합성은 환경 오염 문제와 깊은 연관을 갖는 분야이다. 이러한 점에서 미래의 전망있는 산업은 환경 오염 및 경제성 향상을 고려한 천연 고분자의 제조분야에 귀결된다 할 수 있다.

quaternary nitrogen containing hydroxyethyl cellulose는 천연 cellulose를 이용한 양이온성 셀룰로오스 유도체로 shampoo, hair rinse, body soap, body lotion 등의 제품에 첨가제로 사용되고 있다. 이 물질의 특성은 물에 잘 녹으며, 피부와 머리에 낮은 독성과 낮은 피부 자극을 나타내는 conditioning 효과를 보여준다.

본 연구에서는 quaternary nitrogen containing hydroxyethyl cellulose인 Hydroxyethyl cellulose-2-hydroxypropyl trialkyl ammonium chloride ether를 합성하였다.여기서 제조된 천연 셀룰로우스 유도체의 특징은 다음과 같다. 약한 냄새를 갖는 균일한 분말형태의 천연 cellulose로 구성되어 매우 안전하다. 또한 물에 잘 녹고, 높은 질과 순도를 갖고 있으며 다른 음이온성, 양이온성 계면활성제와 좋은 조화성을 갖고 있다.

R

CH2 CH CH2 Cl    +   NR3           CH2 CH CH2 N+ R  Cl-

O                                  O          R

R                CH2O ( CH2CH2O )x

y  CH2 CH CH2 N+ R Cl- +                   O

O

O         R                OH

OH           n

R

CH2O ( CH2CH2O )x                 CH2 CH CH2 N+ R     Cl-

O                           OH        R      y

O

OH

OH           n

Hydroxyethyl cellulose-2-hydroxypropyl trialkyl ammonium chloride ether

실험

사용물질

cellulose 유도체로는 Hydroxyethylcellulose (Fluka Chemical Co.)를 사용하였고, 치환기로는 Epichlorohydrin과 trialkyl amine을 반응시켜 이 반응물을 Hydroxyethylcellulose와 반응시켰다. NaOH는 물에 녹여 10 %(w/v)로 하여 사용하였고, 결정화용매로는 isopropanol과 ethyl acetate를 사용하였다.

Quaternary nitrogen containing hydroxyethyl cellulose의 제조

먼저 실온에서 Epichlorohydrin 0.11mol과 trialkyl amine (alkyl=methyl, ethyl, n-butyl) 0.1mol을 반응시켜서 반응물을 얻는다. 그리고 Hydroxyethylcellulose (HEC) 8g과 물 300□를 넣고 10 %(w/v) NaOH 0.3□를 넣어 현탁시킨후에 이 현탁액을 저어주면서 50℃로 가열한다. 위에서 얻은 반응물과 isopropanol 80□를 넣고, 먼저 50℃에서 3시간 반응시키고 100℃에서 10시간 반응시킨다. 반응종료후 Acetic acid로 중화시킨후 이 물질을 isopropanol과 ethyl acetate를 사용하여 결정화하고 건조시키면 quaternary nitrogen containing hydroxyethyl cellulose를 얻을 수 있다.

Quaternary nitrogen containing hydroxyethyl cellulose를 함유한 섬유 유연제 수용액의 제조

Quaternary nitrogen containing hydroxyethyl cellulose를 함유한 섬유 유연제 용액의 제조는 다음과 같다. 이 수지는 먼저 20∼25℃의 물에 넣고 천천히 저어준다. polymer가 완전히 젖었을 때, 60∼70℃로 가열한다. 이렇게 가열해주어 박테리아의 성장을 억제한다. 완전한 수화가 일어나는 속도는 온도, 시간, 저어주는 속도에 따라 다르다. 일반적으로, 1시간 정도 후면 완전히 녹는다. 계면활성제와 알칼리성 물질을 첨가하면 녹는 속도는 더 빨라진다. 그러나, 만약 산성상태(pH〈7)라면, 용액이 만들어진 후 pH를 적당한 수준으로 조절한다.

Quaternary nitrogen containing hydroxyethyl cellulose 수용액의 안정성

Quaternary nitrogen containing hydroxyethyl cellulose용액은 균류로부터 생성되는 cellulose효소로 인한, 생물학적 성장과 품질저하에 저항력이 없다. 그러므로 plant과정의 청결과 최종제품의 적절한 보관이 요구된다.

결과 및 토론

위 실험에서 제조한 Quaternary nitrogen containing hydroxyethyl cellulose는 물에 녹는 성질은 매우 비슷하고 Cl함유량은 기존의 섬유 유연제에 비해 훨씬 적게 함유하고 있음을 알 수 있다. 물리적 성질의 평가 항목으로부터 이는 인체에 대한 거부감이 훨씬 덜하다는 것을 보여준다.

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Figure 1. IR spectrum of Quaternary nitrogen containing hydroxyethyl                     cellulose