물과 기름의 혼합: 계면활성제가 필요하지 않습니다 – Physics World

기름과 물은 섞이지 않는 것으로 유명합니다. 적어도 비누와 같은 계면활성제를 첨가하여 안정적인 결합을 유도하지 않으면 안됩니다. 그러나 이제 프랑스와 미국의 연구자들은 실제로 계면활성제 없이 혼합할 수 있음을 보여줌으로써 이러한 통념을 뒤집어 놓았습니다. 이번 발견은 식품, 화장품, 건강, 페인트, 포장 등 이러한 혼합물을 많이 사용하는 산업에 광범위한 영향을 미칠 수 있습니다.

물과 기름처럼 서로 섞이지 않는 두 액체의 혼합물을 에멀젼이라고 합니다. 에멀젼을 세게 흔들면 구성 액체 중 하나가 다른 액체 안에 작은 물방울로 분산될 수 있습니다. 그러나 에멀젼을 그대로 놔두면 그 구성 요소는 변함없이 다시 분리됩니다.

이러한 분리의 주요 원인은 각 액체의 물방울이 서로 더 가까워질수록 더 큰 물방울로 합쳐진다는 것입니다. 이를 방지하기 위해 양친매성인 세 번째 구성 요소를 추가할 수 있습니다. 즉, 혼합물의 두 구성 요소 사이의 경계면에 친화력이 있음을 의미합니다. 오늘날의 산업용 에멀젼은 계면활성제라고 불리는 물질의 사용에 의존합니다. 그러나 많은 계면활성제는 인간과 환경 모두에 독성이 있습니다. 그러므로 사용을 줄이는 것(또는 완전히 없애는 것)은 매우 유익할 것입니다.

반직관적인 현상

최근 연구에서 연구진은 Colloïdes et Matériaux Divisés 연구소 에 ESPCI 프랑스 파리; 프랑스 회사 칼리아생분해성 마이크로캡슐의 설계 및 제조를 전문으로 하는 , 그리고 하버드 대학교 미국에서는 물과 다양한 종류의 기름으로만 구성된 혼합물을 연구했습니다. 일반적으로 혼합되지 않는 이러한 혼합물 내에서 그들은 분산된 물방울 사이에 자발적으로 나타나는 매우 얇지만 비정상적으로 안정적인 오일 필름을 관찰했습니다.

"이 현상은 물방울 사이의 접착을 체계적으로 유도하면서 응집을 방지하므로 기름에 많은 양의 물(80% 이상)을 분산시킬 수 있습니다."라고 설명합니다. 제롬 비베트, 연구를 주도한 화학 물리학자이자 ESPCI 실험실 책임자입니다.

몇 주 동안 안정됨

이 현상은 에 자세히 설명되어 있습니다. 과학, 친수성 및 소수성 성분을 모두 포함하고 분자량이 높은 극성 오일에 가장 적합합니다. 이러한 기준에서는 예를 들어 메탄, 폴리에틸렌과 같은 지방족 탄화수소는 제외되지만 교대로 산소와 탄소 원자를 함유한 오일은 포함됩니다. 이 카테고리에는 모든 식물성 오일이 포함됩니다.

연구자들은 친수성 부분을 물 쪽으로 우선적으로 배치하고 소수성 부분을 물에서 멀리 위치시키도록 "선택"함으로써 이러한 오일이 두 방울의 물 사이에 갇히자마자 그 구성을 변경할 수 있음을 발견했습니다. Bibette는 “소수성 부분의 친화력에 의해 유도된 초박형 접착 필름은 두 인터페이스가 접근하자마자 자발적으로 발생합니다.”라고 말했습니다. "그런 다음 필름은 계면의 자유 에너지를 줄이면서 엄청난 점도를 얻습니다. 이는 물과 기름 방울이 서로 달라붙는 것으로 나타납니다."

혼합되지 않는 두 액체 사이의 이러한 자발적인 겔화는 이전에는 관찰된 적이 없다고 그는 덧붙였습니다.

대부분의 식물성 기름은 중합될 수 있기 때문에 이를 물과 결합하면 연구자들은 완벽하게 생분해 가능한 고분자 물질을 만들 수 있습니다. Bibette의 경우 가장 먼저 떠오르는 가장 확실한 응용 분야 중 하나는 화장품 및 향수와 같은 산업을 위한 생분해성 캡슐입니다.

이 기술을 통해 연구자들은 생분해성 폴리머와 최대 90%의 물로 구성된 새로운 유형의 플라스틱을 만들 수 있다고 그는 말했습니다. 물리 세계. "두 상 모두 전체 혼합물에 걸쳐 균질하게 만들어지고 제어될 수 있으며, 이를 통해 친수성과 소수성이 공존하는 독특한 이중 연속 물질을 생산할 수 있습니다."라고 그는 말합니다. "이것은 조직 공학, 생분해성 포장재, 일반적으로 플라스틱을 대체하는 재료 등 다양한 분야에 응용될 수 있습니다."

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• 출처: https://physicsworld.com/a/mixing-water-and-oil-no-surfactants-needed/