KR20210038960A - 실리콘 소포제 조성물, 및 제타 전위의 분포 폭을 조정함으로써 실리콘 소포제 조성물을 제조하는 방법 - Google Patents
실리콘 소포제 조성물, 및 제타 전위의 분포 폭을 조정함으로써 실리콘 소포제 조성물을 제조하는 방법 Download PDFInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
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Abstract
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 이는 소정의 기포액에 미리 첨가되는 타입의 소포제에 있어서, 기포액 중에서의 소포제의 분산성을 확보할 수 있음과 함께, 억포 및 파포의 양쪽을 통해 소포성을 발휘함으로써 소포 지속성을 확보할 수 있는 실리콘 소포제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명은 소정의 기포액에 미리 첨가되는 타입의 소포제의 제조 방법에 있어서, 기포액 중에서의 소포제의 분산성을 확보할 수 있음과 함께, 억포 및 파포의 양쪽을 통해 소포성을 발휘함으로써 소포 지속성을 확보할 수 있어서, 실리콘 소포제 조성물이 기포액에 따라서 안정적으로 재현성있게 제조되는 실리콘 소포제 조성물의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
기포액에 미리 첨가됨으로써 소포하는 타입의 실리콘 소포제 조성물은, 실리콘을 필수 성분으로서 포함하는 유분 및 실리카의 복합 입자 군을 포함하는 것, 및 복합 입자 군 중의 어느 복합 입자가 기포액에 의해 형성되는 폼을 구성하는 주변 막의 내면에 도달함으로써, 억포 및 파포를 가능하게 하도록, 복합 입자 군의 제타 전위의 분포 폭이 기포액에 따라 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
기포액에 미리 첨가됨으로써 소포하는 타입의 실리콘 소포제 조성물의 제조 방법은 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다: 기포액의 종류에 따라, 유분 성분 및 실리카 성분 각각의 종류 및/또는 양을 선택하는 단계; 선택한 유분 성분 및 실리카 성분을 혼합하여, 실리콘을 필수 성분으로서 포함하는 유분 및 실리카의 복합 입자 군을 포함하는 실리콘 소포제 조성물을 조제하는 단계; 생성한 실리콘 소포제 조성물의 샘플을 얻어서, 복합 입자 군의 제타 전위의 분포 폭을 계측하는 단계; 및 소포제가 기포액에 의해 형성되는 폼을 구성하는 주변 막의 내면에 도달함으로써, 억포 및 파포를 가능하게 하도록, 계측한 제타 전위의 분포 폭이 기포액에 따라 설정되는 임계치 이상이 될 때까지, 상기 선택 단계 및/또는 상기 조정 단계, 및 상기 계측 단계를 반복하는 단계.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명은 소정의 기포액에 미리 첨가되는 타입의 소포제의 제조 방법에 있어서, 기포액 중에서의 소포제의 분산성을 확보할 수 있음과 함께, 억포 및 파포의 양쪽을 통해 소포성을 발휘함으로써 소포 지속성을 확보할 수 있어서, 실리콘 소포제 조성물이 기포액에 따라서 안정적으로 재현성있게 제조되는 실리콘 소포제 조성물의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
기포액에 미리 첨가됨으로써 소포하는 타입의 실리콘 소포제 조성물은, 실리콘을 필수 성분으로서 포함하는 유분 및 실리카의 복합 입자 군을 포함하는 것, 및 복합 입자 군 중의 어느 복합 입자가 기포액에 의해 형성되는 폼을 구성하는 주변 막의 내면에 도달함으로써, 억포 및 파포를 가능하게 하도록, 복합 입자 군의 제타 전위의 분포 폭이 기포액에 따라 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
기포액에 미리 첨가됨으로써 소포하는 타입의 실리콘 소포제 조성물의 제조 방법은 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다: 기포액의 종류에 따라, 유분 성분 및 실리카 성분 각각의 종류 및/또는 양을 선택하는 단계; 선택한 유분 성분 및 실리카 성분을 혼합하여, 실리콘을 필수 성분으로서 포함하는 유분 및 실리카의 복합 입자 군을 포함하는 실리콘 소포제 조성물을 조제하는 단계; 생성한 실리콘 소포제 조성물의 샘플을 얻어서, 복합 입자 군의 제타 전위의 분포 폭을 계측하는 단계; 및 소포제가 기포액에 의해 형성되는 폼을 구성하는 주변 막의 내면에 도달함으로써, 억포 및 파포를 가능하게 하도록, 계측한 제타 전위의 분포 폭이 기포액에 따라 설정되는 임계치 이상이 될 때까지, 상기 선택 단계 및/또는 상기 조정 단계, 및 상기 계측 단계를 반복하는 단계.
Description
본 발명은, 제타 전위의 분포 폭이 설정된 실리콘 소포제 조성물, 더욱 특히 여러가지 타입의 기포에 대하여 우수한 소포성을 갖는 실리콘 소포제 조성물, 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
소포제는 화학, 식품, 석유, 제사, 직물 및 약학품 공업과 같은 발포 관련 공정에 널리 사용되고 있다.
실리콘은 표면 장력이 낮으므로, 잠재적으로 소포능을 갖는다. 또한, 실리카는 파포 작용을 보유하는 것으로 공지되어 있다. 따라서, 실리콘과 실리카 모두를 포함하는 소포제가 널리 사용되고 있다. 실리콘계 소포제는 오일, 컴파운드, 용액, 에멀젼, 자기 유화, 분체 및 고체의 7가지 타입으로 분류된다. 컴파운드 타입 소포제는 소포제 업계에서는 오일 컴파운드로서 종종 지칭된다. 그러나, 본 발명에서는, 실리콘 오일을 필수 성분으로 갖는 유분 및 실리카의 혼합물 뿐 아니라, 성분의 일부가 화학 반응에 의해 결합된 생성물을 컴파운드라고 지칭한다.
2가지 타입의 소포제가 존재한다. 하나는 기포액에 미리 첨가되는 타입의 소포제이다. 다른 것은 기포액이 발포한 후에 적용되는 타입의 소포제이다. 이들 2가지 소포제 중에서, 기포액에 미리 첨가되는 타입의 소포제가 주류이다. 이러한 타입의 소포제는 2가지 타입으로 더 분류된다. 하나는 미리 기포액에 폴리에테르 변성 실리콘 등을 용해시켜 두거나, 또는 기포액에 광유 등을 투입하여 액면에 유막을 형성시켜 기포액의 계면 장력을 감소시킴으로써, 폼을 억제하는 것(즉, 폼의 형성을 방지하거나 또는 폼의 형성을 최소한으로 억제하는 것)이다. 이 경우, 소포제를 대량으로 사용할 필요가 있다. 또한, 대량의 소포제의 사용은 기포액의 품질을 변화시켜, 배수의 환경 부하를 증가시킨다. 다른 것은 주로 실리콘의 계면 장력 저하 기능 및 실리카에 의한 파포 효과를 일으키기 위해, 실리콘과 실리카의 복합 입자를 미리 기포액에 첨가하는 것이며, 폼이 형성된 때에 파포 작용을 나타낸다. 억포 작용도 발휘할 것으로 추정되지만, 이 효과는 충분히 증명되지 않았다. 이 타입의 소포제의 필요 사용량은 적고 기포액의 품질이 거의 변하지 않으므로, 이 타입의 소포제의 사용이 가장 흔하다. 한편, 이미 발포하고 있는 기포액에 대하여 적용되는 타입의 소포제를 분무 등에 의해 적용한다. 이 경우, 물리적 작용 또는 계면 장력 저하 작용의 어느 하나에 의해 폼이 파괴된다. 이 경우에는, 일부 경우 폼이 일시적으로 효과적으로 파괴될 수 있지만, 소포 지속성 및 폼 억게 작용은 종종 나타나지 않는다.
따라서, 복합 입자를 미리 기포액에 첨가하는 타입의 소포제가 가장 흔하며, 이는 주로 파포 작용에 의해 소포를 수행한다.
소포제로서 작용하기 위해서는, 복합 입자가 포막(foam film)의 근방에 존재할 필요가 있다. 수중에서의 분산성을 비약적으로 향상시키기 위해서는, 가장 유효한 소포제의 형태는 에멀젼이다. 따라서, 에멀젼 형태의 실리콘 소포제가 가장 널리 사용되고 있다. 고체 형태인 컴파운드로서의 소포제도 널리 사용되고 있는데, 기포액에 빠르게 분산될 수 있기 때문이다.
소포제의 소포 성능은 종종 기포액에 따라 달라진다. 일부 경우, 어떤 기포액에 대해서는 소포 성능이 우수하지만, 다른 기포액에 대해서는 불충분하다. 따라서, 종래의 소포제는 개별 소포 사례에 기초하여 경험칙만에 따라 소포제 조성물을 설계하였다. 또한, 개별 기포액에 대한 소포제를 개발시에, 각각의 경우에 개별 기포액을 입수할 필요가 있었다. 또한, 소포제의 개발은 기술자에 의한 과거의 경험 또는 시행 착오를 크게 기본으로 하고 있었다. 따라서, 개발 기간의 장기화 및 인적 경제적 손실의 비대화가 일부 경우 문제가 되었다. 동일한 소포제 조성물이라도 제조 방법, 조건 및 배취에 있어서의 미묘한 차이에 의해 소포 성능이 종종 달라져서, 소포제로서 목적으로 하는 성능이 발휘되지 않는 경우가 빈번하였다.
주로 사용되는, 기포액에 미리 첨가되는 타입이며 실리콘과 실리카의 복합 입자를 포함하는 실리콘 소포제도, 억포 작용을 갖는다. 그러나, 억포 작용은 충분하지 않다. 따라서, 발포가 발생하여, 그 폼이 파괴된다. 따라서, 안정한 소포 성능을 나타내기 위한 시행 착오가 어렵다.
이들 문제를 해결하기 위해서, 다양한 타입의 폼에 대하여 널리 안정적으로 소포성을 나타내는 소포제를, 이론적으로 그리고 정량적으로 설계, 평가 및 제조하는 방법의 확립이 요구되고 있다. 또한, 다양한 타입의 폼에 대해 널리 안정적으로 소포성을 나타내는 소포제가 요구되고 있다.
이에 대한 대책으로서, 예컨대 비특허문헌 1은 소포제가 포막에 침입할 때의 계면 자유 에너지 변화(E)와, 확장할 때의 계면 자유 에너지 변화(S)가, 감소하는 방향을 플러스로 취했을 때, 모두 마이너스일 때 파포가 일어난다고 하는 소위 Ross 이론을 제안하고 있다.
그러나, E, S > 0은, 소포제가 포막에 진입한 배치 및 포막 상에서 확장할 때의 배치가 평형 상태로서 바람직할지 아닐지에 대한 판별이고, 이것이 어떠한 시간 스케일로 발생하는지에 대해 예측하지 못 한다. 따라서, Ross 이론에 대한 조건을 만족시키도록 소포제를 설계하여도, 침입 및 확장에 장시간이 소요될 수 있고, 소포제가 현실의 소포제로서 사용가능하지 않을 수 있다. 또한, 본질적으로 동일한 원료 중에서 특정한 원료를 선택할 때에, Ross 이론에 의해서만은 선택의 지침을 얻을 수 없는데, 왜냐하면 원료들은 동일한 계면 장력 및 표면 장력을 가지고 있기 때문이다.
또한, 비특허문헌 2는 소수성 분체 입자가 포막을 안정화시키는 계면활성제를 흡수하여 폼이 불안정화하여 파괴될 때에 파포가 발생한다는 핀홀 효과를 제안하고 있다. 핀홀 효과는 다수의 실리카 함유 실리콘 소포제에 있어서 지적되고 있는 이론이다. 또한, 다수의 실리카 함유 소포제가, 실리카의 선단 부분이 물리적으로 폼을 파괴하는 소위 니들 효과를 일으키는 것으로 경험적으로 여겨진다.
그러나, 실리카와 같은 소수성 분체 입자가 포막에 도달하거나 근방에 존재하기 위해서는 어떠한 요건이 필요한지에 대해서는 논의되어 있지 않다. 즉, 핀홀 효과 또는 니들 효과가 효과적으로 나타나기 위한 조건이 해명되지 않는 한, 실용적인 소포 성능과의 관계를 찾을 수 없다.
또한, 비특허문헌 3은, 소포제가 포막의 양표면을 돌파하여 브리지 구조를 취한 후, 물의 튐에 의해 양표면이 단락되어 파포를 일으킨다는 기전을 개시하고 있다. 또한, 비특허문헌 4는 이 브리지 구조가 포막 내 방향으로 연신되어, 소포제 부분이 박막화하여, 폼이 불안정화하여 파포를 일으킨다는 기전을 개시하고 있다. 이들 모델에서는, 소포제에 의한 브리지 구조의 형성이 파포를 향한 제1 단계로서 인식되고 있다.
그러나, 각종 폼에 대하여 이 브리지 구조의 형성 속도를 높이기 위한 설계 요인이 명백하지 않으므로, 이들 모델은 소포제의 설계에 도움이 되지 않는다.
또한, 비특허문헌 5는 계면활성제와 같은 포막 표면의 흡착 분자에 의해 생성되는 전기 이중층이 포막의 두께를 일정 값 이상으로 유지시키는 작용을 하고 있어서, 소포제로 이 흡착 분자를 치환하여, 전기 이중층 반발에 의한 안정화 기전을 붕괴하고, 이것이 파포의 가능성을 증가시키는 것을 개시하고 있다.
그러나, 소포제를 사용한 파포는 보통, 포막 두께가 1 ㎛ 이상으로 발생하는 데에 반해, 2개의 포막 내벽 사이의 전기 이중층에 의한 반발은 포막이 약 20 nm 정도만큼 얇아질 때까지 발현되지 않는 것이 공지되어 있다. 이것은 이 전기 이중층에 의한 반발이 소포제 설계시에 고려될 필요가 없음을 시사한다.
결과적으로, 기포액에 미리 첨가되는 타입이고 실리콘과 실리카의 복합 입자를 포함하는, 특허문헌 1에 개시된 바와 같은 가장 흔한 실리콘 소포제 조성물에 따르면, 상기 기재된 소포 이론만으로는, 각각의 제조 처방 및 제조 배취에 대한 일정한 소포 성능을 얻기 위한 실리콘 소포제 조성물의 화학적 조성 및 제조에 관한 구체적이고 정량적인 지표를 얻을 수 없다.
따라서, 이 타입의 소포제는, 대상이 되는 기포액을 입수하여 경험에 기초한 화학적 조성 및 제조 방법의 최적 조건을 시행 착오를 통해 찾는 것에 의해서만 개발될 수 있었다. 또한, 제조에 있어서, 배취간의 소포 성능의 재현성이 충분하지 않았다. 이 제어 방법은 정성적인 시각적 관찰이며, 정량적인 지표에 기초한 제어 방법은 발견되지 않았다.
특허문헌 2에서, 본 출원인은 흄드 실리카 입자와 같이, 무기 입자 군의 하위 응집체와 함께 비화학적 결합을 통해 형성된 고위 집합체를 포함하는 수분산체, 및 이러한 수분산체에 유분을 첨가하여 얻어진 수중유형 피커링 에멀젼에 있어서, 복합 입자간의 상태의 편차를 언급한다. 본 출원인은 또한 수분산체의 안정성 및 균일성 평가를 위해 계측된 제타 전위가 안정성 및 균일성의 지표로서 작용할 수 있음을 나타내고 있다. 그러나, 이것은 단지 제타 전위의 분포 폭이 좁은 것이 바람직한 안정성 및 균일성을 달성하는 것임을 나타내는 것으로, 소포 성능에 대한 영향을 증명하는 것은 아니다. 또한, 안정한 에멀젼이 반드시 좁은 제타 전위의 분포 폭을 갖는 것은 아니다.
제타 전위는 또한 섬유 처리 및 도막의 안정성을 향상시킬 목적으로 종종 사용된다. 그러나, 이것은 물질의 흡착을 촉진시키려는 것이었다.
상기 기재된 바와 같이, 소포제의 소포 성능을 제타 전위에 의해 평가하는 지표도, 이 지표를 시사하는 선행 기술도 존재하지 않았다.
따라서, 소포를 위해 미리 첨가되는 타입의 종래의 실리콘 소포제는, 사용하는 실리콘 성분 및 실리카의 종류 또는 기포액의 종류와는 독립적으로, 보편적인 소포 성능을 계측하기 위한 지표를 갖지 않았다. 따라서, 제조 처방 및 제조 배취마다 일정하고 바람직한 재현성을 갖는 소포 성능의 발현 방법이 존재하지 않았다. 따라서, 화학적 조성 및 공정에 관한 반복된 시행 착오를 해소할 수 없었다.
또한, 초기 소포 성능 및 소포 지속성의 제어, 소포 성능 및 분산 안정성의 제어, 및 억포 및 파포의 제어에 대한 지표도 존재하지 않았다.
비특허문헌 1: J. Phys. Chem., 54 (3), 429 (1950)
비특허문헌 2: Ind. Eng. Chem. Fundam., 16 (4), 472 (1977)
비특허문헌 3: Int. J. Mineral Process., 9, 1 (1982)
비특허문헌 4: Langmuir, 15 (24), 8514 (1999)
비특허문헌 5: Journal of Oleo Science, 42 (10), 762 (1993)
본 발명은 상기 기재된 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명은 소정의 기포액에 미리 첨가되는 타입의 소포제에 있어서, 기포액 중에서의 소포제의 분산성을 확보할 수 있음과 함께, 억포 및 파포의 양쪽을 통해 소포성을 발휘함으로써 소포 지속성을 확보할 수 있는 실리콘 소포제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 기재된 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명은 소정의 기포액에 미리 첨가되는 타입의 소포제의 제조 방법에 있어서, 기포액 중에서의 소포제의 분산성을 확보할 수 있음과 함께, 억포 및 파포의 양쪽을 통해 소포성을 발휘함으로써 소포 지속성을 확보할 수 있어서, 실리콘 소포제 조성물이 기포액에 따라서 안정적으로 재현성있게 제조되는 실리콘 소포제 조성물의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
종래 기술 중에 어떤 것도, 상기 기재된 문제를 해결하는 실리콘 소포제 조성물 및 그의 제조 방법을 개시하고 있지 않았다.
본 발명자들은 상기 기재된 목적을 달성하기 위해 예의 검토를 하여, 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자의 제타 전위의 분포 폭이 기포액에 따라 설정되는 임계치 이상인 실리콘 소포제 조성물이, 여러 가지 타입의 폼에 대해 우수한 소포 성능을 갖는 것을 발견하였다.
본 발명의 실리콘 소포제 조성물은 기포액에 미리 첨가됨으로써 소포하는 타입의 실리콘 소포제 조성물이다. 상기 실리콘 소포제 조성물은 실리콘을 필수 성분으로서 포함하는 유분 및 실리카의 복합 입자 군을 포함하고, 복합 입자 군 중의 어느 복합 입자가 기포액에 의해 형성되는 폼을 구성하는 주변 막의 내면에 도달함으로써, 억포(foam-suppressing) 및 파포(foam-breaking)를 가능하게 하도록, 복합 입자 군의 제타 전위의 분포 폭이 기포액에 따라 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 실리콘 소포제 조성물의 제조 방법은 기포액에 미리 첨가됨으로써 소포하는 타입의 실리콘 소포제 조성물의 제조 방법이다. 상기 방법은 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다: 기포액의 종류에 따라, 유분 성분 및 실리카 성분 각각의 종류 및/또는 양을 선택하는 단계; 선택한 유분 성분 및 실리카 성분을 혼합하여, 실리콘을 필수 성분으로서 포함하는 유분 및 실리카의 복합 입자 군을 포함하는 실리콘 소포제 조성물을 조제하는 단계; 생성한 실리콘 소포제 조성물의 샘플을 얻어서, 복합 입자 군의 제타 전위의 분포 폭을 계측하는 단계; 및 소포제가 기포액에 의해 형성되는 폼을 구성하는 주변 막의 내면에 도달함으로써, 억포 및 파포를 가능하게 하도록, 계측한 제타 전위의 분포 폭이 기포액에 따라 설정되는 임계치 이상이 될 때까지, 상기 선택 단계 및/또는 상기 조정 단계, 및 상기 계측 단계를 반복하는 단계.
발명의 작용
본 발명의 실리콘 소포제 조성물에 따르면, 소정의 기포액에 미리 첨가되는 타입의 소포제에 있어서의 소포 지속성에 관하여, 소포제의 복합 입자 군의 분산성 측면에서 복합 입자 군의 제타 전위의 분포 폭이 좁은 것이 바람직하다. 한편, 기포액의 종류 및 폼 형성 개시로부터 완료까지의 과도적 상태에 따라, 소포되어야 할 폼의 조건은 변화한다. 폼 형성 개시시에 복합 입자 군의 기포액 중에서의 분산성을 확보할 때에는, 복합 입자 군의 일부 복합 입자가 폼의 내부에 존재할 수도 있다. 또한, 복합 입자가 폼의 주변 막의 내면에 도달하여, 포막의 계면 장력 저하로 인한 억포 및 핀홀 효과 또는 니들 효과로 인한 파포의 양쪽을 통해 소포하는 것이 가능하도록, 복합 입자 군의 제타 전위의 분포 폭이 기포액에 따라 설정되어 있다.
억포란, 기포액 중에 있어서 복합 입자에 의한, 주로 폼의 내면의 계면 장력의 저하로 인해 폼이 형성되지 않거나 또는 형성되기 어려운 작용이 지배적인 소포 작용을 의미하는 것임은 주지이다. 즉, 이는, 전혀 폼이 생성되지 않는 작용, 또는 이미 폼이 생성되어 있지만 폼이 새롭게 생성되기 어려운 작용을 나타낸다. 또한, 파포는, 이미 생성되어 있는 폼이 복합 입자에 의한, 주로 핀홀 효과 또는 니들 효과로 인해 파괴되는 작용이 지배적인 소포 작용을 나타낸다.
또한, 소포성 및 소포 성능은, 억포 및 파포 양쪽을 포함하는 넓은 의미이다. 양호한 소포성이란, 달리 기재되지 않는 한, 초기 소포성 및 소포 지속성 각각이 적어도 소포 현장에서 허용가능한 수준 이상인 것을 의미한다.
본 발명에 따른 실리콘 소포제 조성물의 제조 방법은 소정의 기포액에 미리 첨가되는 타입의 소포제의 제조 방법으로서, 기포액의 종류에 따라, 유분 성분 및 실리카 성분 각각의 종류 및/또는 양을 선택하는 단계; 선택한 유분 성분 및 실리카 성분을 혼합하여, 실리콘을 필수 성분으로서 포함하는 유분 및 실리카의 복합 입자 군을 포함하는 실리콘 소포제 조성물을 조제하는 단계; 및 생성한 실리콘 소포제 조성물의 샘플을 얻어, 복합 입자 군의 제타 전위의 분포 폭을 계측하는 단계를 포함하며, 소포제가 기포액에 의해 형성되는 폼을 구성하는 주변 막의 내면에 도달함으로써, 억포 및 파포를 가능하게 하도록, 계측한 제타 전위의 분포 폭이 기포액에 따라 설정되는 임계치 이상이 됨으로써, 기포액 중에서의 소포제의 분산성을 확보함과 함께, 기포액에 따라 소포 성능이 안정적으로 재현성 좋게 발휘될 수 있다.
또한, 계측한 제타 전위의 분포 폭이 기포액에 따라 설정되는 임계치 이상이 될 때까지, 상기 선택 단계 및/또는 상기 조정 단계, 및 상기 계측 단계를 반복함으로써, 기포액에 따른 요구 성능을 갖는 소포제를 제조하기 위한 시행 착오가 경감된다.
구체예의 설명
이하에, 본 발명의 실리콘 소포제 조성물 및 그의 제조 방법의 상세를 설명한다.
본 발명은 컴파운드 형태로 기포액에 첨가함으로써 소포하는 경우, 및 컴파운드를 유화한 후 기포액에 첨가함으로써 소포하는 경우의 양쪽을 대상으로 하고 있다. 양쪽 경우에 대한 발명을 실시하기 위한 구체예를 이하에 기술한다.
본 발명의 실리콘 소포제 조성물은 실리콘을 필수 성분으로서 포함하는 유분 및 실리카로 이루어지는 컴파운드, 또는 그 컴파운드를 유화하여 얻어진 에멀젼이다. 컴파운드 형태의 실리콘 소포제 조성물을 직접 기포액에 첨가하거나, 적절하게 수분산액으로서 제조한 후 첨가한다. 에멀젼 형태의 실리콘 소포제 조성물은 그대로 기포액에 첨가하거나 또는 적절하게 물로 희석한 후 첨가한다.
실리콘은 평균 조성식이 하기 일반식 (1)로 표시되는 오르가노폴리실록산이다. 화학 구조는 직쇄형 또는 분지쇄형일 수 있지만, 오일상일 필요가 있다.
R1 aSiO(4-a)/2
(1)
식 (1) 중, R1은 분자 중에서 동일 또는 상이할 수 있고, 치환 또는 비치환의 탄소 원자 1 내지 25개의 포화 또는 불포화 1가 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 탄소 원자 6 내지 30개의 방향족기, 수산기, 탄소 원자 1 내지 6개의 알콕시기 또는 수소 원자 기이다.
상기 기재된 유기기의 구체예는 알킬기, 예컨대 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 네오펜틸기, 헥실기, 2-에틸헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기 및 도데실기; 시클로알킬기, 예컨대 시클로펜틸기, 시클로헥실기 및 시클로헵틸기; 아릴기, 예컨대 페닐기, 톨일기, 크실릴기, 비페닐기 및 나프틸기; 아랄킬기, 예컨대 벤질기, 페닐에틸기, 페닐프로필기 및 메틸벤질기; -CH2-CH2-CH2-N2, -CH2-CH2-CH2-NH(CH3), -CH2-CH2-CH2-N(CH3)2, -CH2-CH2-NH-CH2-CH2-NH2, -CH2-CH2-CH2-NH(CH3), -CH2-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-NH2, -CH2-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-N(CH3)2, -CH2-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-NH(CH2CH3), -CH2-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-N(CH2CH3)2 및 -CH2-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-NH(시클로-C6H11)로 표시되는 질소 함유 탄화수소기; 및 탄화수소기 중의 수소 원자의 일부 또는 전부가 할로겐 원자, 시아노기 등에 의해 치환된 치환 탄화수소기, 예컨대 클로로메틸기, 2-브로모에틸기, 3,3,3-트리플루오로프로필기, 3-클로로프로필기, 클로로페닐기, 디브로모페닐기, 테트라클로로페닐기, 디플루오로페닐기, β-시아노에틸기, γ-시아노프로필기 및 β-시아노프로필기를 포함할 수 있다. 특히 바람직한 유기기는 메틸기, -CH2-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-NH2기 및 페닐기이다.
a는 실록산 결합의 차수와 관련된 수치이며, a가 2.0이면, 직쇄의 오르가노실록산을 나타낸다. a는 1.9≤a≤2.2, 바람직하게는 1.95≤a≤2.15를 만족하는 양수이다. a가 1.9 미만인 경우, 오르가노폴리실록산의 점도가 너무 낮아진다. 따라서, 기포액 중에서 실리콘 성분과 실리카 성분의 분리가 일어날 수 있어서, 소포 지속성이 열화된다. a가 2.2를 초과하는 경우, 포막의 계면 장력 저하 작용이 충분하지 않아서, 초기 소포성이 열화되어, 적절하지 않다.
오르가노폴리실록산은 단일 성분 또는 2종 이상의 성분의 혼합물을 포함할 수 있다.
오르가노폴리실록산의 25℃에서의 점도는 바람직하게는 1 내지 2,000,000 mPa·s이다. 상기 점도는 더욱 바람직하게는 1 내지 100,000 mPa·s,, 특히 바람직하게는 1 내지 50,000 mPa·s 범위이다. 상기 점도가 1 mPa·s 미만이거나 또는 2,000,000 mPa·s를 초과하는 경우, 컴파운드 형태의 실리콘 소포제 조성물이 기포액 중에서 안정적으로 분산할 수 없다. 에멀젼의 경우에는, 유화가 어려워서, 안정한 에멀젼을 얻을 수 없다.
오르가노폴리실록산은 상기 기재된 조건을 만족한다면 임의의 구조를 가질 수 있다. 입수 용이성, 경제적 효율 및 화학적 안정성의 관점에서는, 오르가노폴리실록산의 구조 중 전체 R1의 80 몰% 이상, 특히 90 몰% 이상이 메틸기인 것이 바람직하다.
본 발명의 실리콘 소포제 조성물에 사용되는 유분으로서는, 실리콘은 필수 성분이지만, 실리콘 외에 유기물의 오일의 혼합물을 사용할 수 있다. 오일이 유동성을 나타내고 실리콘과 상용(compatible)하는 한, 임의의 타입의 오일을 사용할 수 있다. 각종 광유, 합성유, 식물유 등이 예시된다. 기포액의 사용 분야에 따라 최적 타입의 오일을 선택한다. 예컨대 식품의 분야에서는, 인체에 영향이 적은 식물유를 사용한다. 유기물의 오일의 종류는 1종 또는 2종 이상을 병용할 수 있다.
실리콘과 유기물의 오일의 사용 비율을 한정되지 않지만, 실리콘의 비율이 50 질량% 이상인 것이 바람직하다. 이것이 50 질량% 미만이면, 실리콘에 의한 계면 장력의 저하 효과를 충분히 얻을 수 없다.
본 발명의 실리콘 소포제 조성물에 있어서는, 실리카가 필수 성분이다. 실리카는 실리콘을 필수 성분으로서 포함하는 유분과 함께 복합 입자로서 기포액 중에 분산할 필요가 있기 때문에, 실리카는 미립자 형태일 필요가 있다.
실리카 입자는 합성 방법에 의해 제조되는 이산화규소의 입자이며, 규조토 또는 결정 석영과 같은 광물계 실리카를 포함하지 않는다. 합성 방법에 의해 제조되는 이산화규소의 예는 흄드 실리카, 소성 실리카, 융합 실리카 등과 같은 건조법에 의해 제조되는 미분 및 습식법에 의해 제조되는 침강성 실리카 또는 콜로이달 실리카를 포함할 수 있다. 이들은 당업자에게 공지되어 있다. 이들 중에서, 소성 실리카, 침강성 실리카 또는 콜로이달 실리카를 사용하는 것이 바람직하다. 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용하는 실리카 입자는, 표면 상의 실라놀기가 잔류한 친수성 실리카, 또는 표면 상의 실라놀기를 실릴화한 소수성 실리카일 수 있다. 본 발명에서 사용되는 실리카 입자는, 표면 상의 실라놀기가 잔류한 친수성 실리카, 또는 표면 상의 실라놀기를 실릴화한 소수성 실리카일 수 있다. 소수성 실리카는 친수성 실리카를, 메틸트리클로로실란과 같은 할로겐화 유기 규소, 디메틸디알콕시실란과 같은 알콕시실란, 실라잔 또는 저분자량의 메틸폴리실록산으로 처리하는 공지된 방법에 의해 제조할 수 있다.
실리카 입자는 괴상보다는 입자상일 필요가 있다. 또한, 실리카 입자는 1차 입자가 응집한 1차 응집물의 상태, 또는 1차 응집물을 추가로 응집한 2차 응집물의 상태일 수 있다.
본 발명에서는, 미리 기포액에 첨가되는 타입의 소포제로서, 실리콘을 필수 성분으로서 포함하는 유분 및 실리카로 이루어진 컴파운드, 또는 그 컴파운드를 유화하여 얻어진 에멀젼을 사용하는 경우, 양호한 소포 성능을 나타내는 지표로서, 본 발명의 실리콘 소포제 조성물의 유분 및 실리카로 이루어진 복합 입자의 제타 전위를 주목한다.
제타 전위는 액중에서 분산체와 함께 이동하는 액면(슬립면) 상의 전위를 지칭하며, 분산체의 전하 상태의 지료포서 일반적으로 사용된다. 예컨대 2개의 분산체 입자가 각각 동일 부호 및 충분히 큰 절대치의 제타 전자를 갖는 경우, 정전 반발로 인해 충돌이 회피되고, 이에 따라 응집하지 않는다. 최근에는, 판 및 섬유에 제타 전위의 개념을 확장하려는 시도가 있다. 예컨대 비처리제로서의 금속판 및 분산체가 동일 또는 상이한 부호 및 작은 절대치의 제타 전위를 갖는 경우, 분산체가 비처리제에 흡착하기 쉽다.
제타 전위는 실리카의 수분산체 중에 있어서의 실리카의 분산 안정성을 어느 정도 나타낼 수 있는 지표로서 사용되어 왔다. 그 수분산액의 제타 전위의 분포 폭이 좁을수록, 분산 안정성이 더 양호한 것으로 여겨져 왔다. 제타 전위의 분포 폭이 좁은 것은 각각 동일한 부호 및 유사한 전위를 나타내는 실리카 입자가 많이 존재하는 것을 의미하고, 실리카 입자가 응집하기 어려워서, 분산 안정성이 좋은 것을 의미한다고 여겨진다.
이와 같이, 제타 전위는 입자의 수분산체에 있어서 입자의 안정성 및 응집성의 지표로서 사용되어 왔다. 본 발명에서는, 제타 전위가 복합 입자에 의한 소포 성능의 지표로서 사용될 수도 있음이 놀랍게도 발견된 것이다.
본 발명에 따른 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자 군이 포막의 계면에 존재하는 경우 소포가 발생하는 기전은, Ross 이론 등에 의해 설명할 수 있다. 즉, 실리콘에 의해 초래되는 포막의 계면 장력 저하 및 실리카 입자에 의해 초래되는 핀홀 효과 또는 니들 효과에 의해 소포가 가능하다. 그러나, 실리콘 소포제의 복합 입자가 포막의 계면에 가까운 상태를 달성하기 위한 요건은 해명되지 않았다.
본 발명에 따른 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자 군이 수중에서 또는 기포액 중에서 분산되어 있는 경우, 복합 입자의 표면에는 화학 조성 및/또는 형태의 차이에 의해 결정되는 다양한 전위가 생성된다. 부호의 차이를 포함하여 하나의 복합 입자 내 및 복합 입자 사이에는 전위의 편차가 생긴다. 또한, 이러한 상황은 시간에 따라 변화한다. 상이한 복합 입자 사이에서, 부호가 상이한 전위를 갖는 지점이 서로 끌어당긴다. 일부 경우 동일한 부호를 갖는 지점이 서로 반발하기도 하지만, 다른 경우에는 서로 반발하지 않는 정도로 서로 가까울 수도 있다. 입자는 항상 대류 및 브라운 운동에 의해 움직인다. 또한, 입자 내부의 점도가 높지만, 여전히 유체의 범주에 있다. 따라서, 화학적 구조도 항상 이동한다. 따라서, 복합 입자 내부 및 복합 입자 사이에서 전위의 분포는 항상 유동적이다. 따라서, 복합 입자 사이에서 끌어당기는 부분 및 분리하는 부분이 존재하고, 항상 변화하고 있다.
결과적으로, 본 발명에 따른 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자 군이 수중에서 또는 기포액 중에서 분산되어 있는 경우, 복합 입자 군으로서 안정성이 확보되는 한편, 일부 복합 입자가 다른 복합 입자 또는 다른 물질에 전위적으로 접근할 수 있는 채널을 갖는다.
한편, 기포액 중의 개별 버블의 내부 계면의 전위는 장소마다 불균일하다. 또한, 폼 형성의 개시로부터 완료까지의 과도적 상황에서는, 장소마다의 전위의 분포는 또한 시간에 따라 시시각각 변화한다. 이러한 상황 하에서 본 발명에 따른 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자의 소포 작용을 효과적으로 발휘하기 위해서는, 폼 형성 개시시에 복합 입자 군의 기포액 중에서의 분산성을 확보하여, 복합 입자 군의 일부 복합 입자가 폼의 내부에 존재할 수도 있도록, 그리고 기포액에 의해 형성되는 폼을 구성하는 주변 막의 내면에 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자가 도달하도록 할 필요가 있다.
본 발명에 따른 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자 군 및 기포액에 의해 형성되는 폼을 구성하는 주변 막이 전위적인 작용에 의해 서로 접근할 수 있는 지점이 존재할 수도 있다. 복합 입자 군 중 일부 복합 입자의 채널의 전위와 폼을 구성하는 주변 막의 내면의 일부 지점에서의 전위 사이의 관계가 최적화되면, 복합 입자가 주변 막의 내면에 도달할 수 있어, 실리콘에 의해 초래되는 포막의 계면 장력 저하 및/또는 실리카 입자에 의해 초래되는 핀홀 효과 또는 니들 효과를 통해 소포할 수 있다. 따라서, 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자는 이러한 최적화를 일으키기 위한 전위적인 채널이 다양하여, 소포 작용을 나타낼 확률이 증가한다.
상기 기재된 관계를 제타 전위의 관점에서 설명한다. 즉, 폼의 주변 막의 내면의 제타 전위의 조건은, 기포액의 종류, 및 폼 형성 개시로부터 완료까지의 과도적 상태에 따라 변화한다.
본 발명에서는, 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자의 제타 전위의 분포 폭을 넓힘으로써, 이러한 상황 하에서 소포 효과가 효과적으로 향상됨을 발견하였다. 이는, 폼의 주변 막의 내면의 상황의 편차, 및 복합 입자의 표면의 상태의 변차 중 어느 것에서인가, 소포 효과를 발휘하기 위한 최적점이 나타나기 때문이다.
소포하려는 기포액의 종류 및 폼의 상태에 따라, 폼의 내면의 전위의 부호 및 분포 상태가 달라지기 때문에, 가장 적절하고 최빈도인 제타 전위 및 제타 전위 분포를 갖는 복합 입자를 사용하여, 소포 효과를 최대화해야 한다. 그러나, 본 발명에서는, 상기 기재된 상황에 의해서가 아니라, 복합 입자의 제타 전위의 폭이 넓을 때에 소포 효과가 향상될 수 있는 것을 발견하였다. 그러나, 소정 기포액에 대하여 소정 소포 효과를 발휘하기 위해서는, 복합 입자의 제타 전위의 하한의 임계치는 개별적으로 구체적으로 설정하는 것이 바람직하다.
실리콘 소포제 조성물의 복합 입자의 제타 전위의 분포 폭 뿐 아니라, 또한 분포의 형상 및 피크 높이가 소포 성능에 형향을 미칠 수 있는 가능성이 있지만, 현재로는 알려져 있지 않다. 현재, 제타 전위 분포 피크의 전체 면적에서의 피크 꼬리의 양단을 각각 0% 및 100%로 했을 때, 10% 지점 및 90% 지점의 폭을 분포 폭으로 정의하는 것이 유효한 것으로 추정되고 있다. 제타 전위의 분포 폭은 일정의 존재 확율 이상의 소포를 위한 채널이 존재하는 것으로 충분한 것으로 여겨진다.
또한, 제타 전위의 분포의 피크가 2 이상으로 나뉘는 경우, 본 발명에서 다루는 제타 전위의 분포 폭으로서의 대상으로서 절절하지 않은 것으로 추정하고 있다. 피크가 1개인 경우, 제타 전위의 분포 폭이 소포 성능에 미치는 영향이 더욱 관련성이 높은것으로 추정하고 있다. 단, 피크가 쇼울더를 갖는 경우, 피크는 1개의 피크로서 정의된다.
실리콘 소포제 조성물의 복합 입자의 제타 전위의 분포 폭이 높을수록, 기포액 중에서의 분산 안정성은 저하한다. 본 발명에서는, 제타 전위의 분포 폭에 대한 고정된 상한치를 설정함으로써, 복합 입자의 기포액 중에서의 분산 안정성을 확보할 수 있다.
종래의 미리 기포액에 넣어지는, 실리콘 및 실리카로 제조된 복합 입자의 소포제에 있어서는, 분산 안정성이 반드시 충분하지는 않았고, 제조 처방 또는 배취마다 분산 안정성이 변동하는 일이 많았다. 한편, 본 발명의 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자 군은 분산 안정성을 확보하므로, 파포성에 더하여 억포성을 충분히 그리고 안정적으로 나타낼 수 있다. 상기 기재된 바와 같이, 억포성 및 파포성의 양쪽 기능을 나타낼 수 있으므로, 초기 소포성 및 소포 지속성의 양쪽을 나타낼 수 있다.
그러나, 소포제를 기포액의 외부로부터 투입하는 타입의 소포제에 비해, 소포제의 분산 안정성이 더욱 중요시되므로, 초기 소포성보다 소포 지속성에 특징이 있다.
본 발명의 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자의 제타 전위를 파악하기 위해서는, 컴파운드 형태의 경우, 적절하게 계면활성제 등을 사용하여 물에 분산시켜 제타 전위를 계측하고, 에멀젼 형태의 경우, 적절하게 물 등으로 희석하여 제타 전위를 계측한다. 각각의 방법에서, 복합 입자가 기포액 중에서 분산하고 있는 상태를 모의하여 제타 전위를 계측하는 것이다.
실리콘 소포제 조성물의 복합 입자의 제타 전위의 분포 폭은, 복합 입자의 1개의 입자 내 및/또는 입자 사이에서의 조성적 및 형태적 불균일성에 의해 결정한다. 조성적 불균일성 및 형태적 불균일성 각각이 증가하면, 복합 입자의 제타 전위의 분포 폭이 증가한다. 조성적 및 형태적 불균일성이 커지면, 제타 전위의 분포 폭이 넓어진다.
복합 입자의 제타 전위의 분포 폭을 넓히기 위해서, 조성적 불균일성 및 형태적 불균일성을 증가시키기 위한 구체적인 방법을 이하에 설명한다.
실리콘 소포제 조성물에 있어서, 유분 뿐 아니라 실리카도 사용하는 복합 입자를 사용하면, 즉, 실리카 입자를 사용하면, 제타 전위의 분포 폭은 넓어진다. 또한, 실리콘을 주성분으로 포함하는 유분, 및 실리카의 종류 및 형태의 다양성이 제타 전위의 분포 폭을 확장시킨다.
조성적 불균일성을 증가시키는 구체적인 방법은 하기를 포함할 수 있다.
사용하는 실리카 입자의 종류가 많을수록, 조성적 불균일성이 커지고, 제타 전위의 분포 폭이 넓어진다. 사용하는 실리콘 성분의 종류가 많을수록, 조성적 불균일성이 커지고, 제타 전위의 분포 폭이 넓어진다. 유분으로서 실리콘 성분과 함께 유기물 오일을 병용하면, 조성적 불균일성이 커지고, 제타 전위의 분포 폭이 넓어진다. 또한, 유기물 오일의 종류가 많을수록, 조성적 불균일성이 커지고, 제타 전위의 분포 폭이 넓어진다.
형태적 불균일성을 증가시키는 구체적 방법은 이하를 포함할 수 있다. 유분에 대한 실리카 입자의 질량 비율이 클수록, 복합 입자 1개 내 및 복합 입자 사이의 형태적 불균일성이 커지고, 제타 전위의 분포 폭이 넓어진다. 사용하는 실리카 입자의 종류가 많을수록, 복합 입자 1개 내 및 복합 입자 사이의 형태적 불균일성은 커지고, 제타 전위의 분포 폭은 넓어진다.
실리콘 소포제 조성물이 에멀젼 형태인 경우, 에멀젼 제조시의 전단 속도가 작아질수록, 복합 입자 1개 내 및 복합 입자 사이의 형태적 불균일성은 커지고, 제타 전위의 분포 폭은 넓어진다.
실리콘 소포제 조성물의 복합 입자를 미리 기포액에 분산시키는 경우에 있어서, 목적의 초기 소포성을 얻기 위해서는, 제타 전위의 분포 폭을 기포액에 따라 설정한다. 더욱 구체적으로는, 기포액의 종류, 이온성 물질과 같은 용해물의 종류 및 농도, 액성, 폼의 성질 등에 따라 설정되는 임계치 이상으로 제타 전위의 분포 폭이 되도록 한다. 제타 전위의 분포 폭이 소정 임계치 이상이 되도록 조성을 설계하고, 제조 조건 등을 최적화하여 복합 입자의 형태적 불균일성을 소정 상태로 만든다.
실리콘 소포제 조성물이 에멀젼 형태인 경우에는, 제조 과정에서 제타 전위의 분포 폭을 체크하는 단계를 제공한다. 제타 전위의 분포 폭이 소정 임계치 미만인 경우, 리워킹을 수행하여, 전단 속도 및 그 외의 공정 요건을 최적화시키고, 제타 전위의 분포 폭이 소정 임계치 이상이 될 때까지 체킹 및 리워킹을 반복하여, 확실하게 목적의 초기 소포성을 얻을 수 있다.
이제까지 산업계에서는, 제타 전위의 분포 폭이 넓은 것이 바람직하였고, 분포 폭을 제어한다는 아이디어는 존재하지 않았다.
제타 전위의 분포 폭의 제어가 유효한 것은 소포제에 한정되지 않지만, 포막의 전위가 균일하지 않고 과도적 상태에 대해 특히 유효하기 때문에, 분포 폭의 제어가 소포제에 가장 바람직하다.
한편, 소포 지속성으로서, 실리콘 소포제의 복합 입자의 안정성 및 분산성을 유지하고 또한 시간의 변화에 따른 포막의 내면의 전위의 변화에 대응할 필요가 있다. 이를 목적으로, 복합 입자는 다양한 표면 전위를 갖는 것이. 즉, 넓은 제타 전위의 분포 폭을 갖는 것이 필요하다. 즉, 제타 전위의 분포 폭이 넓으므로, 일단 소포 성능으로부터 벗어난 복합 입자가 재이용되므로, 소포 지속성이 얻어진다. 따라서, 실리콘 소포제의 제타 전위의 분포 폭이 넓은 것에 의해, 소포 성능 및 소포 지속 성능의 양쪽이 개량된다.
실리콘 소포제 조성물의 분산 입자의 제타 전위의 분포 폭이 넓으면 초기 소포성 및 소포 지속성을 증가시킨다. 그러나, 기포액 중에서의 복합 입자의 분산 안정성 및 실리콘 소포제 소성물이 에멀젼 형태인 경우는 에멀젼 중에서의 복합 입자의 분산 안정성은, 복합 입자의 제타 전위의 분포 폭이 증가할수록 저하한다. 이는, 제타 전위의 분포 폭이 넓을수록, 복합 입자 사이의 끌어당기기, 즉, 응집의 기회가 커지기 때문이다.
기포액의 포막의 전위는 시시각각 변화하므로, 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자의 다양한 채널을 사용하는 것이 중요하다. 이를 목적으로, 복합 입자의 기포액 중에서의 안정한 분산이 필요하다. 따라서, 초기 소포성 및 소포 지속성 모두를 달성하기 위해서는, 목적에 따라서 소정의 제타 전위의 분포 폭의 상한치를 설정할 필요가 있다.
실리콘 소포제 조성물이 에멀젼 형태인 경우, 에멀젼으로서의 안정성이 확보되는 경우에는, 상기 언급한 이유에서 소정의 제타 전위의 분포 폭의 상한치를 설정할 필요가 있다. 마찬가지로, 기포액 중에서 이 복합 입자의 분산 안정성이 중시되는 경우에 있어서도, 소정의 제타 전위의 분포 폭의 상한치를 설정하는 것이 바람직하다.
상기 기재된 실리콘 소포제의 복합 입자의 제타 전위의 분포 폭을 넓히기 위한 조성적 불균일성 및 형태적 불균일성 중에서, 주로 형태적 불균일성에의 기여가 큰 실리카 입자에 대해서는, 실리콘 소포제 조성물에 있어서의 유분에 대한 실리카의 질량비가 클수록, 초기 소포성은 높아진다. 그러나, 초기 소포성 및 소포 지속성 모두를 달성하는 경우, 또는 에멀젼의 입자의 분산 안정성을 확보하는 경우에는, 복합 입자의 제타 전위와의 밸런스의 관점에서, 유분에 대한 실리카의 질량비에는 소정의 상한치를 제공할 필요가 있다.
본 발명에 있어서는, 기포액의 폼의 형성 개시로부터 완료까지의 과도적 상태에 따라, 소포해야 하는 폼의 조건이 변화한다. 폼 형성 개시시에 복합 입자 군의 기포액 중에서의 분산성을 확보하는 경우, 복합 입자 군의 일부 복합 입자가 폼 내부에 존재할 수도 있다. 또한, 복합 입자가 폼의 주변 막의 내면에 도달하여 포막의 계면 장력 저하로 인한 억포 및 핀홀 효과 또는 니들 효과로 인한 파포의 양쪽을 통해 소포하는 것이 가능하도록, 복합 입자 군의 제타 전위의 분포 폭이 기포액에 따라 설정되어 있다.
과도적 상황에 있어서는, 제타 전위의 분포 폭을 결정하는 것은 조성적 또는 형태적 불균일성 중 어느 것이 지배적인지에 대해서는, 시간적 및 공정간 조건에 따라 다를 수 있다. 또한, 조성적 또는 형태적 불균일성 중 어느 것이 우세한지는, 소포가 주로 억포 또는 파포에 의해 달성되는지에 영향을 미친다고 추정될 수 있다. 이러한 이유로, 예컨대 실리콘 소포제 조성물의 실리카의 양 및 에멀젼 제조시의 전단 속도와 같은 2가지 요소를 선택적으로 사용함으로써, 억포와 파포 사이의 실리콘 소포제 조성물의 작용을 어느 정도 제어할 수 있다.
컴파운드 또는 에멀젼 이외의 임의의 형태의 실리콘 소포제는 기포액 중에서의 유사한 거동으로 인해 소포 성능을 개선시키는 것으로 여져진다. 따라서, 입자의 제타 전위 사이의 관계는 이론적으로는 성립하지 않아야 한다. 그러나, 이들 소포제는 제타 전위를 계측하기 위한 수분산 상태를 생성하는 것이 어렵다. 따라서, 본 발명에서 실리콘 소포제 조성물은 컴파운드 또는 에멀젼 형태에 대상을 한정하지 않는다.
본 발명의 관점에서 실리콘 소포제 조성물의 개발의 절차를 이제 설명한다.
1. 용도 및 기포액의 종류에 따라, 사용할 수 있는 실리콘 오일의 점도 및 유기물 오일의 종류에 대한 제약을 확인한다.
2. 실리콘 오일, 실리카 및 유기물 오일의 각각의 종류를 가능한 한 증가시키고, 실리카의 양도 가능한 한 증가시킨 화학적 조성을 검토한다(복합 입자의 제타 전위를 가능한 한 넓힘).
3. 소포제 조성물이 에멀젼 형태인 경우, 에멀젼의 제조시의 전단 속도를 가능한 한 낮춘 제조 방법을 검토한다(복합 입자의 제타 전위를 가능한 한 넓힘).
4. 용도 및 목적에 따라, 필요한 초기 소포성, 소포 지속성 및 분산 안정성의 발란스를 취하기 위해, 조건 2 및 3을 최적화시킨다.
상기 기재된 개발 절차에 의해 개발된 실리콘 소포제 조성물을 제조하기 위한 절차를 이제 설명한다.
상기 절차는 하기를 포함한다: 기포액의 종류에 따라, 유분 성분 및 실리카 성분 각각의 종류 및/또는 양을 선택하는 단계; 선택한 유분 성분 및 실리카 성분을 혼합하여, 유분 및 실리카의 복합 입자를 포함하는 실리콘 소포제 조성물을 조제하는 단계; 생성한 실리콘 소포제 조성물의 샘플을 얻어서, 복합 입자의 제타 전위의 분포 폭을 계측하는 단계; 및 소포제가 기포액으로부터의 폼 형성 개시로부터 완료까지의 과도적 상태에 있어서 폼 형성을 억제하도록, 계측한 제타 전위의 분포 폭이 기포액에 따라 설정되는 임계치 이상이 될 때까지, 상기 선택 단계 및/또는 상기 조정 단계, 및 상기 계측 단계를 반복하는 단계.
실리콘 소포제 조성물이 컴파운드 형태인 경우, 상기 실리콘 소포제 조성물이 수분산의 상태에서 제타 전위를 계측한다. 상기 조성물이 에멀젼 형태인 경우, 에멀젼의 제조시에 소정 전단 속도로 전단함으로써 실리콘 소포제 조성물을 조제하고, 에멀젼 형태의 이의 제타 전위를 계측한다.
유분과 실리카를 혼련하고 컴파운드로 하는 데에는 예컨대 게이트 믹서, 니더, 가압 니더, 이축 혼련 베이스 또는 인텐시브 믹서와 같은 혼련기를 사용할 수 있다. 시간 및 온도를 취해서, 복합 입자를 형성한 경우에 1개의 입자 내 및 입자 사이에서의 충분한 조성적 불균일성 및 형태적 불균일성이 출현하도록, 적절한 조건을 선택한다. 임의로, 유분과 실리카 사이에 화학 결합이 형성되는 방법을 선택할 수 있다.
유분에 대한 실리카의 질량비는, 복합 입자의 제타 전위의 분포 폭에 영향을 미치는 인자이다. 바람직한 질량비의 범위는 기포액의 종류 및 목표로 하는 소포 성능에 따라 달라지지만, 유분 100 질량부에 대한 실리카의 양(질량부)은 0.5 질량부 이상 및 40 질량부 이하인 것이 바람직하다. 이것이 0.5 질량부 미만이면, 제타 전위의 분포 폭이 충분히 넓어지지 않아서, 충분한 소포 성능을 얻을 수 없다. 이 양이 40 질량부를 초과하면, 초기 소포성 및 소포 지속성 양쪽을 달성하기 어려우며, 소포제가 에멀젼 형태인 경우, 에멀젼으로서의 안정성이 저하하는, 예컨대 입자가 침강하는 문제가 생긴다. 더욱 바람직하게는, 이 양은 1 질량부 이상 및 30 질량부 이하의 범위이다.
실리콘 소포제 조성물이 에멀젼 형태인 경우에는, 에멀젼 100 질량부 중에 있어서의 유분의 바람직한 함유량은 1 질량부 이상 및 90 질량부 이하 범위이다. 이것이 1 질량부 미만이면, 충분한 유화 정확도를 얻을 수 없고, 수율도 저하한다. 이것이 90 질량부를 초과하면, 수성 에멀젼의 점도가 높아져서, 취급성이 나빠진다. 더욱 바람직하게는, 이 함유량은 2 질량부 이상 및 70 질량부 이하의 범위이다.
상기 기재된 컴파운드를 에멀젼으로 형성시키는 데에는 공지된 방법을 이용할 수 있다. 에멀젼은, 유화제로서 폴리옥시에틸렌 알킬렌 변성 오르가노폴리실록산을 이용하는 자기 유화형 에멀젼일 수 있거나, 또는 유화제로서 비이온성 계면활성제를 사용하는 통상의 에멀젼일 수 있다. 비이온성 계면활성제 또는 양이온성 계면활성제를 사용하는 경우, 이들 이온성 계면활성제로 싸인 소포제 조성물의 표면의 전하가 균일하게 되어, 본 발명에서와 같은 분포 폭이 넓은 제타 전위를 얻을 수 없고, 일부 폼에 대해 강한 소포 성능이 나타난다. 따라서, 비이온성 계면활성제를 사용하는 것은 본 발명을 실현하기 위해 매우 바람직하다.
폴리옥시에틸렌 알킬렌 변성 오르가노폴리실록산을 이용하여 자기 유화형 소포제 조성물을 제조하는 경우, 폴리옥시에틸렌 알킬렌 변성 오르가노폴리실록산의 사용량은 에멀젼 100 질량부 중에서 바람직하게는 1 질량부 이상 및 30 질량부 이하이다. 이것이 1 질량부 미만이면, 유화가 충분히 수행될 수 없고, 이것이 30 질량부를 초과하면, 이러한 양의 폴리옥시에틸렌 알킬렌 변성 오르가노폴리실록산은 제타 전위의 분포 폭을 넓히는 데에 기여하지 않는다. 더욱 바람직하게는, 이 양은 2 질량부 이상 및 20 질량부 이하이다.
비이온성 계면활성제를 사용하여 통상의 에멀젼을 형성하는 경우, 비이온성 계면활성제의 사용량은 에멀젼 100 질량부 중에서 바람직하게는 1 질량부 이상 및 30 질량부 이하이다. 이것이 1 질량부 미만이면, 유화가 충분히 수행될 수 없고, 이것이 30 질량부를 초과하면, 이러한 양의 비이온성 계면활성제는 제타 전위의 분포 폭을 넓히는 데에 기여하지 않는다. 더욱 바람직하게는, 이 양은 2 질량부 이상 및 20 질량부 이하이다.
상기 폴리옥시에틸렌 알킬렌 변성 오르가노폴리실록산 또는 비이온성 계면활성제는 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상을 병용할 수 있으며, 합계의 함유량은 에멀젼 100 질량부 중에서 바람직하게는 1 질량부 이상 및 50 질량부 이하이다. 이것이 1 질량부 미만이면, 유화가 충분히 수행될 수 없고, 이것이 50 질량부를 초과하면, 이러한 양의 이들 컴파운드는 제타 전위의 분포 폭을 넓히는 데에 기여하지 않는다. 더욱 바람직하게는, 이 양은 2 질량부 이상 및 30 질량부 이하이다.
본 발명의 에멀젼 형태의 실리콘 소포제 조성물의 제조 방법은 상기 언급된 방법 내에서라면 특별히 한정되지 않으며, 공지된 방법에 의해 에멀젼 형태의 실리콘 소포제 조성물을 제조할 수 있다. 예컨대 에멀젼 형태의 실리콘 소포제 조성물은, 에멀젼 제조에 적절한 상용의 믹서, 예컨대 호모게나이저, 콜로이드 밀, 호모믹서, 고속 스태터 로터 교반장치 등을 이용하여 상기 기재된 성분을 혼합 및 유화함으로써 제조할 수 있다.
에멀젼 제조시에 복합 입자에 가해지는 전단 속도는 바람직하게는 5,000 s-1 이상 및 100,000 s-1 이하이다. 이 전단 속도가 5,000 s-1 미만이면, 에멀젼 입자의 분산 안정성이 열화하고, 입자가 침강하기 쉽거나 소포 지속성이 불충분해지기 쉽다. 또한, 상기 전단 속도가 100,000 s-1을 초과하면, 복합 입자 내 및/또는 복합 입사 사이의 조성면 및/또는 형태면의 관점에서의 편차가 너무 작아져서, 제타 전위의 분포 폭이 좁아지고, 충분한 소포 성능을 얻을 수 없다. 더욱 바람직하게는, 상기 전단 속도는 7,000 s-1 이상 및 50,000 s-1 이하이다.
본 발명의 에멀젼 형태의 실리콘 소포제 조성물은 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 양으로, 폴리옥시알킬렌 알킬 에테르, 예컨대 폴리옥시에틸렌 트리데실 에테르, 폴리옥시에틸렌 헥사데실 에테르 및 폴리옥시에틸렌 옥타데실 에테르, 비이온성 계면활성제, 예컨대 폴리옥시에틸렌 경화 피마자유 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄산 에스테르, 및 비이온성 계면활성제, 예컨대 라우로일글루타민산나트륨 및 나트륨 디라우라미도글루타미드 리신을 함유할 수 있다.
계면활성제의 양은 에멀젼 100 질량부 중 바람직하게는 50 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 30 질량부 이하이다.
계면활성제의 양이 50 질량부를 초과하면, 계면활성제가 환경에 악영향을 미치고, 실리카 입자의 응집력이 저하하여, 제품의 보존 안정성 및 희석시의 취급성을 손상시킨다.
본 발명의 에멀젼 형태의 실리콘 소포제 조성물은 본 발명의 목적을 손상시키지 않은 양으로, 방부제로서 살리실산, 벤조산나트륨, 디히드로아세트산나트륨, 소르빈산칼륨, 페녹시에탄올, 파라히드록시벤조산메틸 및 파라히드록시벤조산부틸을 함유할 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물에는 본 발명의 취지에 반하지 않는 한, 다른 첨가제를 첨가할 수 있다. 예컨대 pH 조정제, 착색제, 산화 방지제, 소취제, 가교제, 각종 촉매, 유화 안정제, 각종 유기 용제, 킬레이트제 등을 첨가할 수 있다.
본 발명의 에멀젼 형태의 실리콘 소포제 조성물에 사용되는 물의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 이온 교환수를 사용하는 것이 바람직하다. 이온 교환수는 바람직하게는 2 내지 12 범위, 더욱 바람직하게는 4 내지 10 범위의 pH를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 에멀젼 형태의 실리콘 소포제 조성물에 있어서의 에멀젼 입자의 입경은 바람직하게는 0.1 ㎛ 이상 및 1000 ㎛ 이하 범위이다. 이것이 0.1 ㎛ 이하이면, 충분한 소포 성능을 나타낼 수 없고, 이것이 1000 ㎛를 초과하면, 입자 침강성과 같은 문제가 발생한다. 0.5 ㎛ 이상 및 500 ㎛ 이하 범위가 더욱 바람직하다. 본 발명에 있어서, 평균 입경은 예컨대 Beckman Coulter, Inc. 제조의 입도 분포 계측 장치 N4Plus에 의해 계측할 수 있다.
상기 기재된 바와 같이, 본 발명의 에멀젼 형태의 실리콘 소포제 조성물에서는, 실리콘을 필수 성분으로서 포함하는 유분 및 실리카 입자에 의해 그리고 그의 제조 방법에 의해, 안정적으로 입경을 제어할 수 있어서, 입경의 분포를 좁힐 수 있다. 따라서, 보존 안정성 및 용도 전개시의 안정성이 향상된다.
본 발명에 따른 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자의 제타 전위는 임의의 방법 또는 장치에 의해 계측시에도 소포 성능 및 안정성에 대해 유사한 경향을 나타낸다. 그러나, 제타 전위의 계측에 있어서의 수분산액 중의 복합 입자의 농도에 대해서는, 적절한 값을 얻을 수 있는 범위가 존재한다. 복합 입자의 수분산액 중에 있어서의 농도는 바람직하게는 10 ppm 이상 및 50,000 ppm(5%) 이하이다. 이 농도가 100 ppm 미만이거나 50,000 ppm(5%)을 초과하면, 적절한 값이 나오지 않을 수 있다. 따라서, 실리콘 소포제 조성물이 에멀젼 형태이면, 바람직한 복합 입자 농도를 달성하기 위해 물로 희석하거나 또는 농축한다. 컴파운드 형태인 경우, 이를 바람직한 농도로 수중에 분산시킨다. 필요에 따라, 적절하게 계면활성제 등을 이용하여 이를 분산시킨다.
제타 전위를 계측하는 수분산액의 pH도 제타 전위에 대한 계측 결과에 영향을 미친다. 기포액의 pH가 미리 알려져 있는 경우, 그 pH에 맞춰 제타 전위를 계측할 수 있다. 제타 전위의 비교는 동일한 pH 하에서 비교하는 것에 의미가 있다.
본 발명에 따른 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자의 제타 전위의 바람직한 분포 폭은, 기포액의 종류, 목적의 소포 성능 등에 따라 절대값이 변할 수 있지만, 가장 일반적으로는, 상기 분포 폭은 하기의 바람직한 범위를 갖는다. 즉, 레이저 도플러 전기 영동법을 이용하여, 계측하려는 수분산액의 pH를 7로 한 경우에 계측된 제타 전위의 누계 상대 도수 분포에 있어서, 적분치 10%와 적분치 90%의 차이가 6 mV 이상 및 60 mV 이하인 것이 바람직하다. 이것이 6 mV 미만이면, 초기 소포성이 충분하지 않다. 이것이 60 mV를 초과하면, 초기 소포성 및 소포 지속성 양쪽을 달성하는 것이 어려워지고, 소포제가 에멀젼 형태인 경우, 입자의 분산 안정성이 저하한다. 더욱 바람직하게는, 이 차이는 10 mV 이상 및 40 mV 이하이다.
상기 기재된 바와 같이, 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자의 제타 전위의 분포 폭의 설정에 의해, 초기 소포성을 중시할지, 초기 소포성 및 소포 지속성 양쪽을 중시할지, 또는 에멀젼의 제품으로서의 안정성을 중시할지를, 용도에 따라 선택적으로 채택할 수 있다. 예컨대, 폼의 높이의 허용 범위 및 기포액이 들어간 용기의 형상에 따라 이들 우선 순위가 변할 수 있다. 용도의 일례로서, 폐액을 좁고 깊은 풀에 축적하고, 폐액을 빈번하게 교환하고, 폼이 쉽게 흘러넘치면, 초기 소포성이 중시된다. 넓고 얕은 풀을 사용하기 때문에 폼이 흘러넘치기 어려운 경우 및 폼이 장기간 동안 방치되는 경우에는, 초기 소포성 및 소포 지속성 양쪽이 요구된다.
또한, 억포를 주로 일으킬지 또는 파포를 주로 일으킬지에 대해서는, 또한 용도에 따라 어느 정도 선택적으로 채택할 수 있다. 이는, 상기 기재된 조성적 불균일성 및 형태적 불균일성의 밸런스를 용도에 따라 설정하기 때문이다. 예컨대, 폼이 조금이라도 생기면 곤란한 용도에서는, 억포를 주로 일으키기 위해 조성적 불균일성의 기여를 증가시킬 수 있는 반면, 폼이 그 자체로는 생겨도 되지만 어느 정도의 성장 단계에서 파괴되어도 그 이상 성장하지 않는 것이 좋은 용도에서는, 형태적 불균일성의 기여를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 실리콘 소포제 조성물 및 그의 제조 방법은 화학, 식품, 석유, 제사, 직물 및 의약품 공업과 같은 발포를 수반하는 모든 공정에 있어서 유효하게 작용한다. 시행 착오에 대한 의존성이 컸던 소포제의 제품 개발 및 제품 제조에 있어서, 본 발명에 의해 소포 성능을 예측할 수 있어서, 소포 성능이 높고 안정적인 소포제 및 이러한 소포제의 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실리콘 소포제 조성물은 용도 및 목적에 따라, 초기 소포성과 소포 지속성의 밸런스, 및 소포 성능과 분산 안정성의 밸런스를 조정할 수 있을 것으로 기대할 수 있다. 또한, 본 발명의 실리콘 소포제 조성물은 용도 및 목적에 따라 억포 및 파포 중 어느 것을 지배적으로 일으킬지를 제어할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.
[실시예]
이제 본 발명을 실시예에 의해 설명한다. 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것이 아님을 주지해야 한다. 실시예 및 비교예에 있어서의 제타 전위 계측 방법, 소포 성능 평가 방법 및 분산 안정성 평가는 이하와 같이 수행하였다.
성능 평가 시험에 있어서, 일부라도 불합격의 결과가 있는 생성물은 비교예로서 기재한다.
계면활성제를 사용하여 분산을 실시하여 수분산체 원액을 제조하였다. 전단 속도를 설정하였다.
<제타 전위의 계측 방법>
실리콘 소포제 조성물의 복합 입자의 제타 전위를 계측하기 위해서는, 이온 교환수에 의해 2 배 희석한 중성 인산염 완충액 중에 복합 입자의 농도를 10 내지 100 ppm의 범위 내로 설정한 수분산액을 조제하였다. 실리콘 소포제 조성물이 컴파운드 형태인 경우에는, 계면활성제를 이용하여 20,000 s-1의 전단 속도에서 분산시키고, 에멀젼 형태의 경우에는, 복합 입자의 농도가 소정 범위 내로 들어가도록, 물로 희석하거나 또는 농축시켜서 조제하였다. 어느 경우나, 수분산액의 pH는 7로 조정하였다.
제타 전위는 Malvern Nano-ZS90 기계를 이용하여 레이저 도플러 전기 영동법에 의해 계측하였다. 계측은 25℃에서 수행하였다.
제타 전위의 누적 상대 도수 분포에 있어서, 적분치 10%와 적분치 90%의 차이를 제타 전위의 분포 폭으로서 이용하였다.
<분산 안정성 평가 방법>
실리콘 소포제 조성물의 복합 입자의 분산 안정성을 평가하는 데 있어서, 이온 교환수 중에 복합 입자의 농도를 1 질량%로 설정한 수분산액을 조제하였다. 실리콘 소포제 조성물이 컴파운드 형태인 경우에는, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르와 같은 계면활성제를 적절하게 사용하여 복합 입자를 분산시켰다. 실리콘 소포제 조성물이 에멀젼 형태인 경우에는, 복합 입자의 농도가 소정 범위에 들어가도록, 조성물을 물로 희석하거나 농축시켜 에멀젼을 조제하였다.
조제한 수분산액 30 g을 50 ml 스크류관에 넣고, 25℃에서 저장 1개월 후에, 크리밍 및 침강의 존재를 확인하였다.
평가 기준;
A: 크리밍 및 침강이 확인되지 않음, B: 크리밍 및 침강이 약간 확인됨, C: 크리밍 및 침강이 확인됨
랭크 A 및 B는 합격 생성물로서 간주된다.
<소포 성능 평가 방법>
이온 교환수에 시험 기포액을 1.5 질량% 첨가하고, 추가로 실리콘 소포제 조성물을 첨가하여 시험 기포액을 조제하였다. 이 때, 시험 기포액 중의 복합 입자의 농도는 100 ppm으로 조정하였다. 실리콘 소포제 조성물이 컴파운드 형태인 경우에는, 적절하게 계면활성제를 사용하여 이를 분산시켰다.
이 시험 기포액 100 ml를 직경 50 mm의 500 ml 눈금 실린더에 넣고, Kinoshita 글래스 볼 필터 504G-1을 사용하여 에어 펌프에 의해 공기를 1.5 L/분의 유량으로 공급하여 폼을 생성시켰다. 공기 공급의 개시 10 초 후의 폼의 체적을 기록하고, 초기 소포성을 평가하였다.
기포액으로서, 기포액 1로서 알킬 에테르 황산염을 포함하는 기포액 및 기포액 2로서 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르를 포함하는 기포액 2종을 각각 준비하고, 평가하였다.
초기 소포성의 평가 기준; 10 초 후의 폼의 체적을 5 단계의 평가 기준으로 등급을 매겼다. 적어도 "3"의 평가 등급을 합격 생성물로 간주한다.
5: 10 ml 미만, 4: 10 ml 이상 및 100 ml 미만, 3: 100 ml 이상 및 200 ml 미만, 2: 200 ml 이상 및 300 ml 미만, 1: 300 ml 이상
소포 지속성의 평가에서는, 상기 초기 소포성의 평가 후, 동일한 상태에서 동일한 조건 하에서 공기의 공급을 20 분 동안 계속하고, 20 분 시점에서의 폼의 체적을 기록하고, 상기 기재된 것과 동일한 평가 방법에 의해 소포 성능을 평가하였다.
소포 지속성의 평가 기준; 20 분 후의 폼의 체적을 5 단계의 평가 기준으로 등급을 매겼다. 적어도 "3"의 평가 등급을 합격 생성물로 간주한다.
5: 50 ml 미만, 4: 50 ml 이상 및 200 ml 미만, 3: 200 ml 이상 및 300 ml 미만, 2: 300 ml 이상이고, 실린더 내에 폼이 머무름, 1: 폼이 실린더로부터 흘러넘침.
소포 성능의 종합 평가로서는, 초기 소포성 및 소포 지속성 모두가 합격인 경우를 합격 생성물로서 간주한다.
<실시예 1>
하기 설명에서, "부"는 달리 나타내지 않는 한, 질량을 기준으로 한다. 또한, 단위%는 모든 실록산 중의 실록산의 합계 수에 대하여 대응하는 실록산 단위의 비율을 나타낸다.
(CH3)2SiO2/2 단위 99.2% 및 (CH3)3SiO1/2 단위 0.8%를 포함하고 폴리디메틸실록산 단위 전체의 0.03%가 규소 원자 개질 에톡시기를 갖는 폴리디메틸실록산(실리콘 오일 A로 지칭됨) 100 부, 및 BET 표면적이 200 m2/g인 친수성 흄드 실리카(실리카 1로 지칭됨) 5.0 부를 디스크형 용해기를 사용하여 밀접하게 혼합하였다. 이 혼합물을 150℃에서 4 시간 동안 가열하여 컴파운드를 제조하였다.
이 컴파운드에 대한 제타 전위의 분포 폭은 18 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "A"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하고, 폼의 체적을 평가하였다. 계측된 체적은 45 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 40 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 95 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 85 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다.
하기 표 1은 컴파운드 형태의 실리콘 소포제 조성물로서의 화학적 조성, 제타 전위의 분포 폭의 계측 결과, 분산 안정성 및 소포성 결과를 나타낸다.
다음으로, 상기 기재된 컴파운드를 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르를 사용하여 분산시켜 에멀젼을 제조하였다. 전단 속도는 120,000 s-1였다. 생성한 에멀젼의 제타 전위의 분포 폭은 5.5 mV였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하였다. 이 시점에서 계측된 폼의 체적은 220 ml였다. 따라서, 평가는 불합격인 "2"였다.
그 다음, 전단 속도를 20,000 s-1로 변경하고, 리워크를 수행하였다.
생성한 에멀젼의 제타 전위의 분포 폭은 17 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "A"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하였다. 이 시점에서 계측된 폼의 체적은 40 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 35 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 90 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 80 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다.
하기 표 2는 에멀젼 형태의 실리콘 소포제 조성물로서의 화학적 조성, 제타 전위의 분포 폭의 계측 결과, 분산 안정성 및 소포성 결과를 나타낸다. 전단 속도는 최종 리워크시의 것이고, 분산 안정성 및 소포성의 평가 결과는 최종 리워크 후에 얻은 것임을 주지하라.
<실시예 2>
실시예 1에 있어서 실리콘 오일 A 100 질량부 대신에, 실리콘 오일 A 50 질량부, 및 (CH3)2SiO2/2 단위 99.7% 및 (CH3)3SiO1/2 단위 0.3%를 포함하고, 폴리디메틸실록산 단위 전체의 0.03%가 규소 원자 개질 에톡시기를 갖는 폴리디메틸실록산(실리콘 오일 B로 지칭됨) 50 질량부를 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일한 방식으로 컴파운드를 제조하였다.
이 컴파운드에 대한 제타 전위의 분포 폭은 19 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "A"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하였고, 이 시점에서 계측된 폼의 체적은 20 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 9 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 85 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 70 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다.
다음으로, 상기 기재된 컴파운드를 사용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 에멀젼을 제조하였다. 그 다음, 최종 리워크시의 전단 속도를 20,000 s-1로 설정하였다.
생성한 에멀젼의 제타 전위의 분포 폭은 18 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "A"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하였다. 이 시점에서 계측된 폼의 체적은 20 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 15 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 70 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 65 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다.
<실시예 3>
실시예 1에 있어서 실리콘 오일 A 100 질량부 대신에, 실리콘 오일 A 70 질량부 및 광물로서 이소파라핀 30 질량부를 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일한 방식으로 컴파운드를 제조하였다.
이 컴파운드에 대한 제타 전위의 분포 폭은 39 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "A"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하고, 폼의 체적을 계측하였다. 계측된 체적은 12 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 5 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 55 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 52 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다.
다음으로, 상기 기재된 컴파운드를 사용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 에멀젼을 제조하였다. 그 다음, 최종 리워크시의 전단 속도를 20,000 s-1로 설정하였다.
생성한 에멀젼의 제타 전위의 분포 폭은 37 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "A"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하였고, 이 시점에서 계측된 폼의 체적은 13 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 12 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 54 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 51 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다.
<실시예 4>
실시예 1에 있어서 실리카 1 5.0 질량부 대신에, 실리카 1 2.5 질량부 및 BET 표면적이 300 m2/g인 친수성 흄드 실리카(실리카 2로 지칭됨) 2.5 질량부를 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일한 방식으로 컴파운드를 제조하였다.
이 컴파운드에 대한 제타 전위의 분포 폭은 37 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "A"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하고, 폼의 체적을 계측하였다. 계측된 체적은 9 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 8 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 48 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 42 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
다음으로, 상기 기재된 컴파운드를 사용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 에멀젼을 제조하였다. 그 다음, 최종 리워크시의 전단 속도를 20,000 s-1로 설정하였다.
생성한 에멀젼의 제타 전위의 분포 폭은 35 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "A"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하였고, 이 시점에서 계측된 폼의 체적은 9 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 7 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 49 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 43 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
<실시예 5>
실시예 1에 있어서 실리콘 오일 A 100 질량부 대신에 실리콘 오일 A 50 질량부 및 실리콘 오일 B 50 질량부를 사용하고, 실리카 1 5.0 질량부 대신에, 실리카 1 2.5 질량부 및 실리카 2 2.5 질량부를 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일한 방식으로 컴파운드를 제조하였다.
이 컴파운드에 대한 제타 전위의 분포 폭은 39 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "A"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하고, 폼의 체적을 계측하였다. 계측된 체적은 9 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 8 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 55 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 52 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다.
다음으로, 상기 기재된 컴파운드를 사용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 에멀젼을 제조하였다. 그 다음, 최종 리워크시의 전단 속도를 20,000 s-1로 설정하였다.
생성한 에멀젼의 제타 전위의 분포 폭은 37 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "A"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하였고, 이 시점에서 계측된 폼의 체적은 8 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 8 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 54 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 53 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다.
<실시예 6>
실시예 1에 있어서 실리카 1을 5.0 질량부 대신에 1.0 질량부의 양으로 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일한 방식으로 컴파운드를 제조하였다.
이 컴파운드에 대한 제타 전위의 분포 폭은 7 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "A"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하고, 폼의 체적을 계측하였다. 계측된 체적은 160 ml였다. 따라서, 평가는 "3"이었다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 155 ml였다. 따라서, 평가는 "3"이었다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 270 ml였다. 따라서, 평가는 "3"이었다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 260 ml였다. 따라서, 평가는 "3"이었다.
다음으로, 상기 기재된 컴파운드를 사용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 에멀젼을 제조하였다. 그 다음, 최종 리워크시의 전단 속도를 20,000 s-1로 설정하였다.
생성한 에멀젼의 제타 전위의 분포 폭은 7 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "A"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하였고, 이 시점에서 계측된 폼의 체적은 155 ml였다. 따라서, 평가는 "3"이었다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 150 ml였다. 따라서, 평가는 "3"이었다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 245 ml였다. 따라서, 평가는 "3"이었다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 240 ml였다. 따라서, 평가는 "3"이었다.
<실시예 7>
실시예 1에 있어서 실리카 1을 5.0 질량부 대신 30 질량부의 양으로 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일한 방식으로 컴파운드를 제조하였다.
이 컴파운드에 대한 제타 전위의 분포 폭은 55 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "B"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하고, 폼의 체적을 계측하였다. 계측된 체적은 5 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 4 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 30 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 25 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
다음으로, 상기 기재된 컴파운드를 사용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 에멀젼을 제조하였다. 그 다음, 최종 리워크시의 전단 속도를 20,000 s-1로 설정하였다.
생성한 에멀젼의 제타 전위의 분포 폭은 6 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "B"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하였고, 이 시점에서 계측된 폼의 체적은 5 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 3 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 30 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 28 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
<실시예 8>
실시예 1에서 제조한 컴파운드를 사용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 에멀젼을 제조하였다. 그 다음, 최종 리워크시의 전단 속도를 7,000 s-1로 설정하였다.
생성한 에멀젼의 제타 전위의 분포 폭은 25 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "A"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하였고, 이 시점에서 계측된 폼의 체적은 9 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 8 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 75 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 60 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다.
<실시예 9>
실시예 1에서 제조한 컴파운드를 사용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 에멀젼을 제조하였다. 그 다음, 최종 리워크시의 전단 속도를 50,000 s-1로 설정하였다.
생성한 에멀젼의 제타 전위의 분포 폭은 12 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "A"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하였고, 이 시점에서 계측된 폼의 체적은 130 ml였다. 따라서, 평가는 "3"이었다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 115 ml였다. 따라서, 평가는 "3"이었다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 185 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 180 ml였다. 따라서, 평가는 "4"였다.
<비교예 1>
실시예 1에 있어서 실리카 1을 5.0 질량부 대신에 0.2 질량부의 양으로 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일한 방식으로 컴파운드를 제조하였다.
이 컴파운드에 대한 제타 전위의 분포 폭은 5 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "A"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하고, 폼의 체적을 계측하였다. 계측된 체적은 310 ml였다. 따라서, 평가는 "1"이었다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 180 ml였다. 따라서, 평가는 "3"이었다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후에 폼이 실린더로부터 흘러넘쳤다. 따라서, 평가는 "1"이었다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 320 ml였다. 따라서, 평가는 "2"였다.
다음으로, 상기 기재된 컴파운드를 사용하여 실시예 18에서와 동일한 방식으로 에멀젼을 제조하였다. 그 다음, 최종 리워크시의 전단 속도를 20,000 s-1로 설정하였다.
생성한 에멀젼의 제타 전위의 분포 폭은 5 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "A"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하였고, 이 시점에서 계측된 폼의 체적은 305 ml였다. 따라서, 평가는 "1"이었다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 175 ml였다. 따라서, 평가는 "3"이었다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후에 폼이 실린더로부터 흘러넘쳤다. 따라서, 평가는 "1"이었다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 325 ml였다. 따라서, 평가는 "2"였다.
따라서, 컴파운드 형태 및 에멀젼 형태의 소포제 조성물 모두에서, 기포액 1에 대해서는 초기 소포성 및 소포 지속성이 불합격이었다.
또한, 컴파운드 형태 및 에멀젼 형태의 소포제 조성물 모두에서, 기포액 2에 대해서 초기 소포성은 합격이었지만, 소포 지속성은 불합격이었다.
<비교예 2>
실시예 1에 있어서 실리카 1을 5.0 질량부 대신에 50 질량부의 양으로 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일한 방식으로 컴파운드를 제조하였다.
이 컴파운드에 대한 제타 전위의 분포 폭은 70 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "C"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하고, 폼의 체적을 계측하였다. 계측된 체적은 7 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 6 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후에 폼이 실린더로부터 흘러넘쳤다. 따라서, 평가는 "1"이었다. 기포액 2에서는, 20 분 후에 폼이 실린더로부터 흘러넘쳤다. 따라서, 평가는 "1"이었다.
다음으로, 상기 기재된 컴파운드를 사용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 에멀젼을 제조하였다. 그 다음, 최종 리워크시의 전단 속도를 20,000 s-1로 설정하였다.
생성한 에멀젼의 제타 전위의 분포 폭은 67 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "C"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하였고, 이 시점에서 계측된 폼의 체적은 7 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 7 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후에 폼이 실린더로부터 흘러넘쳤다. 따라서, 평가는 "1"이었다. 기포액 2에서는, 20 분 후에 폼이 실린더로부터 흘러넘쳤다. 따라서, 평가는 "1"이었다.
따라서, 컴파운드 형태 및 에멀젼 형태의 소포제 조성물 모두에서, 기포액 1 및 기포액 2 모두에 대해, 초기 소포성은 합격이었지만, 소포 지속성은 불합격이었다.
<비교예 3>
실시예 1에 있어서 실리콘 오일 A 100 질량부 대신에, 실리콘 오일 A 35 질량부, 실리콘 오일 B 35 질량부 및 이소파라핀 30 질량부를 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일한 방식으로 컴파운드를 제조하였다.
이 컴파운드에 대한 제타 전위의 분포 폭은 65 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "C"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하고, 폼의 체적을 계측하였다. 계측된 체적은 9 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 8 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 330 ml였다. 따라서, 평가는 "2"였다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 315 ml였다. 따라서, 평가는 "2"였다.
다음으로, 상기 기재된 컴파운드를 사용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 에멀젼을 제조하였다. 그 다음, 최종 리워크시의 전단 속도를 20,000 s-1로 설정하였다.
생성한 에멀젼의 제타 전위의 분포 폭은 64 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "C"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하였고, 이 시점에서 계측된 폼의 체적은 9 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 8 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 325 ml였다. 따라서, 평가는 "2"였다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 310 ml였다. 따라서, 평가는 "2"였다.
따라서, 컴파운드 형태 및 에멀젼 형태의 소포제 조성물 모두에서, 기포액 1 및 기포액 2 모두에 대해, 초기 소포성은 합격이었지만, 소포 지속성은 불합격이었다.
<비교예 4>
실시예 1에서 제조한 컴파운드를 사용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 에멀젼을 제조하였다. 그 다음, 최종 리워크시의 전단 속도를 3,000 s-1로 설정하였다.
생성한 에멀젼의 제타 전위의 분포 폭은 55 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "C"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하였고, 이 시점에서 계측된 폼의 체적은 9 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 8 ml였다. 따라서, 평가는 "5"였다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후에 폼이 실린더로부터 흘러넘쳤다. 따라서, 평가는 "1"이었다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 폼의 체적은 290 ml였다. 따라서, 평가는 "3"이었다.
따라서, 초기 소포성은 합격이었지만, 기포액 1에 대해 소포 지속성은 불합격이었다. 기포액 2에 대해 초기 소포성 및 소포 지속성 모두는 합격이었다.
<비교예 5>
실시예 1에서 제조한 컴파운드를 사용하여 실시예 1과 동일한 방식으로 에멀젼을 제조하였다. 그 다음, 최종 리워크시의 전단 속도를 150,000 s-1로 설정하였다.
생성한 에멀젼의 제타 전위의 분포 폭은 6 mV였다.
분산 안정성의 평가는 "A"였다.
초기 소포성의 평가에서는, 공기를 10 초 동안 기포액 1에 공급하였고, 이 시점에서 계측된 폼의 체적은 210 ml였다. 따라서, 평가는 "2"였다. 기포액 2에서는, 10 초 후의 체적은 195 ml였다. 따라서, 평가는 "3"이었다.
기포액 1에서의 소포 지속성의 평가에서는, 20 분 경과 후의 폼의 체적은 305 ml였다. 따라서, 평가는 "2"였다. 기포액 2에서는, 20 분 후의 체적은 275 ml였다. 따라서, 평가는 "3"이었다.
따라서, 기포액 1에 대해 초기 소포성 및 소포 지속성 모두는 불합격이었다. 기포액 2에 대해 초기 소포성 및 소포 지속성 모두는 합격이었다.
1) 1% 수분산체, 25℃/1개월 후, A: 크리밍 및 침강이 확인되지 않음, B: 크리밍 및 침강이 약간 확인됨, C: 크리밍 및 침강이 확인됨(랭크 A 및 B는 합격 생성물로 간주됨)
2) 초기 소포성 평가, 3 이상으로 등급이 매겨진 생성물을 합격으로 함.
3) 소포 지속성 평가, 3 이상으로 등급이 매겨진 생성물을 합격으로 함.
1) 1% 수분산체, 25℃/1개월 후, A: 크리밍 및 침강이 확인되지 않음, B: 크리밍 및 침강이 약간 확인됨, C: 크리밍 및 침강이 확인됨(랭크 A 및 B는 합격 생성물로 간주됨)
2) 초기 소포성 평가, 3 이상으로 등급이 매겨진 생성물을 합격으로 함.
3) 소포 지속성 평가, 3 이상으로 등급이 매겨진 생성물을 합격으로 함.
표 1 및 2에서 실시예 및 비교예로부터 명백한 바와 같이, 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자의 제타 전위의 분포 폭은, 유분 및/또는 실리카의 종류가 많을수록 넓어지는 경향이 있다. 또한, 이는 유분에 대한 실리카의 질량%가 클수록 넓어졌다. 또한, 이는 에멀젼의 제조시의 전단 속도가 작을수록 넓어졌다.
제타 전위가 5 mV였던 비교예 1에 있어서는, 기포액 1 및 기포액 2 모두에 있어서 소포성의 종합 평가는 불합격이었다. 제타 전위가 6 mV였던 비교예 5에 있어서, 기포액 1에 있어서는 소포성의 종합 평가는 불합격이었지만, 기포액 2에 있어서는 합격이었다. 따라서, 제타 전위가 7 mV였던 실시예 6에 있어서는, 기포액 1 및 기포액 2 모두에 있어서, 소포성의 종합 평가는 합격이었다.
따라서, 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자의 제타 전위의 분포 폭의 하한의 임계치는, 기포액 1에 대해서는 6 mV과 7 mV의 사이에, 기포액 2에 대해서는 5 mV과 6 mV의 사이에 존재하는 것이 밝혀졌다.
유사하게, 실시예 7, 비교예 4 및 비교예 3의 결과로부터, 제타 전위의 분포 폭의 상한의 임계치는, 기포액 1에 대해서는 54 mV와 55 mV 사이에, 그리고 기포액 2에 대해서는 55 mV와 64 mV 사이에 존재하는 것이 밝혀졌다.
따라서, 기포액에 따른 제타 전위의 분포 폭의 적절한 범위의 차이가 나타났다.
그러나, 제타 전위의 분포 폭이 50 mV를 초과하면, 소포 지속성이 저하하는 경향이 있고, 복합 입자의 분산 안정성도 저하하였다.
산업적 이용가능성
본 발명의 실리콘 소포제 조성물 및 그의 제조 방법은 화학, 식품, 석유, 제사, 직물 및 의약품 공업과 같은 발포를 수반하는 모든 공정에 있어서 유효하게 작용한다. 시행 착오에 대한 의존성이 컸던 소포제의 제품 개발 및 제품 제조에 있어서, 본 발명에 의해 소포 성능을 예측할 수 있어서, 소포 성능이 높고 안정적인 소포제 및 이러한 소포제의 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 이는 용도 및 목적에 따라, 초기 소포성과 소포 지속성의 밸런스, 및 소포 성능과 분산 안정성의 밸런스를 조정할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 본 발명의 실리콘 소포제 조성물은 용도 및 목적에 따라 억포 및 파포 중 어느 것을 지배적으로 일으킬지를 제어할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.
Claims (7)
- 기포액에 미리 첨가됨으로써 소포하는 타입의 실리콘 소포제 조성물로서, 상기 실리콘 소포제 조성물은 실리콘을 필수 성분으로서 포함하는 유분 및 실리카의 복합 입자 군을 포함하고,
복합 입자 군 중의 어느 복합 입자가 기포액에 의해 형성되는 폼을 구성하는 주변 막의 내면에 도달함으로써, 억포(foam-suppressing) 및 파포(foam-breaking)를 가능하게 하도록, 복합 입자 군의 제타 전위의 분포 폭이 기포액에 따라 설정되어 있는 실리콘 소포제 조성물. - 기포액에 미리 첨가됨으로써 소포하는 타입의 실리콘 소포제 조성물의 제조 방법으로서,
기포액의 종류에 따라, 유분 성분 및 실리카 성분 각각의 종류 및/또는 양을 선택하는 단계;
선택한 유분 성분 및 실리카 성분을 혼합하여, 실리콘을 필수 성분으로서 포함하는 유분 및 실리카의 복합 입자 군을 포함하는 실리콘 소포제 조성물을 조제하는 단계;
생성한 실리콘 소포제 조성물의 샘플을 얻어서, 복합 입자 군의 제타 전위의 분포 폭을 계측하는 단계; 및
소포제가 기포액에 의해 형성되는 폼을 구성하는 주변 막의 내면에 도달함으로써, 억포 및 파포를 가능하게 하도록, 계측한 제타 전위의 분포 폭이 기포액에 따라 설정되는 임계치 이상이 될 때까지, 상기 선택 단계 및/또는 상기 조정 단계, 및 상기 계측 단계를 반복하는 단계
를 포함하는, 실리콘 소포제 조성물의 제조 방법. - 제2항에 있어서, 상기 실리콘 소포제 조성물이 컴파운드 형태의 경우, 상기 실리콘 소포제 조성물이 수분산의 상태에서 제타 전위를 계측하고, 상기 조성물이 에멀젼 형태의 경우, 에멀젼의 제조시에 소정 전단 속도로 전단함으로써 실리콘 소포제 조성물을 조제하고, 에멀젼 형태에서 이의 제타 전위를 계측하는, 실리콘 소포제 조성물의 제조 방법.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 기포액에 미리 첨가된 실리콘 소포제 조성물을 기포액 중에서 분산 상태로 유지하며, 실리콘 소포제 조성물의 복합 입자가 분산 상태로 유지되도록, 제타 전위의 분포 폭을 소정 값 이하로 설정하는, 실리콘 소포제 조성물의 제조 방법.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 조정 단계에서, 상기 선택 단계에서 선택한 실리콘을 필수 성분으로서 포함하는 유분 성분 및 실리카 성분의 종류 및/또는 양에 따라서, 전단 속도를 선택하는, 실리콘 소포제 조성물의 제조 방법.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제타 전위의 분포 폭의 계측 단계는 상기 샘플링하는 실리콘 소포제 조성물이 소정의 고형분 농도를 갖게 하는 단계를 포함하는, 실리콘 소포제 조성물의 제조 방법.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 선택 단계에서 설정한 실리콘 양/실리카 양에 따라서, 상기 조제 단계에서의 소정 전단 속도를 설정하는, 실리콘 소포제 조성물의 제조 방법.
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| 비특허문헌 2: Ind. Eng. Chem. Fundam., 16 (4), 472 (1977) |
| 비특허문헌 3: Int. J. Mineral Process., 9, 1 (1982) |
| 비특허문헌 4: Langmuir, 15 (24), 8514 (1999) |
| 비특허문헌 5: Journal of Oleo Science, 42 (10), 762 (1993) |
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