왁스
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1. 개요
왁스는 일반적으로 화학 반응성이 낮고, 유기 용매에 녹으며, 실온에서 고체 상태를 유지하다가 가열하면 부드러워지는 유기 화합물이다. 왁스는 동물성, 식물성, 광물성, 석유계, 합성 왁스로 분류되며, 밀랍, 카르나우바 왁스, 파라핀 왁스 등이 대표적이다. 왁스는 바닥, 가구, 자동차 광택, 촛불 제작, 코팅, 화장품, 스키 왁스 등 다양한 용도로 사용된다.
왁스는 일반적으로 화학 반응을 잘 일으키지 않지만, 특수한 경우에는 분자 내에 포함된 -OH(하이드록시기)나 -COOH(카복실기) 같은 작용기를 통해 반응하기도 한다. 주성분인 고급 지방산 에스터 때문에 대부분 실온에서 고체 상태를 유지하며, 열을 가하면 부드러워지거나 녹는다. 유기 용매에는 잘 녹는 성질을 가진다. 왁스 중에는 특별한 냄새가 없는 것도 있지만, 석유에서 추출한 왁스처럼 특유의 냄새를 풍기는 경우도 있다.
왁스는 그 종류와 특성에 따라 매우 다양한 용도로 활용된다. 실온에서는 고체 상태로 다루기 쉽고, 가열하면 비교적 낮은 온도에서 녹으며, 기화 시 쉽게 연소하는 특징이 있다. 또한 물을 밀어내는 성질(발수성)과 마찰을 줄이는 윤활성 덕분에 여러 분야에서 유용하게 쓰인다.[1]
2. 왁스의 성질
화학적으로 왁스는 긴 지방족 알킬 사슬을 가진 유기 화합물로 특징지어지며, 일부는 방향족 구조를 포함하기도 한다. 천연 왁스는 불포화 결합이나 다양한 작용기(예: 지방산, 1차 알코올, 2차 알코올, 케톤, 알데히드, 지방산 에스터)를 가질 수 있다. 반면, 합성 왁스는 종종 작용기가 없는 긴 사슬 형태의 지방족 탄화수소(알케인 또는 파라핀)로 이루어진 경우가 많다.[1]
넓은 의미에서 왁스는 주로 동물의 지방, 식물성 기름 등에서 얻지만, 최근에는 석유의 원유를 분류하여 얻는 파라핀계 왁스가 많이 사용된다. 좁은 의미의 왁스인 왁스 에스테르는 화학적으로 합성하여 만들기도 한다.
왁스는 실온에서 고체 상태라 다루기 쉽고, 비교적 낮은 온도에서 녹으며(융해), 기체 상태가 되면 쉽게 불이 붙어 연소한다. 이러한 성질 때문에 예로부터 양초의 재료로 조명에 널리 사용되어 왔다. 또한 물을 밀어내는 성질(방수성)과 표면을 매끄럽게 하는 성질(윤활성)이 있어 양초 외에도 다양한 용도로 활용된다.
한편, 실러캔스와 같은 심해어나 향유고래의 몸에도 왁스 에스테르 형태의 왁스가 포함되어 있는데, 이는 사람의 소화 효소로는 가수 분해되지 않는다. 따라서 이러한 고기를 먹으면 설사를 할 수 있으며, 이 때문에 일본에서는 뱀장어와 갈치 중 특정 심해 어종의 판매를 식품위생법으로 금지하고 있다. ''심해어#심해어의 이용도 참조.''
덧붙여, 금속끼리의 접합에 사용하는 합금인 "납땜납"은 한자로 "鑞"로 표기되기도 한다. 이에 대해서는 납땜을 참조.
3. 왁스의 종류 및 분류
왁스는 긴 지방족 알킬 사슬을 가진 유기 화합물로, 상온에서 고체 형태를 띠며 가열하면 비교적 낮은 온도에서 녹는 특징이 있다.[1] 왁스는 다양한 기준에 따라 분류될 수 있다.
성질에 따라서는 기름에 잘 녹는 유성(油性) 왁스와 물에 잘 녹거나 분산되는 수성(水性) 왁스로 나눌 수 있다.
또한, 원료나 주성분에 따라 다음과 같이 분류하는 것이 일반적이다. 각 분류에 대한 자세한 내용은 아래 하위 섹션에서 다룬다.3. 1. 동물성 왁스
동물에서 유래하는 왁스는 일반적으로 다양한 지방산과 카르복실 알코올에서 파생된 왁스 에스터로 구성된다. 식물 기원의 왁스와는 달리 에스터 형태가 주를 이룬다.[2] 동물성 왁스의 종류와 특징은 다음과 같다.
꿀벌이 벌집을 만들 때 복부의 밀선에서 분비하는 왁스이다. 벌집의 주성분으로, 이를 가열하고 녹여서 얻는다. 정제하지 않으면 꿀과 비슷한 달콤한 향이 나지만, 정제하면 냄새가 없어진다. 주요 성분은 미리실 팔미테이트(트리아콘탄올과 팔미트산의 에스터)[2] 와 세로틴산(CH3(CH2)24COOH)이다. 녹는점은 62°C에서 65°C 사이이며,[2] 요오드값은 5~13으로 다른 왁스에 비해 매우 낮다. 그림 물감, 화장품, 크림, 양초, 비누 등의 재료로 사용된다.
향유고래의 머리 부분(고래 왁스 기관)에 있는 뇌유에서 고래 기름을 분리하고 남은 고체 왁스이다. 주성분은 세틸 팔미테이트 (또는 팔미틴산 세틸, CH3(CH2)14COO(CH2)15CH3)라는 왁스 에스터이다.[1] 무취이며 응고점은 42°C에서 52°C 사이이다. 구성하는 지방산의 분자량이 작고(검화가 118-135), 불포화 지방산 비율이 매우 낮다(요오드값 3.9-9.3). 영어 명칭 'spermaceti'(고래의 정자)는 뇌유의 외관 때문에 생긴 오해에서 유래했다. 과거에는 양초나 화장품 재료로 널리 사용되었으나, 포경 금지 이후 생산되지 않는다.
양의 피지선에서 분비되어 양모 표면을 덮는 왁스이다. 스테롤의 에스터로 구성되어 있으며,[1] 세릴 알코올과 미리스트산 등을 포함한다. 무취이며 응고점은 30°C에서 40°C 사이이다. 피부 보호 및 보습 효과가 뛰어나 화장품, 의약품 등에 널리 사용된다.
깍지벌레의 일종인 이보타 왁스 벌레(''Ericerus pela'')의 수컷 유충이 분비하는 왁스이다. 이 벌레는 물푸레나무과 식물에 기생하며, 가지 주변에 막대 모양의 왁스 덩어리를 만든다. 이 왁스는 단단하고 녹는점이 높다. 목제품이나 생사의 광택을 내거나, 미닫이 문이나 장지문의 움직임을 부드럽게 하는 데 사용된다. 또한 족자나 두루마리 뒷면에 발라 감기 쉽게 하거나, 오래된 SP 레코드 재생 시 마찰을 줄이는 용도로도 쓰인다.3. 2. 식물성 왁스
왁스는 많은 식물과 동물에 의해 생합성된다. 식물 기원의 왁스는 동물 기원 왁스와 달리 왁스 에스터보다 비에스테르화 탄화수소의 혼합물이 특징적으로 나타날 수 있다.[2] 왁스의 조성은 종뿐만 아니라 유기체의 지리적 위치에 따라서도 달라진다.
식물은 증발, 습윤성, 수분 공급을 조절하기 위해 왁스를 큐티클 내부와 표면에 분비한다.[7] 식물의 표피 왁스는 알칸, 알킬 에스테르, 지방산, 1차 및 2차 알코올, 다이올, 케톤, 알데히드 등을 포함하는 치환된 장쇄 지방족 탄화수소의 혼합물이다.[2]
상업적으로 중요한 식물성 왁스는 다음과 같다.3. 3. 광물성 왁스
광물성 왁스는 주로 지질학적 과정에서 생성되거나 광물에서 추출되는 왁스를 의미한다. 대표적인 광물성 왁스는 다음과 같다.3. 4. 석유계 왁스
최근에는 석유의 원유를 분류하여 얻어지는 왁스질의 탄화수소인 파라핀계 왁스가 주로 사용된다. 석유계 왁스는 크게 파라핀 왁스와 마이크로 왁스로 나눌 수 있다.
; 파라핀 왁스
: 원유에서 정제된 직쇄상 탄화수소 (노르말 파라핀)가 주성분인 왁스이다. 20세기 이후 동식물 유래의 왁스를 대신하여 널리 사용되고 있다. 원유의 진공 증류 과정 중 감압 증류 유출유에서 분리 및 정제된다. 파라핀 왁스는 포화된 n-알칸 및 iso-알칸, 나프텐, 알킬 및 나프텐으로 치환된 방향족 화합물의 혼합물이다. 일반적인 화학 조성은 헨트리아콘탄 (C31H64)과 같이 일반식 C''n''H2''n''+2를 가지는 탄화수소로 구성된다. 수백만 톤의 파라핀 왁스가 매년 생산되어 껌 및 치즈 포장과 같은 식품 분야, 양초, 화장품, 비 점착성 및 방수 코팅, 광택제 등 다양한 용도로 사용된다.
; 마이크로 왁스
: Microcrystalline wax|마이크로크리스탈린 왁스eng라고도 불린다. 파라핀 왁스와 마찬가지로 원유에서 정제되지만, 분지 탄화수소 (이소파라핀)가 주성분이며 포화 환상 탄화수소도 포함한다. 이름처럼 결정이 매우 미세하며, 파라핀 왁스보다 탄소 수가 많고 더 높은 융점을 가진다. 이러한 특성 때문에 파라핀 왁스와는 다른 용도로 사용된다. 마이크로 왁스는 원유의 감압 증류 유출유 중 중질 분획이나 잔사유에서 분리 및 정제된다.
3. 5. 합성 왁스
합성 왁스는 크게 탄화수소계 왁스와 기타 합성 왁스로 나눌 수 있다.
=== 탄화수소계 왁스 ===
탄화수소를 화학적으로 합성하여 만들며, 좁은 의미의 왁스는 아니다.
; FT 왁스
: 피셔-트롭쉬 공정을 통해 천연 가스 등에서 얻어진다. 파라핀 왁스와 같은 직쇄상 탄화수소이며, 유사한 용도로 사용된다. 또한 천연 가스로부터 액체 연료 등을 만들어내는 GTL의 원료 등으로도 이용된다.
; 폴리에틸렌 왁스
: 에틸렌의 중합이나 열분해 등으로 만들어진다. 1995년 기준으로 연간 약 2억 킬로그램의 폴리에틸렌 왁스가 소비되었다.[7] 폴리에틸렌 왁스는 주로 다음 세 가지 방법으로 제조된다.
# 에틸렌의 직접 중합. 경우에 따라 공중합체를 포함할 수 있다.
# 고분자량 폴리에틸렌 수지의 열적 분해.
# 고분자량 수지 생산 과정에서 저분자량 분획 회수.
각 생산 기술은 점도, 밀도, 용융점 등 약간 다른 특성을 가진 제품을 생성한다. 분해 또는 회수 방식으로 생산된 폴리에틸렌 왁스는 사용 중 휘발 및 잠재적인 화재 위험을 방지하기 위해 제거해야 하는 매우 낮은 분자량 물질을 포함할 수 있다. 이 방법으로 제조된 폴리에틸렌 왁스는 일반적으로 인화점을 260°C(약 260.0°C) 이상으로 만들기 위해 저분자량 분획이 제거된다. 많은 폴리에틸렌 수지 공장에서는 저분자량 왁스(LPW)라고 불리는 저분자량 스트림을 생산하기도 한다. LPW는 정제되지 않은 상태로 휘발성 올리고머, 부식성 촉매, 기타 이물질 및 수분을 포함할 수 있다. 따라서 폴리에틸렌 왁스를 생산하기 위한 LPW 정제 과정에는 올리고머 및 유해 촉매 제거가 포함된다. LPW를 폴리에틸렌 왁스로 적절하게 정제하는 것은 미국 FDA 또는 기타 규제 인증이 필요한 응용 분야에 사용될 때 특히 중요하다.
; 폴리프로필렌 왁스
: 프로필렌의 중합이나 열분해 등으로 만들어진다.
=== 기타 합성 왁스 ===
천연 유래 원료를 화학적으로 합성하여 상온에서 고체인 물질을 합성 왁스라고 부르기도 한다. 지방산 에스테르, 아민, 경화유 등이 여기에 해당한다.
4. 왁스의 용도
'''광택 및 보호'''
'''윤활'''
'''성형 및 제조'''
'''화장품 및 생활용품'''
'''식품 관련'''
'''산업 및 기타'''
5. 한국 전통 왁스와 관련된 문제점
하제나무의 열매로 만들어지는 일본의 전통 목랍인 하제 왁스(Japan wax)는 전통적으로 일본식 촛불이나 목제품 광택제로 사용되어 왔다. 과거 메이지·다이쇼 시기에는 일본의 주요 수출품이었으며, "Japan wax"라는 이름으로 해외에 알려졌다. 전통적인 생산 방식으로는 찜통으로 찐 열매를 압착하는 구슬 조이기법이 있으며, 근대에는 용매 추출법도 사용된다.
그러나 21세기 들어 일본 내 생산량은 계속 감소하고 있다. 특히 양질의 제품을 얻을 수 있는 전통 방식인 구슬 조이기법을 사용하는 생산자는 나가사키현 시마바라시에 극소수만 남아 있어 전통 기술의 계승에 어려움을 겪고 있다. 이는 일본 전통 왁스 생산 기반 자체가 위협받고 있음을 보여준다.
옻나무 열매에서도 하제 왁스와 유사한 목랍을 얻을 수 있다. 에도 시대에는 동일본 지역이 주산지였으나, 하제 왁스에 밀려 현재 일본에서는 거의 생산되지 않고 있다. 이처럼 일부 일본 전통 왁스는 생산량 감소와 기술 단절의 문제에 직면해 있다.
참조
[1]
서적
Esters, Organic
Wiley-VCH, Weinheim
[2]
서적
Chemistry and morphology of plant epicuticular waxes
Academic Press
[3]
논문
A toolbox for the characterization of biobased waxes
2016-11-01
[4]
논문
Ruthenium Olefin Metathesis Catalysts for the Ethenolysis of Renewable Feedstocks
2008-08-01
[5]
논문
Wax esters produced by solvent-free energy-efficient enzymatic synthesis and their applicability as wood coatings
http://xlink.rsc.org[...]
2016-12-06
[6]
서적
Wax chemistry and technology
https://books.google[...]
[7]
서적
Waxes
Wiley-VCH, Weinheim
[8]
웹사이트
Minwax® Paste Finishing Wax | Specialty Products
http://www.minwax.co[...]
Minwax.com
2012-12-15
[9]
서적
The rational arts of living: Ruth and Clarence Kennedy Conference in the Renaissance, 1982
Dept. of History of Smith College
[10]
서적
Handbook to Life in the Medieval World
Facts On File, Infobase Publishing
[11]
웹사이트
How To Make Skateboard Wax: A Home DIY Guide
https://blackspell.c[...]
2021-07-28
관련 사건 타임라인
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