비누의 기원은 Gauls 라는 독일의 한 부족이 동물성 지방과 물, 그리고 식물을 태운 재(ash)의 혼합물을 끓임으로써 비누를 만든데서 시작됐다. 로마시대를 전후로 유럽 대부분의 나라에서는 동물성 지방을 이용해서 만든 비누가 일반적이었다. 그러나 세계대전(World War Ⅱ.) 이후 인구가 급속도로 증가함에 따라 비누의 수요 또한 급증했다. 이에 이들의 충분한 공급이 어려워짐에 따라 petroleum-derived hydrocarbon으로부터 합성세제가 개발되었고, 지금 우리 생활의 대부분을 차지하고 있는 cleansing reagent는 이들 합성세제가 주를 이룬다.
비누(Soap)는 긴 사슬을 갖는 카르복시산(carboxylic acid)과 나트륨(sodium) 혹은 칼륨(potassium)이 이루는 염(salt)을 말한다. 다시 말해, 비누 분자는 탄화수소사슬(hydrocarbon chain)과 카르복시기(carboxylate group)로 구성되어있다.
먼지나 더러운 때 등의 기름기 있는 물질 대부분은 탄화수소 사슬로 이루어진 분자로, 비누의 탄화수소 부분, 비극성(non-polar)인 꼬리부분과 상용성을 갖기 때문에 비누분자가 기름기 있는 먼지입자와 만나게 되면, 비누의 탄화수소 사슬이 이들을 감싸서 마이셀(micell)을 형성하게 된다. 그리고 마이셀 면의 친수성(hydrophilic)인 카르복시기는 주위의 물분자와 상호작용을 통해 옷이나 피부로부터 먼지를 떼어내게 된다. 이렇게 떨어져 나온 때 입자들은 겉표면의 음의 전하를 띠는 카르복시기 사이에 정전기적으로 반발력이 작용하여 분산된 형태로 존재하게 된다.
칼슘(calcium)이나 마그네슘(magnesium) 등의 양이온이 녹아있는 물을 경수(hard water)라고 하는데, 경수에서 이들 양이온들은 비누와 녹지않는, 예를 들어 calcium stearate)와 같은 침전물을 형성하여 비누의 세척효과가 떨어지게 된다. 경수 속에 포함된 이들 양이온들이 모두 반응하여 침전으로 가라앉은 후에야 비누거품이 일고, 다시 세척효과를 발휘할수 있게 된다.
동물성 지방이나 식물성 기름 속에는 글리세릴 트리스테아레이트(glyceryl tristearate)와 같은 글리세릴 에스테르(glyceryl esters)라고 하는 화합물이 포함되어 있다. 자연에서 발견되는 대부분의 글리세릴 에스테르는 한 종류 이상의 카르복시부분(moiety-fatty acid)을 가지고 있다. 이런 에스테르 화합물을 염기용액(sodium hydroxide in water)과 함께 가열하게 되면 글리세롤(glycerol-clcohol 성분)과 지방산 염(carboxylic acid 성분)으로 가수분해 된다. 이러한 과정을 비누화 반응(saponification)이라고 한다.
지방 1g을 비누화시키는데 필요한 수산화나트륨의 양을 비누화값(Saponification value)이라고 한다. 지방에 들어있는 알킬기가 길수록 비누화 값이 작아진다.
용액중에 만들어진 비누를 분리하기 위해서는 염화나트륨과 같은 전해질을 용액에 넣어준다. 전해질은 물속에서 모두 해리하기 때문에 전해질의 이온보다 극성이 작은 비누분자들은 서로 엉키게 된다. 이러한 현상을 염석효과(salting-out effect)라고 한다.
필터를 통해 비누를 용액으로 부터 분리한후 차가운 물로 세척하여 순수한 비누만을 얻게 된다. 동물성 지방이나 실물성 기름에 포함된 글리세롤과 결합하여 비누를 만드는 카르복시산의 예를 들면 다음과 같다. Lauric acid, palmitic acid, Stearic acid, Oleic acid
클렌징 크림(cleansing cream)은 상당량의 물속에 기름(oil)과 왁스(wax)가 에멀젼 상태로 있는 것을 나타낸다. 에멀젼(emulsion)이라 하는 것은 비수용성 액체가 물속에 작은 크기의 방울상태로 분산되어 있는 것을 말한다. 기름과 왁스를 물에서 혼합을 하면, 아주 작은 방울 상태(지름이 약 1/1000 mm)로 존재하게 된다. 이 때 두 액체가 분리되는 것을 막고 같이 존재하도록 해 주는것이 에멀젼화제(emulsifying agent)인데 주로 stearic acid와 레시틴(lecithin)이 주로 사용된다. 올리브 기름이 식초에 분산되어 있는 에멀젼의 한 예인 마요네즈의 경우, 레시틴을 에멀젼화제로 사용하고 있다.
에멀젼 혼합물은 피부에 묻어있는 먼지나 기름기 등을 분리하여 물이나 기름에 녹여낼 수 있도록 해준다.
