化学製品・高分子製品の基礎講座
私たちは、あらゆるところで多種多様な「化学製品」に囲まれています。 それらの化学製品、あるいは化学物質について、知っておくべきこととは何か。 本連載では、製品の成分や仕様説明に記載されている化学物質、高分子材料について理解できるよう、 化学製品の基礎知識をご紹介していきます。
第1章 化学製品を理解するための基本

1-7 界面活性剤の用途と種類

界面とは物質と物質の境のことです。気体と固体、気体と液体の境は、通常は固体や液体の表面と呼んでいますが、界面のひとつです。そのほか混ざり合わない液体と液体、固体と固体、また液体と固体など、界面は至るところにあります。 物質を分子レベルで眺めると、物質内部では1分子の周囲にはその物質を構成する他の分子が取り囲んでいるのに対して、界面ではその取り囲みが部分的に無くなります。このため界面では急に物質の性質が変わります。この結果として、よく見かける現象が表面張力です。

界面活性剤とは、この界面に作用して界面の性質を著しく変える性質をもつ物質です。表面張力で水をはじいた葉の表面も洗剤を加えた水ではぬれてしまいます。ひとつの分子内に水になじむ性質の部分(親水基)と油になじむ性質の部分(親油基)をもつ物質が界面活性剤になります。

界面活性剤と聞くと、すぐに洗剤を思い浮かべると思います。しかし、界面活性剤がもつ機能は洗浄だけではなく、表に示すようにたくさんあります。洗浄という働きは、界面活性剤の湿潤、浸透、乳化、分散、起泡など様々な機能が組み合わさった結果なのです。

表1 界面活性剤のもつ様々な機能

機能 説明 用途
湿潤・浸透 ぬらす・しみこませる 洗剤、染色助剤
乳化・可溶化 混ざり合わない液体同士をまぜる 洗剤、化粧品、食品添加物、農薬、乳化重合助剤
分散 混ざりあわない固体と液体を散らせる 塗料、インキの分散剤、セメント減水剤、洗剤
起泡・消泡 泡を立てる・消す ヘアシャンプー、洗剤、泡消火剤、
軽量コンクリート用起泡剤、
発酵や紙パルプの消泡剤、
塗料・インキの消泡剤
柔軟・可塑 固体を柔らかくする ヘアリンス、ヘアトリートメント、繊維柔軟仕上剤
潤滑 固体と固体を滑らせる 潤滑油添加剤、切削油添加剤、繊維油剤
帯電防止 固体の帯電を防ぐ プラスチック帯電防止、合成繊維帯電防止
防錆 金属のさびをふせぐ 金属加工時のさび止め剤
殺菌・抗菌 菌の増殖を防ぐ 除菌洗浄剤、繊維抗菌処理剤

このような様々な機能をもつために界面活性剤は非常に多くの用途で使われます。とくに副資材的な用途に多く使われるので界面活性剤を使いこなせるか否かは、その道のプロへの登竜門と言えましょう。 洗剤には、家庭用の洗濯用洗剤、台所用洗剤、住居用洗剤、シャンプーがあり、さらに産業用洗剤があります。変わったところでは、古紙を再生する際に印刷インキを落とす脱墨剤も洗剤のひとつです。化粧品には可溶化剤、乳化剤として界面活性剤が使われます。化粧品は水、油、保湿剤を基礎成分として混合することが多く、界面活性剤は不可欠です。 乳液、クリームに界面活性剤が使われていることは明らかですが、透明な化粧水にも可溶化剤として界面活性剤が使われています。そのほか乳化剤として食品添加物、農薬などにも使われます。水をはじいてしまう昆虫の身体や葉の表面に農薬が付くために界面活性剤は不可欠です。 帯電防止剤として、プラスチックに混合して汚れ防止に、また合成繊維の嫌な帯電の防止に使われます。分散剤としては、塗料、インキなどをつくる際に顔料の粉を溶媒に均一に混合させ、またセメントを必要最小限の水で混合して良好なコンクリートをつくる際にも使われます。 セメントと水は混ざりにくく、そうかと言って規定量以上の水を加えてしまうと、硬化後のコンクリート強度が落ちてしまいます。 このために、セメントの分散剤はわざわざ減水剤と呼ばれています。また微細な泡を連れ込むことによってコンクリートの流動性を高める際に使われる界面活性剤はAE剤とも呼ばれます。洗髪後のリンスや洗濯後の柔軟仕上げの柔軟仕上剤、繊維を均一に染色させるための繊維助剤、塗装の際に発生する泡を消す消泡剤など界面活性剤の用途にはきりがありません。

界面活性剤は親水基によって大きく4つに分けられます。水に溶けた時に、親水基がマイナスイオンになるものをアニオン界面活性剤、親水基がプラスイオンになるものをカチオン界面活性剤、両方のイオンをもつものを両性界面活性剤と呼びます。これに対してイオンにならない親水基をもつものをノニオン(非イオン)界面活性剤と言います。 イオンにならない親水基には-CH2CH2O-が連結した構造(ポリオキシエチレンまたはポリエチレングリコールという名前が入る)がよく使われます。一方、親油基には-CH2-が十数個連なった構造(アルキルとか脂肪という名前が入る)がよく使われます。

表2

分類 代表的な種類
アニオン界面活性剤 カルボン酸塩 脂肪酸塩
スルホン酸塩 アルキルベンゼンスルホン酸塩(ABS、LAS)、
α-オレフィンスルホン酸塩(AOS)
硫酸エステル塩 高級アルコール硫酸エステル塩(AS)、
ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩(AES)
リン酸エステル塩 アルキルリン酸塩、
ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸塩
カチオン界面活性剤 脂肪族4級アンモニウム塩、アルキルベンジルアンモニウム塩
ノニオン界面活性剤 ポリオキシエチレンアルキルエーテル(AE)、
ポリエチレングリコール脂肪酸エステル
両性界面活性剤 アルキルカルボキシベタイン、アルキルアミノ脂肪酸塩

アニオン界面活性剤は、洗剤、乳化剤、帯電防止剤、防錆剤、起泡剤によく使われます。ノニオン界面活性剤も、洗剤、乳化剤、可溶化剤とアニオン界面活性剤に似た用途に使われますが、消泡剤に使われる点が異なります。 一方、カチオン界面活性剤は、アニオン界面活性剤、リンス剤、繊維柔軟剤、殺菌剤によく使われます。両性界面活性剤はシャンプー、台所用洗剤、殺菌剤 柔軟剤、繊維仕上剤に使われます。シャンプー、リンス、化粧水、乳液などは、全成分が小さな文字で表示されています。どのような界面活性剤が使われているか、一度じっくり眺めてみてください。

執筆: 日本化学会フェロー 田島 慶三

『化学製品・高分子製品の基礎講座』の目次

第1章 化学製品を理解するための基本

第2章 化学製品の利用に当って留意すべき法規制

第3章 化学製品の基本

第4章 高分子製品を理解するための基本

第5章 主要な高分子材料の種類と特長

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