化学製品・高分子製品の基礎講座
3-3 洗剤の特徴と分類
洗剤は、図のように家庭用、業務用、工業用に分けられます。モノタロウでは業務用のうちドライクリーニング用洗剤の取扱があります。
家庭用身体用洗剤と業務用美容院・ホテル用洗剤は、化粧石けん、手洗石けん、洗顔料、シャンプー、ボディシャンプーです。これらは化粧品に属し、医薬品医療機器等法(2-3 参照)の規制対象になるので、通常は洗剤に含めません。ここでも説明は省略します。
洗剤の種類
家庭用 | 身体用※ | |
衣料用 | 重質洗剤(ヘビーデューティ) | |
軽質洗剤(ライトデューティ) | ||
台所用 | ||
住居用 | ||
業務用 | 美容院・ホテル用※ | |
ドライクリーニング用 | ||
ランドリークリーニング用 | ||
厨房用 | ||
建物・施設用 | ||
工業用 | 機械金属用、エレクトロニクス用、車両船舶用 |
※化粧品に属する
洗剤の主成分は用途に応じて様々ですが、おおむね界面活性剤(1-7 参照)、有機溶剤(1-6 参照)、酸・アルカリ(1-3 参照)の3つに分けられます。主成分単独でなく複数の主成分を混合することも、しばしば行われます。
多くの洗剤は、主成分に次の表に示すような助剤を加えてつくられます。
洗剤の助剤
種類 | 役割 | 物質 |
---|---|---|
水軟化剤 | 水中のCa、Mgイオンをイオン交換で取り込んで水の硬度を下げる | ゼオライト、ポリアクル酸塩 |
キレート剤 | 水中のCa,Mgイオンをキレート作用で取り込んで水の硬度を下げる | EDTA、クエン酸塩 |
pH調整剤 (アルカリ剤) |
アルカリ性を保つ | 炭酸塩、ケイ酸塩、アルカノールアミン、水酸化ナトリウム |
分散剤 (再汚染防止剤) |
泥などの固体微粒子を分散させ、再付着を防止する | CMC、PVA、PEG、PVP |
泡調整剤 | 過剰な泡立ちを調整する | シリコーンオイル |
溶剤 | こびりついた油を膨潤、溶解させる | グリコールエーテル |
酵素 | タンパク質、油汚れの分解、綿等のセルロースの表面を分解 | プロテアーゼ、リパーゼ、セルラーゼ |
蛍光増白剤 | 洗濯物の黄ばみを補色補正する | スチルベン系化合物 |
漂白剤 | 汚れを酸化分解 | 過炭酸ナトリウム |
以下では、各種の洗剤について、特徴と配合構成を説明します。
家庭用衣料用洗剤は、もっぱら界面活性剤を主成分としています。これにビルダーと言われる助剤(水軟化剤、キレート剤、pH調整剤、分散剤)、酵素、蛍光増白剤が加えられます。家庭用衣料用洗剤には重質洗剤と軽質洗剤があります。 重質洗剤は、木綿製やポリエステル製衣料で汚れの比較的ひどいものを洗濯機で力強く洗うのに適した洗剤です。主成分の界面活性剤としてアルキルベンゼンスルホン酸塩(LAS)、α-オレフィンスルホン酸塩(AOS)のような洗浄力の強いアニオン界面活性剤と ポリオキシエチレンアルキルエーテル(AE)のような洗浄力の強いノニオン界面活性剤を使います。軽質洗剤は毛、絹のようなアルカリ性に弱い繊維の衣料に適し、高級アルコール硫酸エステル塩(AS)のような洗浄力のマイルドなアニオン界面活性剤とノニオン界面活性剤を主成分とします。 業務用ドライクリーニング用洗剤は、塩素系溶剤(パークロロエチレン)や炭化水素系溶剤(ヘキサンなど)のような有機溶剤を主成分とし、これに汚れの再付着防止のため界面活性剤を加えます。業務用ランドリークリーニング用洗剤は家庭用重質洗剤に似ていますが、高温水を使うので漂白剤も加えることがあります。
家庭用台所洗剤、業務用厨房用洗剤も界面活性剤を主成分としています。起泡力の高いアニオン界面活性剤(LAS、AOS、AS、AESなど)、起泡調整力のあるノニオン界面活性剤(AE、脂肪酸アルカノールアミドなど)に加えて、手荒れの少ないアルキルアミンオキシドのような両性界面活性剤も使われます。 助剤としてはキレート剤、有機溶剤が使われます。自動食器洗い機用洗剤としては洗浄力は優れるが、泡立ちが少ないノニオン界面活性剤にpH調整剤、キレート剤が加えられます。
家庭用住居用洗剤には浴室用、トイレ用、レジン換気扇用、ガラス用、一般住宅用と色々な種類があります。浴室は皮脂汚れに加えて石けんかす(脂肪酸カルシウム塩など)汚れが付着します。 このためアニオン(LASなど)、ノニオン界面活性剤(AEなど)を主体にキレート剤、溶剤が加えられます。以前は酸性洗剤が使われましたが、最近は少なくなりました。トイレの便器内の汚れは尿石(尿からのリン酸カルシウム)と水垢(水中のケイ酸と陶器のガラス質との反応生成物)です。後者は落としにくい汚れです。 中性タイプの洗剤は界面活性剤を主体にキレート剤が加えられています。酸性タイプの洗剤は、塩酸や有機酸を主体にしています。いずれもリン酸カルシウムを分解して除去します。レジン換気扇汚れは油汚れで、しかも時間が経って酸化・重合しているために、こびりついています。 洗剤は洗浄力の強力なアニオン、ノニオン界面活性剤にpH調整剤としてアルカリ、さらに汚れを膨潤させるため溶剤を加えています。ガラス用洗剤も界面活性剤を主体にアンモニアやエタノールアミンのようなアルカリ剤が加えられています。一般住宅用洗剤は界面活性剤を主体にpH調整剤、分散剤、泡調整剤が配合されています。
業務用建物・施設用洗剤には汚れの種類、汚れたものに応じて様々な洗剤があります。油汚れの工場の床洗浄用洗剤では、界面活性剤を主体にアルカリ剤、溶剤を配合したものが多くあります。また研磨剤を加えた洗剤もあります。
工業用洗剤は洗浄分野によって成分が異なります。食品工業では原料となる生鮮食品の洗浄、設備、器具、容器の洗浄が必要です。洗浄の際には通常の汚れに加えて、特に微生物への配慮が重要です。界面活性剤を主体とした洗剤を使う洗浄に加えて、必要に応じて高温水、高温蒸気を使った殺菌も行われます。 一方、繊維工業では、原料となる羊毛の脱脂洗浄に加えて、紡糸、紡績、織布の各工程で紡糸油のような処理油が使われるので洗浄が必要です。さらに染色加工工程では処理前はもちろん、処理後も十分な洗浄が行われます。界面活性剤を主体とした洗剤が使われます。
現在の日本の製造業では、金属加工、機械工業が最も重要な分野になっています。この工業に使われる洗剤について述べます。金属加工や熱処理時には切削加工油など様々な油が使われ、次の工程に行く前に脱脂洗浄が必要になります。またパフ研磨の後にはパフ研磨材(砥粒を主体に油脂、界面活性剤)の除去が必要になります。 一方、ハンダ付けを行ったあとにはフラックス(松脂が主体)除去が必要になります。塗装やメッキの前には洗浄が不可欠です。 このような様々な汚れを洗浄する工業用洗剤には有機溶剤(炭化水素系、アルコール系、塩素系溶剤など)、準水系(炭化水素+界面活性剤+グリコールエーテル、N-メチルピロリドン+水など)、水系(中性の界面活性剤+水、アルカリ性の界面活性剤+アルカリ+水、酸性の界面活性剤+酸+水)の洗剤が洗浄対象物、汚れの種類に応じて使い分けられます。
『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
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1-1化学製品の構成モノタロウで販売している製品を化学の目から理解するための基礎講座です。
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1-2化学物質の名前化学製品の成分、すなわち化学物質の名前はカタカナが並んで訳がわからないと思っておられる方が多いと思います。
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1-3酸とアルカリ酸とアルカリは小学校、中学校、高校の理科で習っており、何を今さらと思われるかもしれません。
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1-4無機薬品の特徴と種類人工のものも含めると元素は110以上知られており、このうち安定に存在できる最大の元素は原子番号82、質量数208の鉛です。
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1-5有機薬品とモノマー医薬品、化粧品、洗剤、プラスチック製品など、私たちの身の回りにある化学製品の多くは有機化合物です。
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1-6有機溶剤の用途と種類有機溶剤の用途を表に整理して示します。まず化学物質を溶解するという、字義通りの用途自体にも様々な使い方がある上に、そのほかにも様々な用途があ
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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。
第2章 化学製品の利用に当って留意すべき法規制
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2-1化学製品における事故防止関係の法規制化学製品には、燃えやすかったり、有毒であったりと、知らないで使うと危険な物質が使われていることがあります
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2-2有害化学物質の安全規制火を使うことによって人類は他の動物からの攻撃や寒さを防ぐことができるようになったばかりでなく、食生活はもちろん、道具づくりにおいても大きく進歩しました。
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2-3化学物質の効能と安全の両方を求める規制化学物質の安全規制法の中には、化学物質を使用するからには必要とする性能を確保し、なおかつ安全性を厳しく要求するものがあります。医薬品、農薬、肥料などへの規制です。
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2-4環境保全を目指す法規制環境保全対策には、身近な公害対策、ごみ処理、自然環境保護から、地球規模の環境対策まで様々なものがあります。
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2-5化学製品における表示規制商品の購買者に正しい商品情報、しかも最低限必要不可欠な内容を伝えるために、様々な法律によって表示規制が行われています。
第3章 化学製品の基本
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3-1農薬の特徴と分類様々な化学製品について、その製品を理解するための基本知識を説明します。
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3-2化学肥料の特徴と分類田畑では育てた農作物が持ち出されるため、植物に必要な養分の自然循環ができません。
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3-3洗剤の特徴と分類洗剤は、図のように家庭用、業務用、工業用に分けられます。
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3-4塗料の特徴と分類塗料は、ものの表面を覆うことによって表面を保護し、また美観を与える化学製品です。
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3-5接着剤の特徴と分類接着剤は、ものの表面にくっついて、ものとものとを接合させる化学製品です。
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3-6印刷用化学品の特徴と分類ヨーロッパの歴史において中世から近世への開幕の主役は、羅針盤、火薬、紙と印刷でした。
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3-7染料・顔料の特徴と分類染料も顔料も色を付けるために使われる化学製品です。
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3-8試薬の特徴と分類試薬とは文字どおり「試験研究用薬品」のことです。
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3-9殺菌剤・消毒剤・抗菌剤の特徴と分類人間の目に見えない細菌、カビ、ウイルスなどは、食中毒や伝染病などの原因になる可能性があり、その対策は人類にとって長年の課題でした。
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3-10香料・消臭剤・脱臭剤の特徴と分類空気中を漂ってきた化学物質の分子が鼻の奥の嗅粘膜に溶け込んで嗅細胞が電気信号を発し、これが脳に伝達されて「におい」を感じます。
第4章 高分子製品を理解するための基本
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4-1高分子製品の構成高分子は、包装材料、日用品雑貨、衣料などの身の回り品から器具・機械の部品、土木建築材料、さらには漁船・プレジャーボート、航空機本体や翼のような大型製品にまで広く使われています。
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4-2高分子成形加工法多くの高分子製品は、フィルム・袋、繊維、シート、カップ・トレイなどの容器、管、板、部品などに成形加工されて使われます。
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4-3樹脂添加剤4-1で述べたようにプラスチック製品は、高分子だけから成っている訳ではありません。着色するために着色剤が加えられ、また発泡製品をつくるために発泡剤が加えられることは分かりやすい例です。
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4-4ゴム薬品4-5で説明しますが、ゴムの成形加工製品には加熱すると再度溶融するゴムと、加熱してももはや溶融も軟化もしないゴムがあります。
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4-5熱可塑性高分子、熱硬化性高分子すでに4-2で簡単に説明しましたが、高分子には熱可塑性高分子と熱硬化性高分子があります。
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4-6高分子材料に期待される特性第4章の冒頭で述べたように合成高分子が現在のように幅広く使われるようになったのは20世紀後半からです。人類は文明の始まる以前から天然高分子を大量に使ってきました。
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4-7強度金属、セメント、ガラス、セラミックス、木材、高分子製品など様々な材料の力学的性質を比較する場合、強度(つよさ)は最も基本となる指標です。
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4-8耐熱性、耐寒性4-2で説明しましたように高分子は、その熱挙動や分子構造から熱硬化性高分子と熱可塑性高分子に分類できます。
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4-9透明性物質に光が入った時に可視光すべてを吸収して熱に変換する場合には透明になりません。金属が不透明なのはこれに該当します。
第5章 主要な高分子材料の種類と特長
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5-1ポリエチレンポリエチレンは、世界においても、日本においても、最も生産量・消費量の多い高分子材料です。
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5-2ポリプロピレンポリプロピレンPPは、プロピレンCH2=CH-CH3というガス状炭化水素を重合した高分子です。
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5-3スチレン系樹脂スチレン系樹脂はスチレンC6H5-CH=CH2を主成分とするプラスチックです。主要なスチレン系樹脂にはポリスチレン、AS樹脂(SAN)、ABS樹脂があります。
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5-4ポリ塩化ビニルポリ塩化ビニルは塩化ビニルを主成分とするプラスチックです。塩化ビニル単独のポリマーが圧倒的に多くを占めますが、加工性や性能などを改善することを目的に酢酸ビニルやアクリロニトリルと共重合させたコポリマーも少量つくられています。
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5-5PET繊維・樹脂(A-PETも)ポリ塩化ビニルは塩化ビニルを主成分とするプラスチックです。塩化ビニル単独のポリマーが圧倒的に多くを占めますが、加工性や性能などを改善することを目的に酢酸ビニルやアクリロニトリルと共重合させたコポリマーも少量つくられています。
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5-6ナイロン繊維・樹脂ナイロンは1939年に最初の合成繊維としてアメリカのデュポン社によって工業化され、大成功を収めたので、合成繊維の王座をすでにポリエステル繊維に奪われたとは言え、現在でも合成繊維の代名詞になるほど有名です。
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5-7エンジニアリングプラスチック5-1から5-4で説明した汎用プラスチック(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル)は耐熱性がおおむね100℃以下であるのに対して、耐熱性が100℃以上で、しかも強度が高い熱可塑性プラスチックをエンジニアリングプラスチックと言います。
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5-8ポリウレタンポリウレタンはウレタン結合-NHCOO-をもつ高分子です。ウレタン結合はイソシアネート(-NCO)という非常に反応性の高い化合物群とアルコール(-OH)の反応によって生成します。
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5-9エポキシ樹脂エポキシ樹脂は、図に示すように高分子の両末端にエポキシ基をもつプレポリマーと硬化剤(ポリアミン、酸無水物、ポリアミドなど)を反応させて生成する網目状の分子構造をもつ熱硬化性高分子です。
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5-10アクリル樹脂(PMMA,アクリル繊維、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル)アクリル樹脂と呼ばれる高分子は、図に示す広義のアクリル系ポリマー全体を指すこともありますし、ポリアクリル酸エステルだけ、あるいはメタクリル樹脂だけを指すこともあります。
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5-11フッ素樹脂、ケイ素樹脂(含むシリコーンオイル)フッ素樹脂、ケイ素樹脂はともに1940年代前半に米国で工業化された古い高分子材料です。
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5-12汎用合成ゴムゴムはエラストマー(弾性体)とも呼ばれ、常温で著しく大きな弾性をもつ物質の総称です。
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5-13特殊合成ゴム特殊ゴムは、すべての非ジエン系ゴムとジエン系ゴムのうちブチルゴム(IIR)、ニトリルゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)が該当します。
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5-14その他の高分子材料(熱可塑性ゴム、スーパーエンプラ、機能性高分子)高分子材料には、今まで紹介した高分子以外にも多数あります。その中で、大くくりして重要なものを最後に3つ紹介します。