日本石鹸洗剤工業会(JSDA)
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2005年3月15日更新
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*洗濯文化と洗濯科学 −海外と日本の洗濯・洗剤事情−

B. 洗たくの科学
−理解していただきたい科学的事実−

洗たく科学専門委員会
鈴木 哲

(2004/11/30開催)

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I.汚れの科学
II.洗剤の科学
III.洗濯の科学

 I.汚れの科学

I-1)
 
日本石鹸洗剤工業会の役割の一つとして、洗濯や石けん・洗剤について正しく理解してもらうことは重要な課題です。
石けんや合成洗剤の排水は、いずれも水環境に対し何らかの負荷を与えています。そこで業界では、生分解性の良い原料への切り替え推進、環境負荷が大きいとされたリン酸塩の使用の自主規制、さらにはコンパクト化や詰替え品の発売など使用量やごみ削減なども図ってきました。
 しかしながら、合成洗剤に対する誤解はまだまだ多く、「合成洗剤は石けんに比較し環境負荷が大きいので使わない方がよい、できるだけ使用量を減らすべき」といった考え方です。そのような考えが、「洗剤を使用しない、あるいは洗剤使用量を減らした洗たくをさせる洗濯機」の登場に繋がっています。このような技術提案の背景には、洗剤の果す役割の重要性が科学的に理解されていないこともあると考え、科学的なデータや技術情報に基づき、「洗剤の価値を再認識」してもらうことを目的に、技術資料「洗たくの科学;理解していただきたい科学的事実」をまとめました。(「洗たくの科学」(一般刊行物)
 内容構成は、「汚れの科学」「洗剤の科学」「洗たくの科学」の3部、30項目となっており、洗たくを科学的に理解していただくために、学術論文等で既に公表されたデータに基づき、できるだけ分かり易く解説しています。

01
↑ I-1) 1/17

I-2)
 洗濯の主目的は、衣服に付着した汚れをいかに効率よく落とすかにあります。そこで汚れの成分やその性質を知り、効率的・効果的な洗浄方法を理解することが重要となります。
汚れはその発生由来から分類することができます。身体から分泌される汚れと外部から付着する汚れです。
 身体由来の汚れとしては、汗、血液、皮脂、表皮角質があり、このうち、汗や皮脂、表皮角質は衣服と体が接触することで日常的に衣服に付着します。
外部由来の汚れとしては、排ガスやスス、あるいは土壌由来の微粒子状の汚れがやはり日常的に衣服に付着します。
 食べこぼしなどは誰もが毎日発生しているというわけではないが、付くと目立つので気になる汚れと言えます。
 また、汚れをその性質で分類することもできます。
 汗などの水溶性汚れは水で簡単に落とすことができますが、石油などの有機溶剤を使用するドライクリーニングでは溶かすことができず汗ジミ汚れは落ちにくいと言われています。
 水不溶性の汚れは、親水性の粒子汚れと親油性(疎水性)の汚れに大別でき、親油性(疎水性)汚れは、水に濡れにくく界面活性剤や溶剤の働きが必要な汚れです。粒子汚れには、親水性のもの(泥粒子)も疎水性のもの(排ガス中のスス)もありますが、いずれも繊維間隙に潜り込んでしまうと十分な機械力を加えないと落ちません。
 実際の汚れは、身体由来のものと外部由来のものが、あるいは親水性のものと疎水性のものが複合化した状態で付着しており、効率よく落とすには、水・洗剤・機械力(洗濯機)の三つの要素が必須です。

↑ I-2) 2/17

I-3)
 家庭洗濯の代表といえる肌着を例に汚れの成分とその構成比率をまとめました。
身体由来の皮脂、表皮角質(タンパク質)、汗成分などが主体となっています。親油性の皮脂と表皮角質は水に不溶であり、洗剤の働きがないと簡単には落とせません。
意外と思うかもしれませんが、排ガス由来のススや砂塵など外部由来の成分も付いてきます。
 汚れ成分の構成は身体由来のものが多くなっていますが、様々な成分、様々な性質の汚れが複合化していることが分ります。
皮脂は元来無色で目立ちませんし、塵埃も量が少ないと分りにくいものですが、エリ・袖などでは付着量が多く、また着用洗濯の繰り返しで落ちきれずに累積し、さらに変質して着色すると、視覚的に目立つようになります。
 また疎水性汚れは、ポリエステルなどの疎水性繊維と親和性が高いことから、洗剤の働きが十分でないと洗濯中に肌着の汚れが他の洗濯物を汚染させてしまうことがあります。

↑ I-3) 3/17

I-4)
 1日着用した肌着に付着する汚れとして皮脂汚れを分析した結果を紹介します。
左の写真は1日着用の綿肌着と未着用の綿肌着を半裁して縫い合わせたものですが、視覚的には違いがわかりません。
 これを油溶性色素(オイルバイオレッド)で染めると、右の写真のように染まり方で汚れの存在を確認できます。
 付着した皮脂量と色素の染まり方から、1日着用の肌着には重量で約1.7%、1着あたり約2グラムの皮脂が付着していました。
 皮脂の主成分はトリグリセリドと呼ばれる脂で、皮膚を保護するため皮脂腺から常時分泌されています。本来無色なので、視覚的には汚れとして識別しにくいのですが、着用により必ず付着してきます。目に見えないから、短時間の着用だからといって汚れがついていないわけではなく、一度袖を通した衣類には皮脂汚れが付着することを認識しておくことが重要です。

↑ I-4) 4/17

I-5)
 実際の洗濯で観察された汚れの再汚染現象の事例について紹介します。
 1日着用の綿肌着(3枚)を未使用のポリエステル布と一緒に洗濯し、これを10回繰り返したところ、洗剤を使わずに水だけで洗濯(「洗剤ゼロコース」使用)した場合には、ポリエステル布に汚れが再付着し次第に黒ずんできました(写真中央)。
 一方、洗剤を使って洗濯(「標準コース」使用)した場合には再汚染は起きませんでした(写真右端)。
 汚れは機械力だけでもある程度布から離脱しますが、水に溶けない汚れは、その汚れの性質と似通った性質のものに付着しようとするので、洗剤成分(界面活性剤)がないと疎水性(親油性)の皮脂や排ガス中のススは、疎水性のポリエステル布を汚染します。
 一方、洗剤中の界面活性剤は汚れや繊維表面に吸着し表面を親水化するので、汚れは水中に安定に分散し、布を汚染する心配はなくなります。

↑ I-5) 5/17

I-6)
 着用洗濯を繰り返した肌着に皮脂汚れが残留していた場合、皮脂は酸化され衣類の黄ばみの原因となります。
 写真は、1日着用後の綿肌着の左半分を洗剤で洗濯(「標準コース」使用)し、右半分を洗剤を使わずに水だけで洗濯(「洗剤ゼロコース」使用)し、これを5回繰り返した後、半年間、室温・暗所で保管したものです。
 皮脂は本来無色なため洗濯後に残留していても視覚的には目立ちませんが、洗剤を使わずに洗濯して肌着には多量の皮脂が残留しており、保管中に空気酸化を受け激しく黄ばんでしまいました。
 見た目に汚れが目立たないからと言って洗濯を水だけで済ませてしまうと、残留汚れが保管中に変質するので注意が必要です。

↑ I-6) 6/17

I-7)
 汚れの残留による弊害は、残留皮脂による黄ばみ以外にもいろいろあります。
皮脂等有機物汚れの残留は、細菌など微生物には栄養源となり、汚れを分解する過程で悪臭成分を発生させます。
 また微生物自体が増殖しますので、健康上の問題や、分解物による皮膚刺激の問題が懸念されます。
 日本の夏は高温多湿なため、肌に身につけるものは吸汗性のよい綿等の親水性素材が好まれますが、親油性の残留皮脂は吸汗性を低下させ、また、繊維の隙間を埋め通気性も低下させてしまい、着用時の快適性を下げることになります。

↑ I-7) 7/17
 II.洗剤の科学
II-1)
 洗剤は界面活性剤を主成分とし、水軟化剤、アルカリ緩衝剤、分散剤といったビルダー類、あるいは酵素、蛍光増白剤、漂白剤といった添加剤などの成分から構成されています。
ここでは主成分の界面活性剤の働きについて考えてみます。
 良好な洗浄効果を得るには、水、洗剤、洗濯機の三つの要素とそれらのバランスが重要不可欠です。
 水は、落とした汚れを分散・溶解するための媒質として、また、機械力は衣服から汚れを効率的に引き剥がすために必要であり、洗濯機はその機械力を提供します。
 界面活性剤は汚れや繊維表面に吸着していき、水には馴染みにくい親油性(疎水性)の汚れや繊維表面を親水化し、汚れを落としやすくしたり、水に分散・溶解しやすくします。また、機械力の効果も高まりますし、一度落ちた汚れが繊維に再付着するのも防ぎます。
 これら三つの要素は、互いに他の要素で置き換えることはできません。従って、洗濯機の要らない洗剤や洗剤のいらない洗濯機というものは本質的にはありえません。もしそのような訴求の製品があるとすれば、その商品で良好な洗浄力を得ることはできないと考えてよいと思います。

↑ II-1) 8/17

II-2)
 洗濯における界面活性剤の四つの働きについて説明します。
 一番目は浸透作用。ここではウールを例に説明します。
 ウールは水をはじく性質があり、水に浸けても繊維内部に入り込んだ汚れは溶け出しません。界面活性剤の入った洗剤液はウールを濡らし繊維内部に滲み込むので、汚れに直接作用して落とすことができます(写真1)。
 二番目は乳化作用。ここでは、液状の油(赤く色付けしてある)で説明します。
油は水に浮き2層に分離しますが、洗剤液中の界面活性剤が油水界面に吸着すると油は水に馴染みやすくなります。その結果、油はどんどん細かく微粒子化し、ついには乳濁状態になります(写真2)。
 三番目、四番目は、固体粒子汚れを水中に均一に分散させる働き(分散作用)と、一度落ちた汚れが再び繊維に付着しようとするのを防ぐ働き(再付着防止作用)です。
排ガス中のスス汚れは水をはじく性質(疎水性)を持ち、粒子同士で集まったり、同じ疎水性の物質に付着しようとします。洗剤液中の界面活性剤は、スス汚れの表面に吸着し水に馴染みやすくすることで、粒子をバラバラに液中に分散させます(写真3)。
 また、界面活性剤が吸着した繊維表面も親水化しますのでスス汚れが再付着しにくくなります(写真4)。

↑ II-2) 9/17

II-3)
 界面活性剤の四つの働きをイラストを使って分かりやすく説明します。
 水をコップに入れると、液面はコップのふちより盛り上がっていてもこぼれません(図上左)。
 しかし、界面活性剤を加えると液は縁からこぼれてしまいます(図上右)。
通常、液体の表面にはその面積を小さく(球体が最も表面積が小さい)しようとする力が働いておりこれを表面張力といいます。
 界面活性剤は模式的にマッチ棒状の形で表現され、頭に当たる部分は水に馴染みやすい性質を持っていますので、この頭の部分を水側に、軸の部分を空気中に出して表面に吸着します。その結果、水の表面張力は小さくなります。すなわち、水は表面積を小さくしようとする力が弱まり濡れ広がろうとします。繊維表面でこの現象が起きると、水は濡れ広がり更に繊維の隙間にまで入り込めるようになります。

↑ II-3) 10/17

II-4)
 乳化作用について説明します。
 油と水の界面には界面張力という力が働いていて、界面の面積を小さくしようとします。従って、油と水は二層に分離した状態(界面の面積は最も小さい)となります。
 界面活性剤はマッチ棒の軸を油側に頭を水側に向けて油水界面に吸着していきます。その結果、界面張力が小さくなり油は小さな油滴(界面の面積は大きくなる)に千切れやすくなります。油滴の大きさがどんどん小さくなり、可視光領域の光を乱反射するような大きさになると、全体が白濁し状態になります。この現象を乳化作用と呼んでいます。
 更に油滴が小さくなった場合には、光は乱反射せずに真っ直ぐ進むことができるようになります。この時、液は再び透明になり、この現象を可溶化と呼んでいます。

↑ II-4) 11/17

II-5)
 固体粒子汚れを例に、界面活性剤の分散作用と再汚染防止作用について説明します。
 洗濯液中で界面活性剤はマッチ棒の軸側を汚れ粒子に、頭の方を水側に向けて吸着します。また、繊維表面にも界面活性剤が吸着していきます。その結果、繊維も汚れも水になじみやすくなり、汚れは洗濯液中に離脱しやすくなり、落ちた汚れは洗濯液中に均一に散らばり安定に分散するようになります。これを分散作用といいます。
 ポリエステルなどの疎水性繊維は、疎水性の汚れを引き付けるので、疎水性汚れの代表である排ガス中のスス汚れで汚染されやすい素材といえます。しかし、繊維表面に界面活性剤が吸着することで、疎水性の表面が親水性化し汚れの(再)汚染を防ぐことができます。これを再汚染防止作用といいます。
 界面活性剤の4つの作用(浸透作用、乳化作用、分散作用、再汚染防止作用)は、界面活性剤が汚れや繊維表面に吸着することで発揮されるものであり、洗濯機の機械的作用、水の電気分解や超音波などの物理的作用で置き換えることはできません。
 洗濯機の機械力を上げて汚れを機械的に繊維から引き剥がしても、それだけで疎水性(親油性)汚れを水中に安定に分散したり、溶かし込むことはできませんので、再び繊維に付着してしまいます。

↑ II-5) 12/17
 III.洗濯の科学
III-1)
 「洗たくの科学」についてそのポイントを解説します。
 界面活性剤は、濃度がごく薄い場合には一つ一つの分子がバラバラに溶けていますが、濃度が高くなるにしたがい、油に馴染みやすい軸の部分を内側に、親水性の頭の部分を外側(水の方)に向けて集合するようになります。このような集合体をミセルと呼び、ミセルをつくる時の濃度を臨界ミセル濃度(CMC)と呼んでいます。
 界面活性剤の種類によりCMCの値は異なり、洗濯用洗剤にはCMCが比較的低く、また洗浄効果の高いものが選ばれています。
 CMC以上の濃度では、界面活性剤は水の表面や繊維に吸着する量が最大となり、また形成されたミセルの内側(軸が集まった部分)に汚れを取り込むことで、効果的な洗浄作用(汚れの乳化、分散、可溶化、再汚染防止)を発揮します。
 しかし汚れを乳化、分散、可溶化するためには、十分な量のミセルが必要ですので、通常、洗剤の使用量の目安はCMCよりも少し高めに設定されます。洗剤の使用量を少なくしすぎると、界面活性剤のミセルができず洗浄効果が大きく低下してしまいますし、多すぎても無駄になりますので、洗剤に記載された使用量の目安表示に従って使用するのが効果的です。
10
↑ III-1) 13/17

III-2)
 最近の洗濯機の傾向について考えてみます。
 最近の全自動洗濯機は、大物衣料や大量の衣類をまとめ洗いできるよう大型のものが増えていますが、水資源の有効利用を図る目的から、洗濯物の量に対し使用水量を減らした節水設計(これを低浴比化という)が一般化しています。
 充分な水量で洗濯されていた時代には、界面活性剤のCMCの考え方から水量30Lに対する洗剤g数で使用量が表示されていました。
 しかしながら、低浴比化された洗濯機では衣類量に対し水量が少ないため、水量で洗剤量を決めると衣類に吸着する界面活性剤の量も多くなり、その分ミセル量は減ってしまい、相対的に界面活性剤量が不足してしまいます。
 また、汚れの量も多くなるので、十分な洗浄力を発揮するためには必要とされる界面活性剤量も多くなくてはなりません。
 従って、低浴比化された洗濯機では、水量で洗剤量を決めてしまうと汚れ落ちの低下や汚れの再汚染の発生などの問題が起きやすくなります。汚れが多い場合や洗濯物が多い場合には、洗剤の量を少し増やすなどの調節が必要です。

↑ III-2) 14/17

III-3)
 洗濯機の大型化・節水化に伴い、洗濯で懸念されることについて考えてみます。
 衣類に対し水量が少ないことを低浴比と言いますが、左の写真は洗濯機メーカーが設定している条件で洗濯した場合を示しています。衣類が洗濯液から飛び出ており、しかも洗濯中に衣類が上下に入れ替わることもありませんでした。
 右の写真は、水量を変えずに洗濯物量を設定の20%減で洗っています。衣類全体が洗濯液に漬かるようになり、また上下の入れ替わりもスムーズになりました。
 洗濯機が全自動化された結果、洗濯物を入れ、スイッチを押すと、洗濯機が洗濯物量を自動計量し、必要な水量と洗剤量をパネル表示しますので、ユーザーはその表示に従い洗剤を入れ、後は洗濯機任せで洗濯することになります。
 その結果が、水量不足のままでの洗濯ということになり、汚れ落ちなどの面で洗濯への影響が懸念されます。

↑ III-3) 15/17

III-4)
 低浴比化(衣類の量に対し洗濯水量が少なくなること)に伴い、洗濯性能はどう変化するのでしょうか。
 実際の家庭用洗濯機を使用して、浴比と汚れ落ちの関係を調べた結果が論文として発表されています。
 浴比が10(L/kg)以下になると、汚れ落ちが悪くなり(左図)、洗いムラ(汚れ落ちにムラがあること)も大きくなる(右図)ことが分かります。
 最近の大型洗濯機では浴比が6や7に設定されているものも増えています。洗濯水を内蔵ポンプで上部から掛けるなどの工夫がされているようですが、洗濯中の衣類の動きが適切かどうかは疑問が残りますので、低浴比での洗濯は避けた方がよいでしょう。
 洗濯物の量を減らしたり、設定水量を自分で調節して増やすなどの工夫が必要です。また、その際に、洗剤の使用量も洗剤容器に記載された使用量の目安表示に従って調節する必要があります。

↑ III-4) 16/17

III-5)
 低浴比化(衣類の量に対し洗濯水量が少なくなること)に伴う問題点として、粉末洗剤の溶解性について考えてみます。
 低浴比洗濯では汚れ落ちにムラが発生しますが、これは洗濯機の機械力が衣類全体に均一に加わりにくくなっていることを意味します。この機械力は洗剤を素早く溶かし洗濯浴全体を均一な状態にする上でも大きな役割を占めていますので、洗濯機の低浴比化は、洗剤の溶解性、ひいては洗剤の溶け残りが気になります。
 上の写真は洗濯機の自動設定に従い、浴比11.2(L/kg)で洗濯している状態を示しています。衣類が洗濯液から飛び出し、窮屈な洗濯になっています。その結果、洗濯後の衣類には下の写真にあるように洗剤の溶け残りが発生してしまいました。
 同じ衣類を浴比15に上げて洗濯したところ、洗剤の溶け残りは発生しませんでした。
洗濯中の洗濯物の動きが窮屈な場合には、洗濯物の量を減らしたり、水量を増やすなど、適切な浴比で洗濯することが重要です。

↑ III-5) 17/17
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