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2013年6月15日更新
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参照カテゴリ> #03.洗濯 #06.CLEAN AGE 234号 

*シリーズ お洗濯の科学

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シリーズ お洗たくの科学

② 界面活性剤のはたらき

界面活性剤の分子構造

 洗剤の主成分の界面活性剤は、洗たく物を傷めることなく、汚れに効果的に作用します。界面活性剤の分子構造は独特で、分子内に水になじむ親水基の部分と、油になじむ親油基(疎水基)の部分を併せ持っていることが特徴です(図1)。親水基は、水や水に似た物質に近づこうとする性質があり、親油基は、水を避けようとして油や油に似た物質に近づく性質があります。1つの分子は、1mmの50万分の1ほどとごく小さなものですが、集合すると大きな洗浄力を発揮します。

図1. 界面活性剤の分子構造fig1

 界面活性剤は多種多様ですが、親水基の性質の違いから4種に大別できます(表1)。洗たく用洗剤には、主に陰イオン(アニオン)界面活性剤が用いられ、非イオン(ノニオン)界面活性剤も使われます。アニオン界面活性剤は、石けんなどを含む最も代表的な界面活性剤で、洗浄力が高く泡立ちも良いのが特徴です。ノニオン界面活性剤は、親油基と親水基のバランスを変えることが可能で、その性質をコントロールしやすいのが特徴です。一方、陽イオン(カチオン)界面活性剤は柔軟剤などに、両性(両性イオン)界面活性剤は、ほかの界面活性剤と組み合わせて台所用洗剤などに用いられます。

表1. 界面活性剤の種類table


汚れが落ちる基本的な仕組み

 衣服に付く汚れの大半は、水だけでは落とせない皮脂などの油汚れです。これに界面活性剤を加えると、その分子が繊維や汚れに吸着し、親油基と親水基の働きで、汚れを落としていきます(図2)。

図2. 汚れ落ちのプロセス(ローリングアップ現象)
  fig2-1 > fig2-2 >
  ↑皮脂などの油性汚れがついた洗たく物を水に入れ、そこへ洗剤を加えると…

  ↑界面活性剤の分子の親油基が、汚れや繊維に吸着して、水の表面張力が弱まる。

 
> fig2-3 > fig2-4  
  ↑界面活性剤の分子が汚れを取り囲むと、汚れの外側は親水基で覆われる。


  ↑汚れは、表面を覆う親水基の働きで水のほうへと引っぱられ、繊維から離脱する。


 

洗浄効果をもたらす界面活性剤の作用

<浸透湿潤作用– 図3>
 洗たく用洗剤に使われる界面活性剤には、洗浄に寄与する重要な働きがいくつかあります。浸透湿潤作用、乳化・可溶化作用、分散作用、再汚染防止作用などです。
 各作用のメカニズムをみると、界面活性剤が、水と油のように異なる物の境界面(界面)に吸着して、界面の性質をさまざまに変化させていることがわかります。

図3. 浸透湿潤作用のメカニズムfig3

<乳化・可溶化作用– 図4>
 皮脂などの油汚れを水に散らばらせて、混じり合った状態に保つのに有効な作用です。
 油が分離した水に界面活性剤を加えると、その分子が油と水の界面に集まります(①)。界面からあふれた分子は、親油基同士を内側にして集合体をつくり、油を取り込んで微粒子化します(②)。表面が親水基で覆われた油は、水中に混ざるようになります(③)。

図4. 乳化・可溶化作用のメカニズムfig4

<分散作用– 図5>
 ススなどの親油性の固体粒子汚れをばらばらにして、水中に分散した状態に保つのに有効な作用です。
 固体粒子が浮いた水(①)に界面活性剤を加えると、その分子の親油基が固体粒子に吸着します(②)。界面活性剤の分子に取り囲まれた固体粒子は、外側を覆う親水基の働きで、水中に分散します(③)。

図5. 分散作用のメカニズムfig5

<再汚染防止作用– 図6>
 衣服の黒ずみを抑制するのに有効な作用です。界面活性剤の分子に取り囲まれた繊維や汚れの表面には、反発力が生まれます。お互いに近づこうとしないので、水中に分散した汚れが再び繊維に付着するのを防ぎます。

図6. 再汚染防止作用のメカニズム
fig6

cut界面活性剤は濃度が重要

 洗たく液中の界面活性剤がある濃度に達すると、その分子は親油基同士をくっつけて集合体(ミセル)をつくります。ミセルは、内側の親油基に油汚れを取り込む性質があるので、ミセルが増えると洗浄効果も高まります。使用量の目安に従って洗剤を使えば、ミセルがつくられる理想的な界面活性剤濃度が得られ、洗浄力が充分に発揮されます。


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