主な製品：アミノシリコーン、ブロックシリコーン、親水性シリコーン、それらのすべてのシリコーンエマルジョン、濡れ摩擦堅牢度向上剤、撥水剤（フッ素フリー、カーボン6、カーボン8）、脱脂洗浄剤（ABS、酵素、スパンデックス保護剤、マンガン除去剤）、主な輸出国：インド、パキスタン、バングラデシュ、トルコ、インドネシア、ウズベキスタンなど

 

工業用グルタミン酸ナトリウムは界面活性剤とも呼ばれ、少量を添加することで溶媒（通常は水）の表面張力を大幅に低下させ、システムの界面状態を変化させる物質です。一定の濃度に達すると、溶液中でミセルを形成します。そのため、湿潤または抗湿潤、乳化および解乳化、発泡または消泡、可溶化、洗浄などの効果を生み出し、実際の用途の要件を満たします。グルタミン酸ナトリウムはうま味物質として、私たちの食生活や日常生活に遍在しています。工業生産において、界面活性剤はグルタミン酸ナトリウムに似た物質であり、大量に必要とせず、奇跡的な効果を発揮することができます。これらの物質は一般に界面活性剤と呼ばれています。

 

界面活性剤入門

 

界面活性剤は両性イオン分子構造を持ち、一方の端は親水基（親水基と略記）で、疎油基またはオレオフォビック基とも呼ばれ、モノマーとして水に溶解します。親水基は多くの場合極性基であり、カルボキシル基（- COOH）、スルホン酸基（- SO3H）、アミノ基（- NH2）、またはアミノ基とその塩です。ヒドロキシル基（- OH）、アミド基、エーテル結合（- O -）なども極性親水基になります。もう一方の端は疎水基（親油基と略記）で、疎水性基または疎水基とも呼ばれます。疎水基は通常、疎水性アルキル鎖R-（アルキル）、Ar-（アリール）などの非極性炭化水素鎖です。
界面活性剤は、イオン界面活性剤（カチオン界面活性剤とアニオン界面活性剤を含む）、非イオン界面活性剤、両性界面活性剤、複合界面活性剤、その他の界面活性剤に分類されます。

界面活性剤溶液中において、界面活性剤の濃度が一定値に達すると、界面活性剤分子はミセルと呼ばれる様々な秩序だった組み合わせを形成します。ミセル化、すなわちミセルの形成は界面活性剤溶液の基本的な特性であり、いくつかの重要な界面現象はミセルの形成に関連しています。界面活性剤が溶液中でミセルを形成する濃度は、臨界ミセル濃度（CMC）と呼ばれます。ミセルは固定された球形ではなく、極めて不規則で動的に変化する形状をしています。特定の条件下では、界面活性剤は逆ミセル状態を示すこともあります。

 

臨界ミセル濃度に影響を与える主な要因

 

界面活性剤の構造
添加物の種類と添加物
温度の影響

 

界面活性剤とタンパク質の相互作用

 

タンパク質は非極性、極性、荷電基を有しており、多くの両親媒性分子がタンパク質と様々な方法で相互作用します。界面活性剤は、ミセル、逆ミセルなど、様々な条件下で異なる構造を持つ分子秩序結合を形成することができ、タンパク質との相互作用も異なります。タンパク質と界面活性剤（PS）の間には、主に静電相互作用と疎水性相互作用が存在します。一方、イオン性界面活性剤とタンパク質との相互作用は、主に極性基の静電相互作用と疎水性炭素水素鎖の疎水性相互作用によるもので、それぞれタンパク質の極性部分と疎水性部分に結合してPS複合体を形成します。非イオン性界面活性剤は主に疎水力を介してタンパク質と相互作用し、その疎水鎖とタンパク質の疎水性基との相互作用は、界面活性剤とタンパク質の構造と機能に一定の影響を与える可能性があります。したがって、界面活性剤の種類、濃度、およびシステム環境は、タンパク質を安定化するか不安定化するか、凝集するか分散するかを決定します。

 

界面活性剤のHLB値

 

界面活性剤が独自の界面活性を発揮するには、疎水性基と親水性基の間の一定のバランスを維持する必要があります。HLB（親水親油性バランス）は、界面活性剤の親水性と親油性のバランス値であり、界面活性剤の親水性と疎水性の特性を示す指標です。

HLB値は相対値（0～40）で、例えばパラフィンワックスはHLB値0（親水基なし）、ポリオキシエチレンはHLB値20、SDSはHLB値40と親水性が強いことがわかります。HLB値は界面活性剤を選ぶ際の目安となります。HLB値が高いほど親水性が高く、HLB値が小さいほど親水性が低くなります。
界面活性剤の主な機能

 

乳化効果

水中の油の表面張力が高いため、油を水中に滴下して激しく撹拌すると、油は微細なビーズ状に砕かれ、互いに混ざり合って乳化しますが、撹拌を止めると層が再び重なります。界面活性剤を添加して激しく撹拌しても、撹拌を止めた後も長時間分離しにくい場合は、乳化です。これは、油の疎水性基が活性剤の親水基に囲まれ、方向性のある引力を形成し、水中での油の分散に必要な仕事量を減らすことで、油の良好な乳化が得られるためです。

 

濡れ効果

部品の表面には、ワックス、グリース、あるいはスケール状の物質が付着していることが多く、これらは疎水性です。これらの物質による汚染のため、部品の表面は水に濡れにくくなっています。水溶液に界面活性剤を加えると、部品上の水滴が容易に分散し、部品の表面張力が大幅に低下し、濡れの目的を達成します。

 

可溶化効果

界面活性剤を油性物質に添加すると、その物質は「溶解」するだけですが、この溶解は界面活性剤の濃度がコロイドの臨界濃度に達した場合にのみ起こり、溶解度は可溶化対象物とその性質によって決まります。可溶化効果に関して言えば、長い疎水性遺伝子鎖は短い鎖よりも強く、飽和鎖は不飽和鎖よりも強く、一般的に非イオン界面活性剤の可溶化効果の方が顕著です。

 

分散効果

埃や汚れなどの固体粒子は、水中で凝集して沈降しやすい傾向があります。界面活性剤の分子は、固体粒子の凝集体を小さな粒子に分解し、溶液中に分散・懸濁させることで、固体粒子の均一な分散を促進します。

 

泡アクション

泡の形成は主に、活性剤の方向性吸着と気相と液相間の表面張力の低下によって起こります。一般的に、低分子活性剤は泡立ちやすく、高分子活性剤は泡立ちにくく、ミリスチン酸イエローは泡立ち性が高く、ステアリン酸ナトリウムは泡立ち性が最も低いです。陰イオン性活性剤は非イオン性活性剤よりも泡立ち性と泡安定性に優れています。例えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムは強い泡立ち性を示します。一般的に使用される整泡剤としては、脂肪族アルコールアミド、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられます。抑泡剤としては、脂肪酸、脂肪酸エステル、ポリエーテルなどの非イオン界面活性剤が挙げられます。

 

界面活性剤の分類

 

界面活性剤は、分子構造の特性に基づいて、陰イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、両性イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤に分類されます。

 

陰イオン界面活性剤

スルホン酸塩
このタイプの一般的な活性剤としては、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムとアルファオレフィンスルホン酸ナトリウムが挙げられます。直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムは、LASまたはABSとも呼ばれ、白色または淡黄色の粉末またはフレーク状の固体で、複雑な界面活性剤系への溶解性が高く、アルカリ、希酸、硬水に対して比較的安定しています。食器用洗剤（食器用洗剤）や液体洗濯洗剤によく使用されますが、シャンプーには一般的に使用されず、シャワージェルにはほとんど使用されません。食器用洗剤では、その使用量は界面活性剤の総量の約半分を占める場合があり、液体洗濯洗剤におけるその配合量の調整範囲は比較的広くなっています。食器用洗剤に使用される典型的な複合系は、「LAS（直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム）- AES（アルコールエーテル硫酸ナトリウム）- FFA（アルキルアルコールアミド）」の三成分系です。直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの主な利点は、優れた安定性、強力な洗浄力、環境への悪影響の少なさ、そして低価格で無害な物質に生分解される能力です。主な欠点は、刺激性が高いことです。α-オレフィンスルホン酸ナトリウム（AOS）は、水溶性が高く、広いpH範囲で優れた安定性を示します。スルホン酸塩の中でも、その性能は優れています。優れた利点は、優れた安定性、優れた水溶性、良好な相溶性、低刺激性、そして理想的な微生物分解性です。シャンプーやシャワージェルによく使用される主要な界面活性剤の一つです。欠点は、比較的高価なことです。

 

硫酸塩
このタイプの一般的な有効成分としては、脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテル硫酸ナトリウムやドデシル硫酸ナトリウムなどがあります。

脂肪族アルコールポリオキシエチレンエーテル硫酸ナトリウム。AES またはアルコールエーテル硫酸ナトリウムとも呼ばれます。

水に溶けやすく、シャンプー、シャワージェル、食器用洗剤（食器用洗剤）、洗濯用液体洗剤に使用できます。水への溶解度はドデシル硫酸ナトリウムよりも優れており、室温で任意の割合の透明水溶液を調製できます。アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの液体洗剤への応用は、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸よりも広範囲に及び、相溶性も優れています。多くの界面活性剤と2成分または多成分で複合して透明な水溶液を形成できます。優れた利点は、刺激が少なく、水溶性が高く、相溶性も良好で、肌の乾燥、ひび割れ、荒れを防ぐ性能が優れていることです。欠点は、酸性媒体に対する安定性がやや悪く、洗浄力が直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムやドデシル硫酸ナトリウムよりも劣ることです。

ドデシル硫酸ナトリウムは、AS、K12、ココイル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウムなどの発泡剤としても知られ、アルカリや硬水の影響を受けにくい性質を持っています。酸性条件下での安定性は一般的な硫酸塩よりも劣り、脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテル硫酸塩に近いです。分解しやすく、環境への悪影響は最小限です。液体洗剤に使用する場合、酸性度が高すぎないようにしてください。シャンプーやボディソープにエタノールアミンやアンモニウム塩を使用すると、酸安定性が向上するだけでなく、刺激を軽減するのにも役立ちます。泡立ちが良く、洗浄力が強いという利点はありますが、その他の性能はアルコールエーテル硫酸ナトリウムほど優れていません。一般的な陰イオン界面活性剤は一般的に価格が高いです。

 

カチオン界面活性剤

各種界面活性剤と比較すると、カチオン界面活性剤は調整効果が最も顕著で、殺菌効果も最も強いものの、洗浄力、起泡性、相溶性、刺激性、価格の高さなどの欠点があります。カチオン界面活性剤はアニオン界面活性剤と直接相溶性がなく、コンディショニング剤または防カビ剤としてのみ使用できます。カチオン界面活性剤は、高級製品、主にシャンプーの液体洗剤の補助界面活性剤（処方中の微量コンディショニング成分）として広く使用されています。調整成分であるため、高級液体洗剤シャンプーでは他の界面活性剤に置き換えることはできません。

一般的なカチオン界面活性剤には、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド（1631）、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロリド（1831）、カチオングアーガム（C-14 S）、カチオンパンテノール、カチオンシリコーンオイル、ドデシルジメチルアミンオキシド（OB-2）などがあります。

 

両性イオン界面活性剤

双極性界面活性剤とは、陰イオン性と陽イオン性の両方の親水基を持つ界面活性剤を指します。そのため、これらの界面活性剤は酸性溶液では陽イオン性、アルカリ性溶液では陰イオン性、中性溶液では非イオン性を示します。双極性界面活性剤は、水、濃酸・アルカリ溶液、さらには無機塩の濃溶液にも容易に溶解します。硬水への耐性、皮膚刺激性、優れた布地の柔軟性、優れた帯電防止性、優れた殺菌効果、そして様々な界面活性剤との良好な相溶性を備えています。両性界面活性剤の重要な種類としては、ドデシルジメチルベタインやカルボキシレートイミダゾリンなどがあります。

 

非イオン界面活性剤

非イオン界面活性剤は、可溶化、洗浄、帯電防止、低刺激性、カルシウム石鹸分散性などの優れた特性を有しています。適用pH範囲は一般的なイオン界面活性剤よりも広く、防汚性や起泡性を除き、他の特性は一般的な陰イオン界面活性剤よりも優れている場合が多いです。イオン界面活性剤に少量の非イオン界面活性剤を添加することで、系の表面活性を高めることができます（同じ活性物質含有量で比較）。主な種類には、アルキルアルコールアミド（FFA）、脂肪族アルコールポリオキシエチレンエーテル（AE）、アルキルフェノールポリオキシエチレンエーテル（APEまたはOP）などがあります。

アルキルアルコールアミド（FFA）は、優れた性能、幅広い用途、高い使用頻度を誇る非イオン界面活性剤の一種で、様々な液体洗剤に広く使用されています。液体洗剤では、アミドと組み合わせて使用​​されることが多く、アルキルアルコールアミド：アミドの比率は2：1または1.5：1です。アルキルアルコールアミドは、一般的に弱酸性および弱アルカリ性の洗剤に使用でき、非イオン界面活性剤の中で最も安価です。

 

界面活性剤の応用

科学技術の発展、特に化学産業の発展と関連分野の浸透に伴い、界面活性剤の役割と応用はますます広範かつ深くなっています。鉱物の採掘やエネルギー開発から、細胞や酵素への作用に至るまで、界面活性剤の痕跡は至る所に見受けられます。今日では、界面活性剤の応用は洗剤洗浄剤、歯磨き粉洗浄剤、化粧品乳化剤といった日常的な化学産業にとどまらず、石油化学、エネルギー開発、製薬産業といった他の生産分野にも広がっています。

 

石油抽出
石油採掘において、界面活性剤の希薄水溶液、または界面活性剤と油水の濃厚混合溶液を使用することで、原油回収率を15～20%向上させることができます。界面活性剤には溶液の粘度を下げる作用があるため、掘削作業中に原油の粘度を下げ、掘削事故を軽減または防止するために使用されます。また、油が噴出していない古い井戸の再噴出を可能にすることもできます。

エネルギー開発
界面活性剤はエネルギー開発にも貢献します。世界的な原油価格の高騰とタイトオイル資源の現状において、石油石炭混合燃料の開発は極めて重要な意義を有しています。界面活性剤をプロセスに添加することで、流動性の高い新しい燃料を生産することができ、ガソリンに代わる動力源として活用することができます。ガソリン、軽油、重油に乳化剤を添加することで、石油資源を節約できるだけでなく、熱効率を向上させ、環境汚染を軽減することができます。したがって、界面活性剤はエネルギー開発において極めて重要な意義を有しています。

繊維産業
繊維産業における界面活性剤の応用は長い歴史を持っています。合成繊維は、天然繊維に比べて、ざらつき、ふんわり感の不足、静電気による埃の吸着を受けやすい、吸湿性や手触りが悪いといった欠点があります。しかし、特殊な界面活性剤で処理することで、合成繊維のこれらの欠点を大幅に改善することができます。界面活性剤は、繊維捺染・染色業界では柔軟剤、帯電防止剤、湿潤・浸透剤、乳化剤としても利用されており、繊維捺染・染色業界における界面活性剤の応用範囲は非常に広範です。

金属洗浄
金属洗浄において、従来の溶剤としてはガソリン、灯油、四塩化炭素などの有機溶剤が挙げられます。関連統計によると、中国では金属部品の洗浄に年間50万トンものガソリンが使用されています。界面活性剤を配合した水性金属洗浄剤は、省エネ効果を発揮します。計算によると、金属洗浄剤1トンでガソリン20トンを代替でき、石油原料1トンで金属洗浄剤4トンを生産できるため、界面活性剤が省エネに重要な意義を持つことがわかります。また、界面活性剤を外部から配合した金属洗浄剤は、無毒、不燃性、環境汚染がなく、作業者の安全も確保できるという特徴があります。このタイプの金属洗浄剤は、航空宇宙エンジン、航空機、ベアリングなど、さまざまな金属部品の洗浄に広く使用されています。

食品業界
食品業界において、界面活性剤は食品製造に用いられる多機能添加剤です。食品界面活性剤は、乳化作用、湿潤作用、固着防止作用、保存作用、凝集作用に優れています。その特殊な添加剤効果により、ペストリーはサクサク、食品は泡立ち、パンは柔らかく、人工バター、マヨネーズ、アイスクリームなどの原料は均一に分散・乳化され、製造工程と製品内部品質の向上に特有の効果を発揮します。

農業用農薬は乳化液であるため、液の表面張力の影響で、植物の葉に散布した際に広がりにくいという欠点があります。農薬溶液に界面活性剤を添加すると、界面活性剤が液の表面張力を低下させ、ローションの表面活性が失われ、葉面への広がりやすさが向上し、殺虫効果が向上します。