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本当は毒?生活に欠かせない界面活性剤についてまとめました

本当は毒?生活に欠かせない界面活性剤についてまとめました

Author:
tamatama
Release Date:
本当は毒?生活に欠かせない界面活性剤についてまとめました

昨年こんな事件がありましたが・・・

なんだか怖い物質みたいだけど、大丈夫なの?

そもそも界面活性剤とは

界面活性剤は、水が大好きな「親水基」(しんすいき)と、油が大好きな「親油基」(しんゆき)でできています。

出典:ケミカル・ワンダータウン

	
混じり合わない水と油の間には界面が存在していますが、界面活性剤は、この界面に働いて界面の性質を変え、水と油を混じり合わせることができるのです。

出典:界面活性剤とは - 石鹸百科

水と油は、混じり合わないものの代表のように言われています。
そもそも「界面」とは、「境界の面」を言い表した言葉で、2つの何らかの異なる性質の間にある「仕切り」や「膜」を意味します。

出典:洗剤を知る~界面活性剤~(家庭洗濯とクリーニング) | 東京都クリーニング生活衛生同業組合 - スマートフォンサイト

衣服を洗う洗剤に含まれる「界面活性剤」とは、「汚れ」と「洗濯物」という異なる性質の間にある「仕切り=界面」の状態を変化させるための基本となる物質なのです。
界面活性剤とは表面・界面過剰ギブズ自由エネルギーを減少させる化合物の総称である。

出典:薬剤師国家試験 099-094改

(参考)表面・界面張力は表面・界面過剰ギブズ自由エネルギーとして表すことができ、その単位は J/m2 で表される。

どうやって汚れを落としているの?

界面活性剤とは「水にとけない油汚れを水に溶けるようにする」成分です。洗剤や石けんには界面活性剤が入っていてこれが洗浄成分の主成分となります。

出典:界面活性剤で汚れが落ちる理由 | pecodrive

洗剤の主成分は界面活性剤
石けんの親油基が油汚れにくっつき、親水基は水とくっつきます。

出典:KOTORI SEKKEN - 石けん豆知識

油汚れにくっついた後は、周りの水を避けるように親水基でクルッとコーティングします。
界面活性剤には「浸透作用」「乳化作用」「分散作用」という3つの作用があり、それらが総合的に働いて、衣類や食器などの汚れを落とします。

出典:花王株式会社 製品Q&A 界面活性剤とは?

浸透作用:界面張力が下がり、繊維の表面と水がなじみやすくなる
乳化作用:親油基が油の粒子を取り囲み、親水基が外側に並ぶため、水と油が均一に混ざり合う
分散作用:粉末を水に散らばらす作用
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。

出典:日本石鹸洗剤工業会 石けん洗剤知識 洗濯

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。
油汚れのついた食器や洗濯物は、水だけで洗おうとしてもなかなかきれいになりません。洗剤にふくまれている界面活性剤には、その水と油を仲良くさせるはたらきがあって、油汚れを水といっしょに洗い流してくれます。

出典:ケミカル・ワンダータウン

	

洗浄効果はミセル形成が決め手となる

界面活性剤濃度を高くしていくと水面は界面活性剤の分子で満員になり、水中では数多くの界面活性剤分子がお互いに集まり、親水基を水側に向けた球体(ミセル)をつくっていきます。

出典:界面活性剤の主な性質と種類

このときの濃度を臨界ミセル濃度といいます
イメージとしては疎水基を内側に親水基を外側にしたボールのような状態になります。

出典:界面活性剤で汚れが落ちる理由 | pecodrive

このボールのことを「ミセル」といい、ミセルが形成される濃度を「臨界ミセル濃度」いいます。
ミセルを形成するためには両親媒性物質(界面活性剤)が界面に一定量以上存在する必要があり、ミセルを形成するのに必要な最低限の界面活性剤濃度を臨界ミセル濃度 (critical micelle concentration: CMC) と呼ぶ。

出典:エマルション - Wikipedia

この値が小さいほど界面活性剤としての能力は高い。(ちょっとの量でミセルができる)
臨界ミセル濃度以上では界面活性剤分子はミセルを形成するが、単分子で溶解しているものも存在する。

出典:薬剤師国家試験 100-174改

	
臨界ミセル濃度以上では、界面活性剤は溶液中にミセルとして存在するだけでなく、単分子としても存在する。

出典:薬剤師国家試験 097-175改

水面にはびっしり並んでいます。
油中に存在するミセルでは、親水基が中央部に集まる。

出典:薬剤師国家試験 084-171改

逆ミセルという。

CMCについてもっと詳しく

イオン性界面活性剤水溶液のモル電気伝導率は臨界ミセル濃度以上で急激に減少する。

出典:薬剤師国家試験 100-174

モル伝導率は1モルあたりの電気伝導率で、原則として濃度が上がると低下していく。
イオン性界面活性剤水溶液の当量伝導度(モル伝導率)は、ある濃度以上で急激に低下する。

出典:薬剤師国家試験 097-175改

ミセル形成によりイオンの移動がスムーズではなくなるため。
ドデシル流態ナトリウム水溶液の当量電気伝導度は、ある濃度以上で急激に低下する。

出典:薬剤師国家試験 094-171

	
界面活性剤水溶液の表面張力は臨界ミセル濃度以上でほぼ一定となる。

出典:薬剤師国家試験 099-175改

表面張力は加えた直後に急激に低下する。
ポリオキシエチレンpーノニルフェニルエーテルのオキシエチレン基の付加モル数が増加すると、 臨界ミセル濃度は高くなる。

出典:薬剤師国家試験 094-171

オキシエチレン基は水溶性なので、付加数が増えて水溶性が増すと溶液中で安定となる。

表面張力と吸着の話

表面張力低下は希薄溶液の束一的性質ではない。

出典:薬剤師国家試験 097-001改

溶液の性質のなかで溶質の種類に関係ないものことを束一的性質と言う。具体的には、蒸気圧降下、沸点上昇、凝固点降下、浸透圧など。これらは濃度に依存する。
表面張力の低下は界面活性剤による現象。

界面活性剤溶液の表面張力を示す図

B点でミセルを形成し始め、濃度が高くなるほどミセル濃度が高くなる。ミセルとしての濃度はB点よりもC点のほうが高い。

溶液表面への界面活性剤の吸着量は、A点よりB点の方が多い。B点とC点では溶液表面への界面活性剤の吸着量はほぼ同一である。
界面活性剤とは、溶液の表面張力を小さくする物質である。

出典:薬剤師国家試験 084-171改

	
界面活性剤のように、溶かした溶質が表面に集まる場合を「正の吸着」っていいます。

出典:表面張力と「正の吸着」「負の吸着」をわかりやすく解説!

表面張力の原動力となる表面のエネルギー状態が低くなったために、表面張力は低下する。

正吸着と負吸着

ある液体に溶質を溶かすとする。この溶質は界面か液体内部に分布することになるが、界面の溶質濃度が液体内部の溶質濃度よりも高くなる場合や低くなる場合がある。前者は界面に正に吸着するので正吸着と呼び、後者は負に吸着するので負吸着と呼ぶ。
食塩水は純水に比べて表面張力が大きい。

出典:薬剤師国家試験 099-094

これは「負の吸着」の例。
逆にヘキサンなどは純水に比べて表面張力が小さくなります。

水と油がなじめば「乳化」する

水と油のように混ざり合わない2つの液体の片方が微粒子となり、もう一方の液体中に分散している状態を「乳化」といいます。
O/W乳化:水の中に油が粒子となって分散
W/O乳化:油の中に水が粒子となって分散
界面活性剤が水/油間の仲介役となり、水と油が均一に混ざり合う事ができます。これを乳化作用といいます。

出典:日華化学株式会社|界面活性剤って?

界面活性剤を加えると親油基が油の粒子に吸着し、油は界面活性剤にとりかこまれ、親水基が外側に並びます。
ただ振るだけでは、時間がたつと再び水と油は分化してしまいます。そのため、乳化した状態をたもつ物質を加えることもあるのです。この物質を、乳化剤や界面活性剤といいます。

出典:乳化を行う方法にはいろいろな種類があった!!一挙にご紹介します。 | 三丸機械工業 公式ブログ

マヨネーズはお酢と油と卵を混ぜ合わせた調味料ですが、卵が乳化剤の役割を果たしているので、水と油が分離しないのです。
油滴が水中に存在するときサイズが小さい油滴ほどエネルギー的に不安定である。

出典:薬剤師国家試験 099-094改

水と触れる面積が大きくなるので不安定になります。
乳化の型には水の中に油が粒子となって分散している水中油型(O/W型)乳化と、油の中に水が粒子となって分散している油中水型(W/O型)乳化があります。

出典: 【第3回】乳化剤の基本的性質 | 技術・研究情報 | 太陽化学株式会社

どちらの乳化にしたいかは、乳化剤のHLBにより決めることができます。
W/O型エマルションの水滴の粒子径は,乳化剤の種類や濃度に関係する。

出典:薬剤師国家試験 087-170改

乳化剤の種類や濃度で分散系の分散相粒子の大きさが変わる。

乳化剤とHLB値

乳化にはHLB(親水性親油性バランス)という数値があります。 親水基を全く持たない物質をHLB=0、親水基だけを持つ物質をHLB=20として、等分化した数値です。 

出典:乳化を行う方法にはいろいろな種類があった!!一挙にご紹介します。 | 三丸機械工業 公式ブログ

	

親油性に対し親水性が大きいほどHLB値も大きく、水に溶けやすい性質の乳化剤であり、逆の場合は水に溶けにくい性質となります。
乳化剤分子は油になじみやすい性質と水になじみやすい性質をもっていますが、その親油性と親水性のバランスを表したものがHLB(Hydrophile- Lipophile Balance、親水性親油性バランス)です。

出典: 【第3回】乳化剤の基本的性質 | 技術・研究情報 | 太陽化学株式会社

	
親水性親油性バランス(HLB)値が小さい界面活性剤ほど、疎水性が高い。

出典:薬剤師国家試験 100-174

親水基を全く持たない物質はHLB=0、親水基だけを持つ物質はHLB=20
HLB(hydrophile-lipophile balance)値が5未満の界面活性剤は水に溶けにくい。

出典:薬剤師国家試験 099-175改

HLB値が7より大きいと、親水性。
ソルビタンモノステアレートのHLB (hydrophile – lipophile balance) 値はソルビタンモノラウレートのHLB値に比べて小さい。

出典:薬剤師国家試験 097-175、094-171改

ステアリン酸(C18)、ラウリル酸(C12)
側鎖が長いほうがHLB値が小さくなる。
HLB 値が3.7の界面活性剤2gとHLB 値が11.5の界面活性剤1gを混合して得た界面活性剤のHLB値は、6.3である。

出典:薬剤師国家試験 100-174改

3.7 × 2/3 + 11.5 × 1/3

乳化作用があるから、こんなものが作れます

洗剤の他にも、医薬品、化粧品、食品などの成分としても広く使われています。

出典:花王株式会社 製品Q&A 界面活性剤とは?

	
たとえば、油とお酢はまざらないけれど、卵黄を入れるとまぜることができます。卵黄が界面活性剤となり、油の表面にまくをつくって、お酢と混ざりやすくしているのです。こうしてつくられるのが、マヨネーズです。

出典:ケミカル・ワンダータウン

クリームや乳液などの化粧品や医薬品にも使われています。
私たちの身近なものには、「天然」界面活性剤で乳化状態のものがあります。例えば、牛乳や豆乳です。

出典:界面活性剤とは?分かりやすく解説します! | 洗剤 洗濯 お掃除専門ブログ |

乳白色ではありませんが、墨汁もりっぱな乳化状態です。
界面活性剤は化粧品にとって重要な原料のひとつで、あらゆる化粧品に配合されています。

出典: 【医師監修】化粧品の界面活性剤の種類と働き | スキンケア大学

	
私たちがふだん着ている衣類、毎日読んでいる雑誌や新聞にも界面活性剤が使われているんです。

出典:合成界面活性剤の毒性が心配!化粧品やシャンプーは不使用がいいの? - りこぴんのココカラ上がる話♪

	
界面活性剤がすべて毒というわけではないことが分かりますね(`・ω・´)

界面活性剤の種類

大きく分けて4つのタイプが存在

水に溶けた時に、電離してイオン(電荷をもつ原子または原子団)となるイオン性界面活性剤が3タイプあり、イオンにならない非イオン(ノニオン)界面活性剤の1つとで合計4つのタイプがあります。
界面活性剤は、水に溶かしたときに電離してイオンになる「イオン性界面活性剤」と、イオンにならない「非イオン(ノニオン)性界面活性剤」の2つに分けることができます。

出典: 【医師監修】化粧品の界面活性剤の種類と働き | スキンケア大学

イオン性界面活性は、水に溶けた場合のイオンの性質によって、「陰イオン界面活性剤」「陽イオン界面活性剤」「両性界面活性剤」の3つに分けらます。

イオン界面活性剤

ある程度の量の界面活性剤を入れておいて温度を上げていくと. ミセル形成がおきて溶解度が急激に大きくなります。 この温度をクラフト点とよび. 各イオン性界面活性剤に固有の値です。

出典:1-2 2) 代表的な界面活性剤の種類と性質 - YAKU-TIK ~薬学まとめました~

界面活性剤がイオン性界面活性剤である場合
クラフト点以上の温度で濃度を上昇するとある濃度でミセルを形成し始める。この農度がcmc。

出典:講義資料/表面化学2/2009-2.pdf

	

イオン性界面活性剤の水への溶解度と温度との関係

・点Aをクラフト点と呼び、これはミセル形成の始まる最低温度である。
・cmc以上の濃度でも界面活性剤分子はすべてミセルを形成せず、単分子状態のものもする。
・Tween系の界面活性剤は非イオン性界面活性剤なので、この図のような現象を示さない。
・アルキル鎖の長い界面活性剤では、点Aの温度は高くなる。
イオン性界面活性剤の水への溶解度はクラフト点以上で急激に上昇する。

出典:薬剤師国家試験 099-175

	
イオン性界面活性剤においてアルキル鎖が長くなるほどクラフト点は高くなる。

出典:薬剤師国家試験 100-174改

クラフト点とは、イオン性界面活性剤の溶解度が急激に増大する温度のこと。この温度以上でミセル形成が可能となる。
アルキル硫酸ナトリウムの直鎖アルキル基 (C10H21 〜 C18H37) の炭素数が増加すると、クラフト点は高くなる。

出典:薬剤師国家試験 097-175

炭素数が大きいと疎水性が高まり、水に溶けにくくなる。
CH3 (CH2)11SO3Naで示される界面活性剤は、ある温度以上で水への溶解度が急激に上昇する。

出典:薬剤師国家試験 096-169改

	
アルキル硫酸ナトリウムの直鎖アルキル基(C10~CI8)の炭素数が増加すると、クラフト点は高くなる。

出典:薬剤師国家試験 094-171改

	
イオン性界面活性剤を用いて乳化したとき,電解質が共存すると粒子表面の電気二重層が圧縮されて,分散状態は不安定となる。

出典:薬剤師国家試験 087-170

	

陰イオン界面活性剤

洗浄力が強く、優れた起泡性を持つため石鹸や衣料用洗剤・シャンプー等に使われるが、乳化力は油への溶解性が低いため、非イオン界面活性剤に比べると劣る。

直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム

合成洗剤に使われる界面活性剤のひとつ。略してLASと言う。
かつては、合成洗剤の界面活性剤として 、分枝鎖型が使われていたが、魚毒性、河川が泡だらけになるなど著しい環境問題が問題になったので直鎖型が使われるようになった。
アルキルベンゼンスルホン酸塩は、側鎖が分岐型より直鎖型の方が生分解を受けやすい。

出典:薬剤師国家試験 089-084改

環境的には側差が分岐していないものの方がいいみたい。

ラウリル硫酸ナトリウム

陰イオン性界面活性剤の1つ。ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)とも呼ばれる。硫酸のモノ長鎖アルキルエステルのナトリウム塩である。
実験室では、ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS-PAGE)用にタンパク質を処理するために使用される。
ラウリル硫酸Naは「陰イオン界面活性剤」というもので、非常に高い泡立ちと、非常に高い洗浄力をもちながら安価で生成できる

出典:シャンプーに含まれているラウリル硫酸って何で悪いの? | BAZMENT

主に安い市販の大量生産されているものに配合。分子量の小ささから肌に浸透していきやすく、人体に対してあまりいい成分とはされていません。
ラウリル硫酸ナトリウムは液体表面に対して正吸着を示す。

出典:薬剤師国家試験 099-175改

疎水基を空気の方に向けて並ぶため、液体表面に集まる。

ラウレス硫酸ナトリウム

ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウムとも呼ばれる。用途はシャンプー、歯磨き剤、起泡剤、業務用洗剤、脱脂剤等多岐にわたる。
「ラウリル硫酸より分子量が大きくなり浸透しにくく、肌へのダメージを考慮して若干弱く作られたもの」がラウレス硫酸です。基本的にはほぼ同類と考えてokです。

出典:シャンプーに含まれているラウリル硫酸って何で悪いの? | BAZMENT

	

デオキシコール酸ナトリウム

ステロイド環上にも2つの水酸基を持ち、かつ末端にカルボキシル基を持っているため親水性部分が分子の一部分に限定されないという特徴を持つ。
3つの水酸基を持つコール酸に比べると親水性は弱く、より強い界面活性作用を示す。
デオキシコール酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウムは陽イオン性界面活性剤に分類される。

出典:薬剤師国家試験 101-48改

	

陽イオン界面活性剤

吸着性、柔軟性、帯電防止性、殺菌性などの性質があるため、洗濯用の柔軟仕上げ剤や毛髪用のリンス、トリートメント、消毒剤などの用途がある。

塩化ベンザルコニウム

水溶液は日本薬局方収載医薬品で逆性石鹸として殺菌・消毒用に用いられる。
オスバン、ヂアミトールなどの商品名で 50%、10%、ほか低濃度の水溶液が市販されており、手指、粘膜、機器消毒の用途に使われる。
塩化ベンザルコニウムは、陽イオン性界面活性剤である。

出典:薬剤師国家試験 084-171

	
[ C6H5CH2N (CH3)2C12H25 ] Clで示される界面活性剤は、殺菌・消毒剤として用いられる。

出典:薬剤師国家試験 096-169改

Clーが取れて+になるので、陽イオン性。
逆性石鹸という消毒剤の性質上、グラム陽性・陰性細菌には有効であるが、結核菌やウイルスには無効である。また、石けんなど陰イオン界面活性剤の併用で作用が減弱する。

出典:塩化ベンザルコニウム - Wikipedia

	

塩化ベンゼトニウム

塩化ベンザルコニウムと同じく殺菌作用があり、逆性石鹸として殺菌・消毒用に用いられる。マキロンの有効成分の一つ。
ベンゼトニウム塩化物は陽イオン性界面活性剤に分類される。

出典:薬剤師国家試験 101-48改

	

塩化セチルピリジニウム(CPC)

ピリジン環を有する四級アンモニウム化合物であり、ブドウ球菌を始めとしたグラム陽性バクテリアに対する強い殺菌作用があり、その他の真菌に対しても殺菌作用を有する。
その特性から液体歯磨剤や、口内の殺菌を目的としてトローチとして、あるいは喉の殺菌を目的としたうがい薬など医薬品に利用されている。

デカリニウム塩化物

キノリン誘導体,、四級アンモニウム化合物。
口腔内やのどの消毒・殺菌薬に用いる。
SPトローチの有効成分。

両性界面活性剤

シャンプー・洗顔料・工業用洗剤・化粧品等に使われる。
ホスファチジルコリン(レシチン)は両性界面活性剤に分類される。

出典:薬剤師国家試験 101-48改

	

コカミドプロピルベタイン

			

非イオン性界面活性剤

エステル型のグリセリン脂肪酸エステル等の脂肪酸エステルは食品添加物として認可されており、乳化剤として使用されている。
非イオン性界面活性剤の場合、温度を高めていくとある温度で水溶液が白濁する。この温度を曇点という。これは水との水素結合が切断され、水和度が減少するために起こる。

出典:界面張力、表面張力

非イオン性界面活性剤は曇点以下の温度で効果を発揮する。
非イオン性界面活性剤の水への溶解度は曇点以上で急激に低下する。

出典:薬剤師国家試験 099-175、084-171

	

ソルビタン脂肪酸エステル

ソルビタンと脂肪酸のエステルで、食品用乳化剤や化粧品・工業用界面活性剤として、単独または他の界面活性剤と配合して用いられる。ポリソルベートともいう。
水酸基が4つあり、それぞれに各種の脂肪酸がエステル結合するため、種類は多様である。
CH3 (CH2)11O (CH2CH2O)9Hで示される界面活性剤は、ある温度以上で水への溶解度が急激に低下する。

出典:薬剤師国家試験 096-169改

	
ラウロマクロゴールは非イオン性界面活性剤に分類される。

出典:薬剤師国家試験 101-48改

別名ポリオキシエチレンラウリルエーテル

合成界面活性剤は毒性・浸透性・残留性があるみたい

家庭からの排水に界面活性剤は含まれていますが、そのほとんどが公共の下水処理場で処理されて環境中に排出されます。

出典:界面活性剤の安全性と環境への影響

しかし、一部は何の処理も受けないで河川などに流出したり、土壌中に排出されることも考えられる。
皮脂膜や角質層をくぐり抜けて、体内に侵入することが出来るのです。血液にも侵入して血管を通って身体全体に広がっていくのです。

出典:界面活性剤って悪いもの?|I Love The Earth

	
合成界面活性剤は、油分にも水分にもいとも簡単に浸透して、お肌の防御機構を突破して、角質層の油分である細胞間脂質を乳化・溶解させてしまいます!

出典:合成界面活性剤の危険性や毒性と不使用の理由って? | オーガニック化粧品のピュアノーブル

結果、お肌は、まずは一番外側の保護膜である皮脂膜を失い、水分の蒸発を防げなくなります。
3分後、左側の合成洗剤を入れたアジはついに死んでしまう。

各メーカーが頑張って改良してくれています

合成界面活性剤だからと全否定せずに、利便性も考えたうえで上手に使うことが大事です(*´∀`*)

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著者プロフィール
tama

気ままに働く薬剤師。 医療情報を中心にまとめています。