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界面活性剤または界面活性剤とも呼ばれる界面活性剤は、液体の表面張力を低下させることができる化学物質であり、より大きな表面積に広がる能力を向上させます。これは、液体の表面または 2 つの液体間の界面に分子の層を作成することによって行われます。
界面活性剤は、表面張力を低下させる能力があるため、混和しない液相が別の液相に分散するのを促進します。結果として、それらは2つの液体間のエマルジョンの形成と安定化を可能にします。そのため、乳化剤とも呼ばれます.
界面活性剤の構造
界面活性剤は、両親媒性分子であることを特徴としています。これは、分子の一部が親水性 (水に親和性がある) であり、もう一方が疎水性または親油性 (脂肪に親和性がある) であることを意味します。
極頭
分子の親水性部分には、分子の比較的小さな部分に集中した 1 つまたは複数の極性官能基が常に含まれており、極性ヘッドと呼ばれることがよくあります。
極性ヘッドは、水および他の類似の極性プロトン溶媒と常に 1 つまたは複数の水素結合を形成することができます。
場合によっては、極性ヘッドは、ヒドロキシル基、カルボン酸エステル、エーテル、またはそれらの組み合わせなどの中性極性官能基を有する。他のものでは、カルボキシレートなどのイオン化可能な基や、イオン化された硫酸 (硫酸塩) やリン酸 (ホスフェート) などの無機酸エステルさえあります。一部の極性ヘッドは、第 4 級アミン (アンモニウム カチオン) を持つ基も持っています。
疎水性の尾
分子の疎水性または親油性部分は一般に、芳香族基や他の非極性有機官能基を含む場合と含まない場合があるため、不飽和を含む場合と含まない場合がある長い炭化水素鎖で構成されます。
それらは長い非極性炭素鎖であるという事実により、分子のこの部分はしばしば非極性テールと呼ばれます.
界面活性剤の働き
前述のように、界面活性剤は、液体 (通常は水) と別の相 (油などの非極性液体または空気などの気体) の間の界面で分配することによって作用します。これにより、界面の表面張力が低下し、両方の相の混合とエマルジョンの形成が促進されます。相が水と油の場合、エマルジョンは 2 つの異なる方法で形成できます。
- 油相は水性マトリックス内に液滴の形で分散し、この場合、水中油エマルジョンが存在します (例えば、マヨネーズで発生するように)。
- 水相は油マトリックスに分散しており、この場合、油中水エマルジョンが得られます (バターの場合と同様)。
界面活性剤がこれら 2 種類のエマルジョンの形成を促進する方法は、基本的に同じです。乳化剤分子は水と油の間の界面に分布し、親水性の極頭が水相に溶解し、親油性の尾部が油に溶解するように分布します。
水が油よりも大きな割合で存在する場合、界面活性剤でコーティングされた小さな油滴が形成され、極性の頭が外側を向いています。
逆に、油の割合が高い場合は、反対のことが起こります。界面活性剤分子でコーティングされた小さな水滴が形成され、無極性の尾が外側を向いています。
界面活性剤の種類
界面活性剤は、極性頭部の特性に基づいて、非イオン性、陰イオン性、陽イオン性、および双性イオンまたは両性界面活性剤の 4 つのグループに分類されます。
非イオン性界面活性剤
それらは、アルコールのヒドロキシル基、エステル基、エーテルなどのイオン化可能な極性基を極性頭部に含まないものです。
陰イオン界面活性剤
これらは、水に溶解すると解離し、負に帯電したイオンまたは陰イオンを生成する酸基またはそのアルカリ塩を含んでいます。これらの荷電基は、水からの複数の水素結合を受け入れ、イオン双極子力を介して水やその他の極性溶媒と相互作用するため、親水性が高く (したがって疎油性が強い) ます。
脂肪のけん化によって調製された石鹸は、これらの界面活性剤の例です。
カチオン界面活性剤
それらは陰イオン界面活性剤の反対です。この場合、極頭は正電荷を持っています (つまり、陽イオンです)。ほとんどの場合、これらの界面活性剤はアンモニアの 4 級誘導体であり、ハロゲン化物を対イオンとする塩の形をしています。
このタイプのカチオン性界面活性剤の例は、ＤＳＤＭＡＣまたは塩化ジステリルジメチルアンモニウムである。
両イオン性または両性界面活性剤
内部塩とも呼ばれるスウィッテリオンは、その構造内に正電荷と負電荷が同数あるため、正味の電荷を持たない化学種です。イオン性界面活性剤は、非イオン性界面活性剤よりもはるかに高い極性を提供します。また、カチオン性およびアニオン性界面活性剤の多くの利点を提供しますが、水相に溶解したままの遊離対イオンを追加する必要はありません。
スイスイオン界面活性剤の典型的な例は、N-アルキルアミノ酸およびスルタインである。
界面活性剤の例
- ステアリン酸ナトリウムは陰イオン界面活性剤です。
- タウリンは、両イオン性または両性界面活性剤の例です。
- 4-(5-ドデシル)ベンゼンスルホネートも陰イオン界面活性剤です。
- Tween 20 や Tween 80 などのポリソルベートは、食品およびパーソナルケア業界で使用される非イオン性界面活性剤または乳化剤の例です。
- ドキュセート（スルホコハク酸ジオクチルナトリウム）。
- アルキルエーテルホスフェート。
- 塩化ベンザルカオニウム (BAC)。
- パーフルオロオクタン (PFOS)。
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