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界面活性剤、乳化とはいったい何?化学的な意味と原理をわかりやすく徹底解説!化粧品選びの理解に役立ちます。

美容知識


界面活性剤とは?乳化とはいったい何?その意味と原理

界面活性剤と乳化の原理を知るためには、まず初めに 乳濁液について知る必要があります。

ご存知の通り、水と油は本来混ざることがありません。

この水と油のように、本来混ざりあわない液体の 一方を微粒子にして、もう一方のほうに均一に分散させると、乳濁液になります。

たとえば、水の中に油の微粒子を混ぜたり、油の中に水の微粒子を混ぜたりすると 色がついて乳濁液になります。

この乳濁液の状態のことをエマルジョンといいます。

水と油の場合、エマルジョンの状態としては、水中油滴型である オイルインウォーター型(O/W型 oil in water型)と 油中水滴型であるウォーターインオイル型(W/O型  water in oil型)があります。

化粧品の具体例としては、水中油滴型は乳液で、油中水滴型はクリームに該当します。
このように、本来混ざりあわない2つの液体を エマルジョンの状態にすることを乳化するといいます。

いいかえれば、乳化とは、乳濁液の状態を表すのではなく、乳濁液の状態に変化させることを意味しています。

安定したエマルジョンの状態を実現するためには 乳化剤が必要で、乳化剤として主に 界面活性剤を用いられることが多いのです。

次に、界面活性剤の定義と構造を解説したいと思います。

界面活性剤

界面活性剤の構造は、図のように 親水基と疎水基の分子によって構成されています。

親水基は水とよくなじみ、疎水基は油とよくなじみます。
これは、まるで磁石のSとNのようなものです。

ところが、その反対に、水と疎水基は反発し合い、油と親水基も反発し合います。これは、まるで磁石のS同士、N同士のようなものです。

ためしに、石鹸の分子を弾いてみると、何がなんでも親水基は水側に、疎水基は油側にくっつきます。何度やっても結果は同じです。

このように、1つの分子の中に 親水基と疎水基をあわせ持つ化合物のことを 界面活性剤といいます。

ここで判りやすく理解するために、メイクの油汚れを 石鹸の界面活性剤で落とす例を挙げてみましょう。

石鹸の構造を理解するためには、まず初めに メタン系炭化水素の分子構造を知る必要があります。

メタン系炭化水素は、CH4のメタン、C2H6のエタン、C3H8のプロパンのようにCnH(2n+2)で表されます。

このうち、水素原子のHをひとつだけとったものが アルキル基と呼ばれるものです。

このアルキル基は、CnH(2n+1)で表されます。

アルキル基は分子式でRと表現することができますので、Rを使って石鹸の分子を表現すると、RCOONAになります。

さて、石鹸の親水基と疎水基は 図のようになります。

CH3 CH2 CH2のほうが疎水基、COOマイナスのほうは親水基になります。


ここで、石鹸を まだメイクが残っている 油汚れのある肌に付けたとしましょう。

まだ水に溶けている石鹸の濃度が低いとき、石鹸の分子は水と比較して少ないので、ただ油汚れの表面にべたっとくっついているだけの状態です。

このときに、せっけんの疎水基は油汚れ側のほうを、親水基は水側のほうを向いています。

ここで、水に溶けている石鹸の濃度を次第にふやしてみると、なんと、せっけんの分子は油汚れを取り囲んで、球体の集合体の構造を持つようになります。

この、油分を中心に球状に取り込んだ石鹸分子の集合体を「ミセル」といいます。この集合体である「ミセル」ができることで、油汚れを落とすことができるのです。

そのため、この「ミセル」ができるまでは、油を落とすことができません。

油を落とすためには石鹸の濃度が一定以上なくてはならないのです。

その、「ミセル」が形成されはじめる界面活性剤の濃度を「臨界ミセル濃度」と呼びます。

この ミセルができて 均一に分散される現象が、乳化なのです。

ちなみに、ミセルが油中水滴型である場合は 逆ミセルと呼ばれています。

ところで、ミセルの直系が100nm以下という微小な粒子の場合、光の波長より小さくなりますので透明になります。

この透明になったエマルジョンの状態にすることを可溶化といいます。

可溶化の代表例としては、化粧水が挙げられます。


可溶化の状態では、油分が実際に水に溶けているのではなく、ミセルの中に取り込まれているだけです。

化粧水では、この技術を使って、本来水に溶けないビタミン類などを透明に溶かしています。

このように、界面活性剤、乳化、可溶化と、それぞれの役割を理解しておくことをおすすめします。

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