湿潤効果、要件：HLB：7-9
濡れとは、固体表面に吸着した気体が液体に置換される現象と定義されます。この置換能を高める物質を濡れ剤と呼びます。濡れは一般的に、接触濡れ（接着濡れ）、浸漬濡れ（浸漬濡れ）、広がり濡れ（広がり濡れ）の3種類に分類されます。これらのうち、広がり濡れは濡れの最高水準を表し、広がり係数は異なる系間の濡れ性能を評価する指標としてよく用いられます。また、接触角も濡れの良否を判断する基準となります。界面活性剤は、液体と固体間の濡れの程度を制御するために使用することができます。
農薬業界では、一部の粒状製剤や散布可能な粉末剤にも一定量の界面活性剤が含まれています。その目的は、対象表面への農薬の付着性と沈着量を向上させ、放出速度を加速し、湿潤条件下で有効成分の拡散面積を拡大することで、病害予防・治療効果を高めることです。
化粧品業界では、界面活性剤は乳化剤として作用し、クリーム、ローション、洗顔料、メイク落としなどのスキンケア製品に欠かせない成分です。
ミセルと可溶化,要件: C > CMC (HLB 13～18)
界面活性剤分子が会合してミセルを形成する最小濃度。濃度がCMC値を超えると、界面活性剤分子は球状、棒状、層状、板状などの構造に整列します。
可溶化システムは熱力学的平衡システムです。CMC（臨界ミセル濃度）が低く、会合度が高いほど、最大添加剤濃度（MAC）は高くなります。温度が可溶化に与える影響は、ミセル形成、可溶化物の溶解度、そして界面活性剤自体の溶解度の3つの側面に反映されます。イオン性界面活性剤の場合、溶解度は温度上昇とともに急激に増加し、この急激な増加が起こる温度はクラフト点と呼ばれます。クラフト点が高いほど、臨界ミセル濃度は低くなります。
ポリオキシエチレン系非イオン界面活性剤は、ある温度まで温度が上昇すると溶解度が急激に低下し、沈殿が生じて溶液が白濁します。この現象は白濁と呼ばれ、その温度を曇点と呼びます。同じポリオキシエチレン鎖長の界面活性剤では、炭化水素鎖が長いほど曇点は低くなり、逆に同じ炭化水素鎖長であれば、ポリオキシエチレン鎖が長いほど曇点は高くなります。
非極性有機物質（例：ベンゼン）は水への溶解度が非常に低い。しかし、オレイン酸ナトリウムなどの界面活性剤を添加すると、ベンゼンの水への溶解度が大幅に向上する。このプロセスは可溶化と呼ばれる。可溶化は通常の溶解とは異なり、可溶化したベンゼンは水分子中に均一に分散するのではなく、オレイン酸イオンによって形成されたミセル内に閉じ込められる。X線回折研究により、可溶化後、あらゆる種類のミセルが様々な程度に膨張するが、溶液全体の凝集特性はほとんど変化しないことが確認されている。
水中の界面活性剤濃度が増加すると、界面活性剤分子が液面に蓄積し、密集した配向した単分子層を形成します。バルク相中の過剰分子は、疎水基を内側に向けて凝集し、ミセルを形成します。ミセル形成を開始するために必要な最小濃度は、臨界ミセル濃度（CMC）と定義されます。この濃度に達すると、溶液は理想的な挙動から逸脱し、表面張力と濃度の関係曲線に明確な変曲点が現れます。界面活性剤濃度をさらに増加させても表面張力は低下せず、むしろバルク相におけるミセルの継続的な成長と増殖が促進されます。
界面活性剤分子が溶液中に分散し、特定の濃度閾値に達すると、個々のモノマー（イオンまたは分子）からミセルと呼ばれるコロイド状の凝集体へと会合します。この遷移は溶液の物理的および化学的性質の急激な変化を引き起こし、この変化が起こる濃度がCMC（最高濃度）です。ミセル形成のプロセスはミセル化と呼ばれます。
界面活性剤水溶液中のミセル形成は濃度依存的なプロセスです。極めて希薄な溶液では、水と空気がほぼ直接接触するため、表面張力はわずかに低下し、純水に近い値を維持します。バルク相には界面活性剤分子がほとんど分散していません。界面活性剤濃度が適度に増加すると、分子は急速に水表面に吸着し、水と空気の接触面積が減少し、表面張力が急激に低下します。一方、バルク相中の一部の界面活性剤分子は、疎水基が揃った状態で凝集し、小さなミセルを形成します。
濃度が上昇し続け、溶液が飽和吸着に達すると、液面に高密度に詰まった単分子膜が形成されます。濃度がCMCに達すると、溶液の表面張力は最小値に達します。CMCを超えて界面活性剤濃度をさらに増加させても、表面張力にはほとんど影響がなく、むしろバルク相中のミセルの数とサイズが増加します。その後、溶液はミセルによって支配され、ナノパウダー合成におけるマイクロリアクターとして機能します。濃度をさらに上昇させると、系は徐々に液晶状態へと遷移します。
界面活性剤水溶液の濃度がCMCに達すると、濃度の上昇に伴いミセル形成が顕著になります。これは、表面張力と対数濃度の関係を示す曲線（γ-log c曲線）に変曲点が現れ、溶液中に非理想的な物理的・化学的性質が現れるという特徴があります。
イオン性界面活性剤ミセルは高い表面電荷を帯びています。静電気力により、対イオンがミセル表面に引き寄せられ、正負の電荷の一部を中和します。しかし、ミセルが高電荷構造を形成すると、対イオンによって形成されるイオン性雰囲気の抑制力が大幅に増大します。この特性は、ナノパウダーの分散性を調整するために利用できます。これらの2つの理由から、溶液の等価導電率はCMCを超えて濃度が上昇するにつれて急速に低下するため、この点は界面活性剤の臨界ミセル濃度を決定するための信頼性の高い方法となります。
イオン性界面活性剤ミセルの構造は典型的には球形で、コア、シェル、拡散電気二重層の3つの部分から構成されています。コアは、液体炭化水素に類似した疎水性炭化水素鎖で構成され、その直径は約1～2.8nmです。極性基に隣接するメチレン基（-CH₂-）は部分的に極性を持ち、コアの周囲に水分子を保持します。そのため、ミセルコアにはかなりの量の水が閉じ込められており、これらの -CH₂- 基は液体状の炭化水素コアに完全に統合されておらず、代わりに非液体ミセルシェルの一部を形成しています。
ミセルシェルは、ミセル-水界面または表面相とも呼ばれます。これは、ミセルと水との間のマクロ的な界面ではなく、ミセルとモノマー界面活性剤水溶液との間の領域を指します。イオン性界面活性剤ミセルの場合、シェルは電気二重層の最内層シュテルン層（または固定吸着層）によって形成され、厚さは約0.2～0.3 nmです。シェルには、界面活性剤のイオン性ヘッドグループと一部の結合対イオンだけでなく、これらのイオンの水和による水和層も含まれます。ミセルシェルは滑らかな表面ではなく、界面活性剤モノマー分子の熱運動によって引き起こされる揺らぎの結果として生じる「粗い」界面です。
油性分子が優勢な非水（油性）媒体では、界面活性剤の親水基が内側に凝集して極性コアを形成し、疎水性炭化水素鎖がミセルの外殻を形成します。このタイプのミセルは、従来の水性ミセルとは逆の構造を持つため、逆ミセルと呼ばれます。一方、水中で形成されるミセルは、正ミセルと呼ばれます。図4は、非水系溶液中の界面活性剤によって形成される逆ミセルの模式図です。近年、逆ミセルはナノスケールの薬物キャリアの合成と調製、特に親水性薬物のカプセル化に広く利用されています。
投稿日時: 2025年12月26日