界面活性剤の構造と分散性の関係

最も一般的に用いられるのは水分散系であり、界面活性剤の構造と分散性の関係を分析するために典型的に用いられます。疎水性固体粒子である水分散系は、界面活性剤の疎水基を吸着します。陰イオン界面活性剤の場合、外側を向いた親水基は互いに同じ電荷を持つため反発します。界面活性剤の吸着効率は疎水鎖の長さに伴って増加することが明らかにされており、炭素鎖が長い界面活性剤は短い界面活性剤よりも優れた分散性を示します。

界面活性剤の親水性を高めると、水への溶解性が向上し、粒子表面への吸着が減少する傾向があります。この効果は、界面活性剤と粒子間の相互作用力が弱い場合により顕著になります。例えば、水性染料分散系の調製において、疎水性の高い染料に対しては、高度にスルホン化されたリグノスルホン酸分散剤を使用することで、優れた熱安定性を持つ分散系を形成できます。しかし、同じ分散剤を親水性染料に適用すると熱安定性が低下します。対照的に、スルホン化度の低いリグノスルホン酸分散剤を使用すると、優れた熱安定性を持つ分散系が得られます。これは、高度にスルホン化された分散剤は高温での溶解性が高く、元々の相互作用が弱い親水性染料の表面から容易に剥離し、分散性が低下するためです。

分散粒子自体が電荷を帯びており、反対の電荷を持つ界面活性剤を選択した場合、粒子の電荷が中和される前に凝集が起こる可能性があります。電荷が中和された粒子に界面活性剤の2層目が吸着されて初めて、安定した分散が達成されます。同じ電荷を持つ界面活性剤を選択した場合、界面活性剤の粒子への吸着は困難になり、同様に、分散を安定させるのに十分な吸着は高濃度でのみ達成されます。実際には、使用されるイオン性分散剤は、通常、複数のイオン基を分散した構造を有しています。界面活性剤分子全体にわたって、疎水基は芳香環やエーテル結合などの極性基を持つ不飽和炭化水素鎖で構成されています。

ポリオキシエチレン系非イオン界面活性剤は、高度に水和したポリオキシエチレン鎖がカールした構造で水相に伸び、固体粒子の凝集を防ぐ効果的な立体障壁を形成します。一方、厚く多層構造の水和オキシエチレン鎖は粒子間のファンデルワールス力を大幅に低減するため、優れた分散剤となります。プロピレンオキシドとエチレンオキシドのブロック共重合体は、分散剤として特に適しており、長いポリオキシエチレン鎖が水溶性を高め、伸びたポリプロピレンオキシドの疎水基が固体粒子への吸着を強めます。そのため、両成分の長鎖を持つ共重合体は、分散剤として非常に理想的です。

イオン性界面活性剤と非イオン性界面活性剤を併用すると、混合系は分子が水相へ伸長し、粒子の凝集を防ぐ立体障壁を形成するだけでなく、固体粒子上の界面膜の強度も向上させます。したがって、混合系においては、界面活性剤の水相への溶解度の増加が粒子表面への吸着を著しく阻害しない限り、疎水鎖の長い分散剤の方が優れた分散性能を発揮します。