界面活性剤と汚れの関係について教えてください。

質問

界面活性剤と汚れの関係について教えてください。

界面活性剤には、陰イオン系、陽イオン系があり、
洗剤は陰イオン系、消毒剤は陽イオン系と聞きました。

このメカニズムがどうしてもわかりません。

例えば、いわゆる汚れを水で洗浄すると、プラスイオンになるため、
逆のマイナス（陰）イオン系の界面活性剤を使うことで、界面活性剤のマイナスが
汚れのプラスをひきつけることで、汚れを落としやすくするという意味ですか？

もし、そうだとすると、陽イオン系界面活性剤は、プラス同士で反発しあうことになると思うのですが、
反発することがなぜ消毒効果をもたらすのですか？

さらに、汚れがプラスイオンになるのはなぜですか？

回答No.3

DexMachina · ベストアンサー

No.2です。

> 陰イオン系と比較した場合、どのような違いがあるのですか？

こちらのサイトが参考になるかと思います：
http://sentaku-shiminuki.com/senzai/kiso-kaimen-3.html
(ページ最下方の「【ノニオン界面活性剤の特徴】」の辺り)
※「ノニオン＝非イオン性」。

簡単に(?)まとめると、イオン性ではないため、他のイオンの影響を
受けにくく(上記サイトの1～2：硬水はカルシウムやマグネシウムの
イオンが多い水)、他のイオンへの影響も及ぼしにくい(同4：酵素も
分子内に電離した部分を持つ)、ということです。

> なぜ二種類を配合しているのですか？

上記の通り、ノニオン系はどのような条件下でも比較的高い洗浄
能力を発揮しますが、恐らく、条件が最適だった場合はアニオン系
界面活性剤の方が洗浄能力が高い、ということが、併用の一因かと
思います。
(カチオン系の場合は、「洗浄＋殺菌」の意味合いもあるかと・・・)

また、アニオン系の界面活性剤は、電離しているために、界面での
配向性が高い(=水面に存在したときに、親水基は水中に、疎水基は
空気中に、という並びが徹底する)ため、一般的に泡の安定性が
高くなります。
(水面全体を、びっしりと界面活性剤が覆う感じ：充分に界面活性剤が
　あれば)

そのため、「洗浄時の泡立ち」が大きくなりますので、「洗えている
感じ」を出すため、というのもあるものと思います。

回答No.2

DexMachina

> このメカニズムがどうしてもわかりません。

【洗浄能力について】
陰イオン界面活性剤としては、親水基として硫酸と同様の構造
(スルホン酸)を持つ「スルホン酸(の塩)」が多く用いられます。
この構造は、負電荷を持った酸素原子が「むき出し」の状態の
ため、親水性が高くなります。
(水との結合は電荷によるわけですが、電気的な吸引力は、
　距離が近いほど強く、遠いほど弱くなるため)

一方、陽イオン界面活性剤としては、構造的にはアンモニアに
近い(と言えなくもない)「第四アンモニウム塩」が一般的かと
思いますが、こちらの場合は、陽電荷を持った窒素原子が
内側に隠されたような状態のため、やや親水性が劣ります。

このため、この両者の界面活性化の能力を比較すると、一般
的には陰イオン界面活性剤の方が強い、ということになります。
(結果、油を水に拡散させる能力も、陰イオン～の方が強い)

【殺菌能力について】
多くの生物の細胞は、「リン脂質」でできた膜によって、外界と
細胞内が隔離され、保護されています。

このリン脂質というのも、界面活性剤と同様に「親水部分」と
「疎水部分」を持っていて、膜の表面は親水性のリン酸構造を
向けており、疎水基は膜内に向いています。
http://news.sci.kyushu-u.ac.jp/?active_action=journal_view_main_detail&post_id=36&comment_flag=1&block_id=21

このリン酸構造は、電離によって負電荷を帯びています。
従って、陰イオン界面活性剤とは、電荷としては反発する
関係になるため、親水部分同士の親和性はよくありません。

一方、陽イオン界面活性剤では、親水部分は正電荷を帯びて
いますので、親和性が高くなります。
この場合、界面活性剤がリン脂質の膜に入り込めることに
なります。
これにより、リン脂質の膜の構造が変化させられるため、
細胞内部の保護機能も低下ないし破壊されることによって、
殺菌作用を持つことになる・・・ということだったかと
思います。

補足

DexMachinaさま

丁寧なご回答、本当にありがとうございます。

さて、非イオン系の界面活性剤は、洗浄力が高いとのことですが、
陰イオン系と比較した場合、どのような違いがあるのですか？

中には、「非イオン系と陰イオン系」「非イオン系と陽イオン系」など二つの界面活性剤が配合されている洗剤もあるようですが、なぜ二種類を配合しているのですか？

回答No.1

windwald

まず用語ですが、陽イオンは英語ではカチオン(kation)といい、プラスイオンなどとは決して呼びません。
陰イオンも英語ではアニオン(anion)ですが、マイナスイオンなどとは呼びません。

>例えば、いわゆる汚れを水で洗浄すると、プラスイオンになるため、
>逆のマイナス（陰）イオン系の界面活性剤を使うことで、界面活性剤のマイナスが
>汚れのプラスをひきつけることで、汚れを落としやすくするという意味ですか？

独自解釈をされていますね。そういう意味ではありません。

洗剤が洗剤として働くのは、洗剤の分子が親水性(水になじみやすい)部分と、
疎水性(水になじみにくく油となじみやすい、親油性とも言う)部分との両方を持っているためです。
イオン性の部分が水になじみやすい部分で、それ以外の部分が油になじみやすい部分です。
セッケンの場合、脂肪酸ナトリウムがその成分で、イオン性の部分が陰イオンとなっています。
このセッケンが両方になじみやすいので油と水の仲立ちをして、油を水の中に"溶かし"出すことができるのです。

親水性の部分は陰イオンであっても、陽イオンであっても、さらには非イオン性であってもかまいません。
中性洗剤と呼ばれるものはイオンではありません。

陽イオン系の界面活性剤は逆性石けんとも呼びます。古くから知られるセッケンが陰イオン性であるためにそう呼びます。
この逆性石けんは、セルロースやタンパク質などの生体に存在する物質に吸着されやすく、そのため殺菌力を持ちます。

>汚れがプラスイオンになるのはなぜですか？
そのご質問は「汚れがプラスイオンになる」ということが事実であるとの認識ですね。
でもそのような事実は一切ありません。全く無関係です。

補足

windwaldさま

お忙しい中、お答えいただき本当にありがとうございました。
さて、「親水性の部分は陰イオンであっても、陽イオンであっても、さらには非イオン性であってもかまいません。」「セッケンの場合、脂肪酸ナトリウムがその成分で、イオン性の部分が陰イオンとなっています。」とのことですが、洗浄力が高いのは、陰イオン性の界面活性剤と聞いたことがあるのですが、これはどのような理由からなのですか？

また、陽イオン系界面活性剤は消毒剤に使われのは、お答えいただいた「セルロースやタンパク質などの生体に存在する物質に吸着されやすい」ことが理由ですか？