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洗剤は、界面活性剤とその他の成分を含む洗浄用製品です。[ 1 ]洗剤には、疎水性の油汚れや汚れを水中に分散させて除去するための主要な機能成分として界面活性剤が含まれています。また、多くの場合、水（塗布を容易にするため）、ビルダー（水を軟化するため）、酵素（タンパク質、脂肪、デンプンを分解するため）、染料や香料（使用者の感覚体験を向上させるため）も含まれています。
洗剤によく使われる界面活性剤はアルキルベンゼンスルホン酸塩で、これは石鹸に似た化合物ですが、硬水では石鹸よりも溶けやすいです。これは、極性スルホン酸塩が、石鹸の極性666よりも、硬水中に存在するカルシウムイオンやその他のイオンと結合しにくいからです。
洗剤という言葉は、ラテン語の形容詞detergensから派生し、動詞detergereは「拭き取る」または「磨き落とす」という意味です。洗剤は、希薄溶液中で洗浄特性を持つ界面活性剤または界面活性剤の混合物と定義できます。[ 1 ]しかし、慣習的に、洗剤は石鹸（天然脂肪酸の塩）とは対照的に、合成洗浄化合物を意味します。ただし、石鹸も厳密には洗剤です。[ 2 ]家庭では、洗剤という用語は、洗濯洗剤や食器用洗剤などの家庭用洗浄製品を指しますが、これらは実際にはさまざまな化合物の複雑な混合物であり、すべてがそれ自体で洗剤であるわけではありません。洗浄力とは、基材（衣類など）から「汚れ」と呼ばれる不要な物質を除去する能力です。[ 3 ]
洗剤は、洗浄に使用される配合製品であり、優れた洗浄性能と使用者の満足度を実現するために選択・混合された様々な化学成分の混合物です。洗剤は、主成分として1種類以上の界面活性剤を含み、通常は水と補助材料（ビルダー、酵素など）が添加されています。
界面活性剤は、両親媒性構造を持つ化合物のグループであり、各分子は親水性（極性）の頭部と長い疎水性（非極性）の尾部を持っています。これらの分子の疎水性部分は、直鎖または分岐鎖の炭化水素である場合もあれば、ステロイド構造を持つ場合もあります。親水性部分はより多様で、イオン性または非イオン性であり、単純な構造から比較的複雑な構造まであります。 [ 4 ]界面活性剤は、水の表面張力を低下させることができるため、そのように呼ばれています。その二重の性質により、疎水性化合物（油やグリースなど）と水の混合が容易になります。空気は親水性ではないため、界面活性剤は程度の差こそあれ発泡剤としても機能します。
界面活性剤分子は凝集してミセルを形成し、水に溶けるようになります。界面活性剤の疎水性基がミセル形成の主な駆動力であり、その凝集によってミセルの疎水性コアが形成されます。ミセルは、グリース、タンパク質、または汚れ粒子を除去することができます。ミセルが形成され始める濃度は臨界ミセル濃度（CMC）であり、ミセルがさらに凝集して溶液が2つの相に分離する温度は曇点であり、溶液が濁り、洗浄力が最適になります。[ 4 ]
多くの洗剤はアルカリ性pHでより効果的に機能します。洗剤の特性はモノマーの分子構造に依存します。泡立ちやすさはヘッドグループによって決まる場合があり、たとえばアニオン界面活性剤は泡立ちが良いのに対し、非イオン界面活性剤は泡立たないか泡立ちが悪い場合があります。[ 5 ]
界面活性剤は、界面活性剤の電荷に応じて、大きく4つのグループに分類されます。[ 6 ]
代表的な陰イオン界面活性剤はアルキルベンゼンスルホン酸塩である。これらの陰イオンのアルキルベンゼン部分は親油性であり、スルホン酸塩は親水性である。分岐アルキル基を持つものと直鎖アルキル基を持つものの2種類が普及している。前者は生分解性が低いため、経済的に発展した社会ではほとんど使用されなくなった。[ 7 ]陰イオン界面活性剤は最も一般的な界面活性剤であり、国内市場向けに年間約60億キログラムの陰イオン界面活性剤が生産されていると推定されている。
デオキシコール酸（DOC）などの胆汁酸は、肝臓で生成される陰イオン界面活性剤であり、脂肪や油の消化吸収を助ける働きをする。
カチオン界面活性剤はアニオン界面活性剤と似ていますが、親水性のアニオン性スルホン酸基が第四級アンモニウムに置き換わっています。硫酸アンモニウム中心は正に帯電しています。[ 7 ]カチオン界面活性剤は一般的に洗浄力が低いです。
非イオン性界面活性剤は、電荷を持たない親水性ヘッドグループを特徴としています。典型的な非イオン性界面活性剤は、ポリオキシエチレンまたはグリコシドをベースとしています。前者の一般的な例としては、 Tween、Triton、およびBrijシリーズが挙げられます。これらの物質は、エトキシレートまたはPEG化物、およびその代謝物であるノニルフェノールとしても知られています。グリコシドは、電荷を持たない親水性ヘッドグループとして糖を持っています。例としては、オクチルチオグルコシドおよびマルトシドが挙げられます。HEGAシリーズおよびMEGAシリーズの界面活性剤は類似しており、ヘッドグループとして糖アルコールを持っています。
両性界面活性剤または双性イオン界面活性剤は、特定の pH 範囲内で双性イオンを持ち、+1 と -1 の電荷を持つ化学基が同数存在するため、正味の電荷はゼロです。例としてはCHAPSが挙げられます。
石鹸は紀元前2500年のシュメール時代から衣類を洗うための界面活性剤として使われていたことが知られています[ 8 ]。古代エジプトでは、ソーダが洗濯添加剤として使われていました。
19世紀には、オリーブオイルなどから合成界面活性剤が作られ始めました。[ 9 ] 1860年代には、米国で石鹸製造にケイ酸ナトリウム（水ガラス）が使用され、 [ 10 ] 1876年には、ヘンケル社が石鹸と一緒に使用できるケイ酸ナトリウムベースの製品を販売し、ドイツで「万能洗剤」（Universalwaschmittel）として販売しました。その後、ソーダがケイ酸ナトリウムと混合され、ドイツ初のブランド名洗剤であるBleichsodaが製造されました。[ 11 ] 1907年には、ヘンケル社は漂白剤である過ホウ酸ナトリウムも加え、洗濯物を手でこする手間を省く最初の「自動洗浄」洗濯洗剤Persilを発売しました。[ 12 ]
第一次世界大戦中、石鹸を作るのに必要な油脂が不足した。石鹸の代替品を見つけるために、ドイツでは化学者たちがコールタール由来の原料を使って合成洗剤を作った。[ 13 ] [ 14 ] [ 9 ]しかし、これらの初期の製品は十分な洗浄力を持っていなかった。
1928年に脂肪アルコールの硫酸化により効果的な洗剤が作られましたが、1930年代初頭に低価格の脂肪アルコールが入手可能になるまで大規模生産は実現しませんでした。[ 15 ]作られた合成洗剤は、硬水では石鹸よりも効果的で、石鹸カスができにくく、酸性およびアルカリ性の反応を抑制し、汚れを分解することもできます。脂肪アルコール硫酸塩を含む市販の洗剤製品は、1932年にドイツのヘンケル社によって最初に販売されました。[ 15 ]
米国では、1933年にプロクター・アンド・ギャンブル（ドレフト）が主に硬水地域で洗剤を販売した。 [ 14 ]しかし、米国での売上は、1940年代初頭に開発された効果的なリン酸塩ビルダーを添加した「ビルド」洗剤が導入されるまで、ゆっくりと伸びた。 [ 14 ]ビルダーは、カルシウムイオンとマグネシウムイオンのキレート化によって水を軟化させ、アルカリ性のpHを維持するのに役立ち、汚れの粒子を分散させて溶液中に保持することで、界面活性剤の性能を向上させる。[ 16 ]第二次世界大戦後の石油化学産業の発展により、さまざまな合成界面活性剤の製造のための材料も得られ、アルキルベンゼンスルホン酸塩が最も重要な洗剤用界面活性剤となった。[ 17 ] 1950年代までに、洗濯用洗剤は広く普及し、先進国では衣類の洗浄に石鹸をほぼ完全に置き換えた。[ 15 ]
長年にわたり、さまざまな目的のために多くの種類の洗剤が開発されてきました。たとえば、ドラム式洗濯機で使用する低泡性洗剤、油汚れや泥汚れを落とすのに効果的な強力洗剤、万能洗剤、特殊洗剤などです。[ 14 ] [ 18 ]洗剤は洗濯以外のさまざまな製品にも配合され、たとえば食器洗い機用洗剤、シャンプー、歯磨き粉、工業用洗浄剤、スラッジや堆積物の形成を減少または防止するための潤滑油や燃料などに使用されています。[ 19 ]洗剤製品の配合には、漂白剤、香料、染料、その他の添加物が含まれる場合があります。しかし、洗剤にリン酸塩を使用すると、栄養汚染への懸念が生じ、洗剤の配合の変更が求められるようになりました。[ 20 ]
また、環境中に残留する分岐アルキルベンゼンスルホン酸塩（テトラプロピレンベンゼンスルホン酸塩）などの界面活性剤の使用についても懸念が提起され、その結果、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩などのより生分解性の高い界面活性剤に置き換えられました。[ 15 ] [ 17 ]長年にわたる開発には、酵素の使用、ゼオライトAやNTAなどのリン酸塩の代替品、漂白剤活性剤としてのTAED、生分解性があり肌に優しい糖ベースの界面活性剤、その他の環境に優しい製品、錠剤、ゲル、ポッドなどの投与形態の変更などが含まれます。[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]
洗剤の最も大きな用途の一つは、食器洗いや洗濯など、家庭や店舗の清掃です。これらの洗剤は一般的に粉末状または濃縮液状で販売されており、界面活性剤以外にも様々な化学物質が複雑に混合された配合になっていることが多く、用途の多様なニーズと競争の激しい消費者市場を反映しています。
これらの洗剤には以下の成分が含まれている可能性があります: [ 21 ]
内燃機関のキャブレターと燃料噴射装置の両方の部品は、燃料中の洗剤によって汚れを防ぐことができる。濃度は約300 ppmである。一般的な洗剤は、ポリイソブテンアミンやポリイソブテンアミド/スクシンイミドなどの長鎖アミンとアミドである。[ 24 ]
試薬グレードの界面活性剤は、生物細胞に見られる膜タンパク質の分離および精製に使用されます。[ 25 ]細胞膜二重層の可溶化には、内膜単層に入ることができる界面活性剤が必要です。[ 26 ]界面活性剤の純度と高度化の進歩により、イオンチャネルなどの重要な膜タンパク質の構造的および生物物理学的特性評価が容易になり、リポ多糖に結合することによって膜を破壊することもできます。[ 27 ]輸送体、シグナル伝達受容体、および光化学系II。[ 28 ]