界面活性剤

ほとんどの界面活性剤は、飽和または不飽和炭化水素をベースとした「尾部」から構成されている。フッ素系界面活性剤はフッ素系炭化水素鎖を持ち、シロキサン系界面活性剤はシロキサン鎖を持つ。

界面活性剤分子は、1本または2本の尾部を持ち、2本の尾部を持つものは二重鎖であると言われている。^{[ 10 ]}

アミノ酸系界面活性剤は、アミノ酸から誘導された界面活性剤です。その性質は、使用するアミノ酸の種類や、アミノ酸のどの部分がアルキル/アリール鎖と縮合しているかによって異なり、陰イオン性、陽イオン性、または両性イオン性のいずれかになります。^{[ 11 ]}

ジェミニ界面活性剤は、2つの界面活性剤分子がヘッドグループまたはその近傍で結合した構造をしています。モノマー界面活性剤と比較すると、臨界ミセル濃度がはるかに低いのが特徴です。^{[ 11 ]}

バルク水相では、界面活性剤はミセルなどの凝集体を形成します。ミセルでは、疎水性尾部が凝集体の中心を形成し、親水性頭部が周囲の液体と接触しています。球状または円筒状のミセルや脂質二重層など、他のタイプの凝集体も形成されることがあります。凝集体の形状は、界面活性剤の化学構造、すなわち親水性頭部と疎水性尾部のサイズのバランスに依存します。このバランスの尺度は、親水性-親油性バランス（HLB）です。界面活性剤は、液気界面に吸着することで水の表面張力を低下させます。表面張力と表面過剰を結びつける関係は、ギブスの吸着等温線として知られています。

界面活性剤吸着のダイナミクスは、泡や液滴が急速に生成され安定化する必要がある発泡、乳化、コーティングプロセスなどの実用的な用途において非常に重要です。吸着のダイナミクスは、界面活性剤の拡散係数に依存します。界面が形成されると、吸着は界面への界面活性剤の拡散によって制限されます。場合によっては、界面活性剤の吸着または脱着にエネルギー障壁が存在することがあります。このような障壁が吸着速度を制限する場合、ダイナミクスは「速度論的に制限されている」と言われます。このようなエネルギー障壁は、立体反発または静電反発による可能性があります。界面活性剤層の表面レオロジー、すなわち層の弾性および粘度は、泡およびエマルションの安定性に重要な役割を果たします。

界面張力および表面張力は、懸垂法や回転滴法などの古典的な方法で測定できます。動的表面張力、すなわち時間関数としての表面張力は、最大気泡圧力測定装置によって得られます。

界面活性剤層の構造は、エリプソメトリーまたはX線反射率測定によって調べることができる。

表面レオロジーは、振動滴法、またはダブルコーン型、ダブルリング型、磁気ロッド型などのせん断表面レオメーターによって特性評価することができる。

特定の界面活性剤は、食品において乳化剤または発泡剤として使用されます。例は食品添加物リストに記載されています。

飲料用ココアパウダー中のココア脂肪のアルカリ化（鹸化）は、牛乳の表面張力を低下させ、半脂肪ココアパウダーのより速い湿潤または懸濁を可能にする役割を果たします。

界面活性剤は、洗剤、食器用洗剤、シャンプー、シャワージェルなどの製品に使用され、洗濯物や体に付着した脂肪や汚れの粒子を水中で「溶解」しやすくする働きがあります。

柔軟剤には、洗濯物が乾燥時に硬くなるのを防ぐカチオン系界面活性剤が含まれている場合がある。

乳化剤は、例えばスキンクリームなどの水中油型エマルジョンを製造するために不可欠です。また、液体医薬品製剤の安定性を保つための様々な懸濁液にも必要です。

植物保護製品には、植物への濡れ性（広がりやすさ）を向上させるための界面活性剤が含まれています。最も一般的な湿潤剤はエトキシ化タロウアミンです。トリシロキサンやポリオキシエチル化脂肪アルコールも使用されます。^{[ 14 ]}界面活性剤を使用する農薬製剤には、除草剤（一部）、殺虫剤、殺生物剤（消毒剤）などがあります。^{[ 15 ]}

界面活性剤は、綿パッドや包帯のマトリックスから空気を押し出す働きをし、薬液が吸収されて体のさまざまな部位に塗布できるようにします。また、傷の洗浄に洗剤を使用することで汚れや破片を押し出す働きもします^{[ 16 ]}。さらに、皮膚や粘膜の表面に薬用ローションやスプレーを塗布することでも効果を発揮します^{[ 17 ]} 。界面活性剤は、土壌洗浄、生物修復、植物修復による修復を促進します^{[ 18 ] 。}

多くの殺精子剤には界面活性剤（ノノキシノール-9など）が含まれています。

溶液中では、界面活性剤は凝集体を解離させ、タンパク質をほどくことで、さまざまな化学種を可溶化するのに役立ちます。生化学実験室でよく使われる界面活性剤は、ラウリル硫酸ナトリウム（SDS）とセチルトリメチルアンモニウムブロミド（CTAB）です。界面活性剤は、細胞や組織を溶解してタンパク質を抽出するための重要な試薬です。界面活性剤は膜の脂質二重層を破壊し（SDS、Triton X-100、X-114、CHAPS、DOC、NP-40）、タンパク質を可溶化します。オクチルチオグルコシド、オクチルグルコシド、ドデシルマルトシドなどの穏やかな界面活性剤は、酵素や受容体などの膜タンパク質を変性させずに可溶化するために使用されます。可溶化されなかった物質は、遠心分離などの方法で回収されます。例えば電気泳動では、タンパク質は従来、SDSで処理されて天然の三次構造と四次構造が変性し、分子量に応じてタンパク質を分離することができる。

洗剤は臓器の脱細胞化にも使用されています。このプロセスは、臓器の構造と多くの場合微小血管ネットワークを維持するタンパク質のマトリックスを維持します。このプロセスは、ラットの肝臓や心臓などの臓器を移植用に準備するために成功裏に使用されています。^{[ 19 ]}肺サーファクタントは、哺乳類の肺胞のII型細胞によって自然に分泌されます。

界面活性剤は、消火活動（可燃物に素早く浸透する「湿った水」を作るため^{[ 20 ] [ 21 ]}）やパイプライン（液体抵抗低減剤）で使用されています。

「湿った水」は、消火用水が木材や布地などの燃焼物に効果的に浸透し、冷却能力を高めるという利点があります。さらに、界面活性剤を混合した消火用水は、界面活性剤の流動性向上効果により、同じポンプ能力でより遠くまで噴霧できます。液体火災用の特殊発泡剤（水性フィルム形成泡消火剤、AFFF）には、燃焼物と泡の間に気密性の高い液膜を形成するパーフルオロ界面活性剤が含まれています。これにより、泡膜に優れた滑り特性が付与され、大規模な液体火災の消火が可能になります。

界面活性剤は、液滴ベースのマイクロ流体において、液滴の安定化や培養中の液滴の融合防止に重要な役割を果たします。 ^{[ 22 ]}

人体は多様な界面活性剤を産生する。肺界面活性剤は、肺の総容量と肺コンプライアンスを増加させることで呼吸を楽にするために肺で産生される。呼吸窮迫症候群（RDS）では、界面活性剤補充療法は、界面活性剤の医薬品形態を使用することで患者の正常な呼吸を助ける。医薬品肺界面活性剤の一例として、アッヴィ社とテクジマ社がそれぞれ製造するサーバンタ（ベラクタント）またはそのジェネリック医薬品ベラクサーフがある。肝臓で産生される界面活性剤である胆汁酸塩は、消化において重要な役割を果たす。^{[ 23 ]}

特定の毛虫（東南アジアに生息するヨトウガの一種）は、界面活性剤を含む分泌物を捕食者に吐き出す。これにより、攻撃してくるアリを撃退し、毛虫が逃げることができる。毛虫の口内分泌物に含まれる界面活性剤は、分泌物の表面張力を低下させる。通常の水のようにアリの撥水性の皮膚を転がり落ちるのではなく、分泌物は攻撃者を濡らす。影響を受けたアリは体をきれいにし、毛虫が逃げるのに十分な時間を与える。^{[ 24 ]}

環境中に放出される界面活性剤の量、例えば水中の洗濯洗剤などから、その生分解性は大きな関心を集めている。フッ素系界面活性剤、例えばペルフルオロオクタン酸（PFOA）の非生分解性と極めて高い残留性は大きな注目を集めている。 ^{[ 32 ]}分解を促進する戦略には、オゾン処理と生分解が含まれる。^{[ 33 ] [ 34 ]} 2つの主要な界面活性剤、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩（LAS）とアルキルフェノールエトキシレート（APE）は、下水処理場や土壌に見られる好気性条件下でノニルフェノールに分解され、これは内分泌かく乱物質であると考えられている。^{[ 35 ] [ 36 ]} 生分解性界面活性剤への関心は、アミノ酸由来のものなどの「バイオ界面活性剤」への大きな関心につながっている。^{[ 37 ]}バイオベースの界面活性剤は、生分解性を向上させることができる。しかし、界面活性剤が魚の細胞を損傷したり、水面に泡の山を引き起こしたりするかどうかは、主にその化学構造に依存し、元々使用された炭素が化石燃料、二酸化炭素、バイオマスのいずれに由来するかには依存しない。^{[ 3 ]}