エマルション

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エマルションまたはエマルジョン: Emulsion)とは、分散質・分散媒が共に液体である分散系溶液のこと。乳濁液(にゅうだくえき)あるいは乳剤(にゅうざい)ともいう。身近な例としてはマヨネーズ木工用接着剤アクリル絵具写真フィルムの感光層・アスファルト舗装のシール剤が挙げられる。

ときどきエマルション液滴という記述があるが、エマルションとは懸濁しているを指しており、分散媒中の滴を指す言葉としては誤りである(このままだとエマルションの状態を保った液体の液滴、という意味になってしまう)。

分離している2つの液体をエマルションにすることを乳化(にゅうか)といい、乳化する作用を持つ物質を乳化剤(にゅうかざい)という。

古い文献などではエマルジョンという表記も見られ、これはドイツ語読みだと思われているが、実際は日本語読みである(ドイツ語に近い発音はエムルズィオーン)。現在、JIS規格ではエマルションと表記するのが正しい。また、同義語として、ラテックスという語も広く使用されている。

化粧品乳液を指すこともある。一方、農薬ではエマルションと乳剤を区別し、有効成分を有機溶剤および界面活性剤に溶解した溶液(水と混合してエマルションにしてから使用する)を乳剤(emulsion concentrate:EC)と呼ぶ。

両親媒性物質とミセル[編集]

一般に、のように相互に交じり合わない液体は、液滴状に分散しても界面張力が大きいために液滴が合体することで界面の表面積を小さくする作用が働き、最終的には2つの層に分離する。

分子構造のある部分と異なる部分が交じり合わない溶媒に対して親和性を持つ物質を両親媒性物質と呼ぶが、この分散系に両親媒性物質を添加するとこの物質がそれぞれの溶媒に配向するように界面を覆い尽くすように分布する。

一方の物質(混じり合わない液体のうちの一方または両親媒性物質、またはその混合物)が粒状に会合し(異なる分子が層状に分布し)ている構造をミセル(micelle)と呼び、両親媒性物質がミセルを形成すると液滴の分散系が安定化する。

この両親媒性物質が分布することにより界面張力は低下し、特にイオン性物質の場合は電気二重層を形成して液滴間に静電反発力が働くなど、界面を保護するように作用するため、分散系の液滴は安定化する。

たとえば石鹸など陰イオン系界面活性剤は疎水性基を油滴側、カルボキシレートアニオン基を水側に向けて界面に配向することで油を水に可溶化する。一方、カルボキシレートアニオン基の負電荷は分極した水を引き付け、アニオン電荷と分極した水の電荷から構成される電気二重層を形成する。これにより油滴表面には同種の電荷が存在するために油滴同士は反発し、エマルションは安定化する。

臨界ミセル濃度[編集]

ミセルを形成するためには両親媒性物質(界面活性剤)が界面に一定量以上存在する必要があり、ミセルを形成するのに必要な最低限の界面活性剤濃度を臨界ミセル濃度(critical micelle concentration:CMC)と呼ぶ。この値が小さいほど界面活性剤としての能力は高い。

乳化剤[編集]

乳化剤(にゅうかざい、emulsifier)は、安定なエマルションを形成するために添加される両親媒性物質であり、一般には化学品の両親媒性物質である界面活性剤が用いられる場合が多い。食品用、化粧品用、工業用といった用途に合わせて様々な種類の乳化剤が存在する。

たとえば、マヨネーズにおいては、卵黄の脂質(リン脂質やステロール類など)が界面活性効果を表し、牛乳に於いては乳タンパク質が働くことで安定なエマルションを形成している。

水-油系エマルション[編集]

水-油系エマルションを形成する場合、油滴が水に分散する水中油滴(O/W型)エマルションと油中水滴(W/O型)エマルションのいずれかの構成をとる。これは乳化剤の親水性と親油性の強度がどの程度であるかという性質によりどちらの状態をとり易いかが影響され、温度変化などによってO/W型とW/O型との間を移り変わる転相と呼ばれる現象も見られ、その温度を転相温度(HLB温度)という。

親水親油バランス[編集]

乳化剤(界面活性剤)の親水性と親油性の相対的強度を表す指標として親水親油バランス(HLB値)が用いられている。HLB値が大きいほど親水性の強度が強い。乳化剤のHLB値が大きいと水中油滴(O/W型)エマルションを形成しやすく、小さいと油中水滴(W/O型)エマルションを形成しやすい。

乳化方法[編集]

エマルションは熱力学的に不安定な系であり、非平衡状態にある。すなわち、未来永劫微細混合されている状態が保たれるわけではなく、いつかは必ず油と水に分かれてしまう。そこで、合一を出来る限り抑えるために、さまざまな乳化方法が検討されており、一般的には以下が知られている。機械乳化電気毛管乳化以外は乳化途中に無限会合状態を経由する方法が取られており、被分散側の粒子径を出来る限り微細化することで合一を防いでいる。

解乳化[編集]

解乳化とは、乳化の逆を言う。つまり、エマルションになっている系を、積極的に安定な相分離系へ移行させるプロセスを言う。利用としては、原油にエマルションとして含まれている水の分離や、下水中にエマルションとして含まれている廃油の分離などがある。

関連項目[編集]