泡ハンドサニタイザーはなぜ一回押すだけで泡が出るのでしょうか?

生活の中で、洗濯洗剤、シャワージェル、シャンプーなどは、毎日の掃除に必要なアイテムです。手をこすり合わせることで豊かな泡が作れるものや、泡立たないタイプなど、さまざまなタイプがあります。泡タイプと非泡タイプを選ぶ際にも、人それぞれ好みがあります。泡好きの多くの人にとっては、豊かで繊細な泡は「きれいな洗い上がり」と同義です。しかし、小さな泡の裏には多くの科学的な秘密が隠されていることをご存知ですか?

出典: ショッピングサイト

1

泡はどうやって作られるのでしょうか?

****泡は、液体または溶融固体中に分散した不溶性ガスによって形成される分散系として定義されます。泡は私たちの日常生活のいたるところに存在します。たとえば、ミネラルウォーターのボトルを振ると、水面に一瞬泡が現れることがあります。ボトルに石鹸水を加えると、以前はすぐにはじけていた「水の泡」と比較して、石鹸水でボトルに生成された泡はより長く持続し、簡単にははじけないことがわかります。多くの人が子供の頃に楽しんだ「シャボン玉を吹く」という遊びにも同じことが言えます。

出典：新華網

これら 2 種類の泡の「寿命」の違いは、「排水効果」の違いによるものです。重力の影響により、水は低い場所に流れるため、泡の外側の層の水は自然に下方向に流れることは誰もが知っています。しかし、石鹸水には排水効果を妨げる物質が含まれているため、石鹸水の泡は長時間残ることがあります。

石鹸水に含まれる、排水効果を打ち消すことができる謎の物質は、有名な界面活性剤、つまり工業用 MSG です。種類は豊富で、1万種以上あります。殺虫剤、農薬、洗濯用洗剤、石鹸、シャンプーなどに含まれており、食品業界でも必要とされることが多いです。そのため、かつて誰かがこう言いました。「界面活性剤がなければ、化学従事者の 90% が失業するだろう。」

構成上、界面活性剤分子は典型的な 2 つの末端構造を持ちます。一方の末端は親水性および疎油性の基であり、水に溶けやすく、親水性基と呼ばれます。もう一方の端は親油性と疎水性の基で、水には溶けませんが油には溶けやすいため、疎水基と呼ばれます。この2つの末端構造により、界面活性剤は洗浄機能を持ちます。界面活性剤の親水基は水とより強く相互作用して親水性の外層を形成し、一方疎水基は水をはじくため、界面活性剤分子は水中で配向されます。

緑は親水性、黄色は疎水性です

出典: Wikipedia

この配置の優れた点は、水分子間の引力を弱め、水の表面張力を低減することです。簡単に言えば、衣類を素早く徹底的に濡らすだけでなく、汚れの分散と乳化を促進し、衣類の表面から落とすこともできます。

界面活性剤が水面を満たすと、水の表面張力が最低レベルまで低下し、他の界面活性剤分子が溶液に入り込み、ミセルを形成します。ミセルは、親水性基が外側を向き、親油性基が内側を向いた状態で、球状または棒状に整然と並んだ多数の界面活性剤分子です。

水中での界面活性剤の配置

出典: 捜狐

泡を形成する過程で、界面活性剤は発泡剤や泡安定剤として作用します。発泡剤を水溶液に加えると、その親水基と水分子が強く引き合い、水層に向かって移動します。一方、疎水性基は空気中または気泡中に存在し、界面層または表面上に配向されるため、界面張力または表面張力が低下します。発泡剤は、均一に分布し、適度な孔径を持つ小さな泡の形成を助け、泡が上昇して泡層を形成することを保証します。

気液界面における発泡剤の吸着の模式図

出典: 百度

泡が簡単にはじけてしまう場合はどうすればいいですか？このとき、泡安定剤が必要になります。泡安定剤は泡との親和性が強く、形成された泡の表面に効果的に吸着し、泡を効果的に包み込み、形成された泡をより安定させ、泡の合体や破裂の現象を軽減します。泡安定剤を使用すると、泡の分布がより均一かつ細かくなり、泡立ちの高さも高くなります。

出典: pexels

2

より多くの泡を作成するにはどうすればいいですか?

私たちは子供の頃、シャボン玉を吹くときによく閉じた円のある道具を使っていました。その機能は、液体をその内部の空間に薄い膜状に広げ、空気を吹き込んで膜を伸ばすことを容易にすることでした。すると、液体の表面張力を利用して、伸ばされたフィルムが自然に引き締まって閉じ、泡が形成されます。同様に、シャボン玉を吹くときにより多くの泡を発生させ、空気と液体の混合効率を高めるために、人々は円の数を増やすという最も直接的な方法を採用しました。閉じた円を多く作るほど、より多くの泡を作成できます。

出典：新華網

お風呂に入るときに使うバスフォームやフェイススポンジもあります。高密度のメッシュや多孔質構造も同様の役割を果たし、液体と空気が完全に混ざり合って繊細な泡を形成します。泡ボトルも同様で、空気と液体を素早く混ぜることができます。泡ボトルの手で押すポンプヘッドを開けると、その秘密もメッシュ構造、つまりスクリーンにあることがわかります。

近年、泡ポンプヘッドが広く使用されるようになり、その喉部にある膨張室が泡生成の鍵となっています。最初の押し込み後に圧力を解放すると、ポンプヘッドの上部にくぼみが形成され、空気が空気室に入り、液体もポンプヘッドの上部に運ばれます。 2回目に押すと、エアチャンバー内の空気圧が上昇し、液体と空気がパイプにあるスクリーンに入り、泡が吹き出します。スクリーンが小さいほど、吹き出される泡が小さくなり、泡立ちも細かくなります。

出典: ショッピングサイト

そうは言っても、泡に関する知識は理解していますか？泡の生成は界面活性剤と切り離せないことが判明しました。より多くのバブルを生成する秘密はネットワーク構造にあることが判明しました。