花王、衣料用柔軟剤の効果発現メカニズムを解明

　

　花王 ファブリック&ホームケア研究センター・ハウスホールド研究所は、柔軟剤がどのようなメカニズムで洗たく・乾燥後の木綿の衣類やタオルをやわらかくするかの研究を行い、動けなくなった水分子(結合水)による単繊維間の接着が関与していることを解明した。同成果は、第63回コロイドおよび界面科学討論会および第43回洗浄に関するシンポジウムで発表された。

　衣料用柔軟剤が効果を発現するメカニズムは、一般的に「繊維間の摩擦の低減が原因である」と言われてきたが、詳細は良くわかっていなかった。

　今回、研究チームは、洗たく・乾燥後にタオルや木綿の衣類が硬くなる現象と、柔軟剤でその硬さが解消されることに着目し、研究を行った。木綿布は木綿糸からつくられ、木綿糸は多数の微細な単繊維をよって作られているが、この単繊維の状態を直接観察することは難しいことから、今回は、木綿糸やポリエステル糸の曲げ試験から得られる硬さのデータを調べることでメカニズムの解明を試みた。

　具体的には木綿糸を濡らし、自然乾燥して硬くなった実験サンプルを繰り返し折り曲げた時の硬さを測定する曲げ試験などで、洗たく・乾燥後に木綿衣類が硬くなる原因と衣料用柔軟剤の作用メカニズムを解明した。

　木綿が硬くなるメカニズムと柔軟剤の作用

　同曲げ試験では、主に水素結合ネットワークの有無を調査。水素結合ネットワークが存在すると、折り曲げる力でその結合が壊れて硬さが減少することから、この硬さの減少の有無で、水素結合ネットワークの有無を判断した。

　実験サンプル

　曲げ試験

　硬くなった木綿糸(実験サンプル)は、曲げ試験の結果から、水素結合ネットワークが形成されていると考えられたほか、水をほとんど吸着しないポリエステル糸や、110℃、減圧条件で完全乾燥して水分子を取り除いた木綿糸では、水素結合ネットワーク形成による硬さの発現が見られなかったことから、硬くなるメカニズムとしては、以下のようなステップが考えられるという。

濡れた木綿糸や木綿布が乾燥していく過程で、単繊維間に毛管力(メニスカス力)がはたらいて、単繊維間の距離が縮まる木綿単繊維の表面は水分子と親和性が高いので、乾燥後も少量の水分子(結合水)が残り、単繊維間で結合水を介した水素結合ネットワークが形成される

　実験サンプルに柔軟剤を十分量添加すると、水素結合ネットワーク形成による硬さの発現が見られなくなるため、柔軟剤の使用で木綿布などをやわらかくするメカニズムは、「結合水を介した単繊維間の水素結合ネットワーク形成を阻害する」ということであることが判明。この作用は、柔軟剤分子が単繊維表面を覆うことによるものであると考えられるという。

　完全乾燥試験

　同研究の成果により、柔軟剤の効果発現に関する主たるメカニズムが明らかになったことから、研究チームでは従来の「繊維同士の摩擦を低減する」ということではなく、「結合水を介した単繊維間の水素結合ネットワーク形成を阻害する」という新たな概念を用いた柔軟剤の開発が今後可能になると説明している。