ハンドジェル・化粧品に使われる高分子「カルボマー」とは？

カルボマー、聞き慣れない物質ですが、ハンドジェルや化粧品の原料としてよく使われています。
カルボマーとはカルボキシビニルポリマーの略です。
そして、カルボキシビニルポリマーは、カルボン酸を持つビニルポリマーの総称です。
具体的には、アクリル酸系の高分子が多いです。

写真のような細かい粉末です。

すぐに舞い上がるため、取り扱うときは息を吹きかけないように、吸い込まないように注意する必要があります。

水に溶かすときは、70℃以上の熱湯に溶かします。
水溶液の濃度は1~2%が目安です。
2%が限界ですね。

今回は2%の水溶液を作りました。トロトロした水溶液になります。
＊120mlの熱湯に2,4gのカルボマーを溶かしました。
2%はちょっと溶かし難いので、1~1.5%くらいが丁度良いと思います。
粒が細かいので熱湯に入れるとすぐにカタマリ（継子状態）になり、厄介なんです。

カルボマーはアルコールにも溶けます。

約20mlの2%水溶液に...

60mlのイソプロピルアルコール（IPA）を加えて混ぜます。

濁ることはなく、綺麗に混ざります。
水に溶ける高分子はアルコールには溶けないことが多いんですが、カルボマーは水にもアルコールにも溶けます。
だからハンドジェルに使われるんです。

続いて、２％の水溶液（100~150ml）に重曹を少量（3,4つまみ）加えて混ぜてみます。

すると、すぐに粘性が上昇し、ゲル化します。

カルボマーの水溶液は弱酸性なので、弱アルカリ性の重曹（炭酸水素ナトリウム）を加えると中和反応が起きます。
すると、以下の図のように変化します。

水溶液が酸性から中性になると、カルボマーに付いているカルボン酸が解離します。すると、カルボン酸どうしの静電反発によって分子鎖が広がり、ネットワークができます。
こうしてカルボマーはゲル化します。
＊カルボン酸を持つ高分子の中には、酸性条件でゲル化するものもあります。

カルボマー 化粧品原料 20g

カルボマーはチキソトロピー性を持つため、ゲル化したものや水溶液は、何もしていないと流動性がなくなります。
一方、力を加えるとゲル状態が崩れて流動性が出てきます。
ジャムやマヨネーズ、ケチャップのようになるんです。
（水溶液でも、力を加えていないとゲルのような状態になります。厳密には少し流動性があります。）
化粧品やハンドジェルを指や掌でスムーズに塗り広げることが出来るのは、チキソトロピー性のおかげなんですね。