表面活性劑與洗滌劑

1、第二章第二章表面活性劑與洗滌劑表面活性劑與洗滌劑表面活性劑定義：定義：表面活性劑是指在加入少量時(shí)就能顯著降低溶液表面張力并改變體系界面狀態(tài)的物質(zhì) 。表面活性劑達(dá)到一定濃度后可締合形成膠團(tuán)，從而具有潤(rùn)濕或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗滌、防腐、抗靜電等一系列物理化學(xué)作用及相應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用，成為一類靈活多樣、用途廣泛的精細(xì)化工產(chǎn)品。表面張力液體的表面張力來(lái)源于物質(zhì)的分子或原子間的范德華力。表面張力是由于表面分子和液體內(nèi)部分子所處的環(huán)境不一樣形成的。lg sg sl 圖2-1 液體的接觸角S固相；L液相；G氣相； 接觸角；x三相接觸線上任一點(diǎn)； 固-氣界面張力； 液體表面張力固液界面張

2、力 lg sg sl 表面活性劑的有關(guān)概念表面活性劑在分子結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，是兼含有很強(qiáng)的親水性和疏水性（或稱憎水性、親油性）基團(tuán)。 界面吸附臨界膠束濃度親水親油平衡值HLB臨界膠束濃度表面活性劑開(kāi)始形成膠束的濃度為臨界膠束濃度，簡(jiǎn)稱CMC。當(dāng)溶液濃度低于CMC時(shí)，由于表面活性劑分子的界面吸附和在界面上定向排列，溶液的表面張力隨濃度的增高而迅速降低，其使用性能亦相應(yīng)地提高。直至達(dá)到CMC時(shí)，表面活性劑已在溶液的界面上排列成單分子膜，此時(shí)表面張力降至最低點(diǎn)。此后活性物濃度的增高對(duì)于表面張力和使用性能的影響不大。因此CMC是反映表面活性劑的一個(gè)重要指標(biāo)。 表面張力滲透力 CMC表面活性劑濃度去污力起泡

3、力溶液性質(zhì)圖2-3 表面活性劑濃度與 溶液性質(zhì)的關(guān)系親水親油平衡值HLB 表面活性劑的應(yīng)用性能取決于分子中親水和親油兩部分的組成和結(jié)構(gòu)，這兩部分的親水和親油能力的不同，就使它的應(yīng)用范圍和應(yīng)用性能有差別。表面活性劑分子中親水基的強(qiáng)度與親油基的強(qiáng)度之比值，就稱為親水親油平衡值，簡(jiǎn)稱HLB值。 表面活性劑的分類和應(yīng)用性能 一、表面活性劑的分類通常按離子類型分類：在水中能電離而生成離子的叫離子表面活性劑；不能電離的叫非離子表面活性劑。在離子表面活性劑中，親水基團(tuán)帶有負(fù)電荷的叫陰離子表面活性劑；親水基團(tuán)帶有正電荷的叫陽(yáng)離子表面活性劑。視溶液酸堿度不同而離解成陰離子或陽(yáng)離子的則稱為兩性表面活性劑。 表面活

4、性劑的分類：表面活性劑的分類：按分子結(jié)構(gòu)中親水基團(tuán)的帶電性分為陰離子、陽(yáng)離子、非離子和兩性表面活性劑四大類 陰離子表面活性劑非離子表面活性劑陽(yáng)離子表面活性劑兩性表面活性劑二、表面活性劑的應(yīng)用性能二、表面活性劑的應(yīng)用性能表面活性劑因能對(duì)兩相界面性質(zhì)產(chǎn)生影響，在實(shí)際應(yīng)用中能顯示出各種優(yōu)異的性能，如乳化、洗滌、分散、濕潤(rùn)、滲透、起泡、消泡、增溶、去污、柔軟、抗靜電等。 陰離子表面活性劑 一、烷基苯磺酸鹽CCH2CH2CHCH3CHCHCH3CH3CH3CH3CH3SO3NaTPSSO3NaCH(CH2)CH2(CH2)yCH3CH3xLASx+y=69 二、仲烷烴磺酸鹽（二、仲烷烴磺酸鹽（SAS）S

5、AS有與LAS類似的發(fā)泡性和洗滌效果，且水溶性好。其主要用途是復(fù)配成液體洗滌劑，如液體家用餐具洗滌劑。SAS的缺點(diǎn)是，用它作為主要成分的洗衣粉發(fā)粘、不松散。因此只用于液體配方中。 RCH2R1SO3Na用于制造洗滌劑的烷基苯中烷鏈長(zhǎng)度一般為C10C13。鏈較短者溶解度大，可用于配置液體洗滌劑，用于洗衣粉時(shí)，多為C12C13 烷基苯。烷基苯磺酸鈉親水基團(tuán)為磺酸基與疏水基團(tuán)烷基苯間連接是C-S鍵，因而他的耐水解穩(wěn)定性很好，在熱的酸或堿中很穩(wěn)定。三、三、-烯烴磺酸鹽（烯烴磺酸鹽（AOSAOS）AOS與LAS的性能相似。但對(duì)皮膚的刺激性稍弱，生化降解的速度也稍快。由于它的生成工藝簡(jiǎn)便，原料成本低廉，因

6、此，AOS一直有很大的吸引力。AOS的主要用途是配制液體洗滌劑和化妝品。 四、脂肪醇硫酸鹽（FAS） 又叫烷基硫酸鹽。這類活性劑中最重要的品種是基于椰子油的C12C14和基于牛油的C16C18烷基硫酸鹽，如十二烷基硫酸鹽（月桂醇硫酸鹽）。它們的抗硬水性較好，但耐水解能力較差，尤其在酸性介質(zhì)中，易水解成脂肪醇與硫酸鹽。FAS的主要用途是配制液狀洗滌劑、餐具洗滌劑、各種香波、牙膏、紡織用潤(rùn)濕和洗凈劑以及化學(xué)工業(yè)中的乳化聚合。此外，粉狀的FAS可用于配制粉狀清洗劑、農(nóng)藥用潤(rùn)濕粉劑。 五、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽（AES）脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽又稱脂肪醇硫酸鹽。由于分子中加入了乙氧基使其具有很多優(yōu)點(diǎn)，如

7、抗硬水性強(qiáng)，泡沫適中而穩(wěn)定，溶解性好。缺點(diǎn)是在酸性和強(qiáng)堿性條件下不穩(wěn)定，易于水解。AES采用C12C14的椰油醇為原料，有時(shí)也用C12C16醇，與24分子環(huán)氧乙烷縮合。再進(jìn)一步進(jìn)行硫酸化，中和可用氫氧化鈉、氨或乙醇胺。非離子表面活性劑 非離子表面活性劑因在水中不電離以及能夠精細(xì)地改變分子結(jié)構(gòu)而具有獨(dú)特的性質(zhì)。非離子表面活性劑去除油性污垢的能力很強(qiáng)，而且具有防止污垢在合成纖維表面再沉積的能力。它們的臨界膠束濃度也比離子型表面活性劑低一到二個(gè)數(shù)量級(jí)。一、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO） 脂肪醇聚氧乙烯醚是近代非離子型表面活性劑中最重要的一類產(chǎn)品。目前幾乎在 各類洗滌劑中，都或多或少用到這類表面活性劑。+

8、C14H29OH C14H29(OCH2CH2)OHCH2CH2OnnC7H15CHC6H13OHCH2CH2OnC7H15CHC6H13(OCH2CH2)OHn二、烷基酚聚氧乙烯醚 烷基酚聚氧乙烯醚在非離子型表面活性劑中僅次于AEO，占第二位。其中最重要的是壬基酚聚氧乙烯醚，商品牌號(hào)為乳化劑OP系列產(chǎn)品。它具有優(yōu)良的洗滌性能，價(jià)格較低。缺點(diǎn)是生物降解性差，對(duì)魚類有毒性。 三、脂肪酸烷醇酰胺這是由脂肪酸和乙醇胺縮合制得的一類非離子表面活性劑。最常用的品種是月桂酸單乙醇酰胺和月桂酸二乙醇酰胺。前者的水溶性較差，主要在液體類產(chǎn)品中用作增稠劑；后者常用作穩(wěn)泡劑和助洗劑。陽(yáng)離子表面活性劑 所有工業(yè)上的

9、陽(yáng)離子表面活性劑都是有機(jī)氮化合物的衍生物。它們大致可分為兩類：一類是胺鹽型陽(yáng)離子表面活性劑；另一類則是季銨鹽型陽(yáng)離子表面活性劑，在化合物本身的分子中帶有正電荷。陽(yáng)離子表面活性劑很少作清洗用。主要用作抗靜電劑，織物的柔軟劑。此外，陽(yáng)離子表面活性劑也可用于防霉和殺菌。兩性表面活性劑兩性表面活性劑 兩性表面活性劑基本不刺激皮膚和眼睛；在相當(dāng)寬的pH值范圍內(nèi)都有良好的表面活性作用；它們與陰離子、陽(yáng)離子、非離子型表面活性劑都可以兼容。由于以上特性，可用作洗滌劑、乳化劑、潤(rùn)濕劑、發(fā)泡劑、柔軟劑和抗靜電劑。主要品種：甜菜堿衍生物、咪唑啉衍生物。洗 滌 劑 洗滌劑是人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦械谋匦杵罚礈靹┦侨藗內(nèi)?/p>

10、常生活和工作中的必需品，長(zhǎng)期以來(lái)在保護(hù)人類健康、清潔環(huán)境方面及工長(zhǎng)期以來(lái)在保護(hù)人類健康、清潔環(huán)境方面及工業(yè)生產(chǎn)中起著十分重要的作用。業(yè)生產(chǎn)中起著十分重要的作用。 洗滌劑種類繁多，各成系列。主要分為民用洗滌劑種類繁多，各成系列。主要分為民用洗滌劑和工業(yè)用洗滌劑。洗滌劑和工業(yè)用洗滌劑。 民用洗滌劑包括個(gè)人衛(wèi)生清潔劑、衣物用洗民用洗滌劑包括個(gè)人衛(wèi)生清潔劑、衣物用洗滌劑和家庭日用清潔劑。滌劑和家庭日用清潔劑。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述一、洗滌原理一、洗滌原理1.污垢的來(lái)源2.污垢與織物的附著方式 3.去污機(jī)理 洗滌原理二、影響去污作用的因素 1.表面活性劑結(jié)構(gòu)表面活性劑結(jié)構(gòu) 2.水的硬度水的硬度 3.機(jī)

11、械作用機(jī)械作用 4.織物類型織物類型 5.溫度溫度 6.泡沫泡沫 第二節(jié) 洗滌劑的主要成分 洗滌劑是按一定的配方配制的產(chǎn)品，配方的目的是提高去污力。洗滌劑配方的必要組分是表面活性劑，其輔助成分包括助劑、泡沫促進(jìn)劑、配料、填料等。 一、洗滌劑中表面活性劑在洗滌劑中，表面活性劑一般作為洗滌成分，但在某些配方中也用作輔助原料，起乳化、潤(rùn)濕、增溶、保濕、潤(rùn)滑、殺菌、柔軟、抗靜電、發(fā)泡、消泡等作用。按用量和品種，用的最多的是陰離子表面活性劑，其次是非離子表面活性劑，兩性表面活性劑很少使用。陽(yáng)離子表面活性劑，由于它在纖維上的吸附大、洗滌力小，且價(jià)格昂貴，不適合用于洗滌劑，有時(shí)在洗滌劑中加入陽(yáng)離子表面活性劑

12、主要是為了使洗滌劑具有殺菌消毒能力或起柔軟作用。二、洗滌助劑二、洗滌助劑助劑與表面活性劑配合，能夠發(fā)揮各組分互相協(xié)調(diào)，互相補(bǔ)償?shù)淖饔茫M(jìn)一步提高產(chǎn)品的洗凈力，使其綜合性能更趨完善，成本更為低廉。洗滌助劑分為無(wú)機(jī)和有機(jī)助劑兩類。 洗滌助劑種類很多，大部分為專用產(chǎn)品，其在洗滌劑中的使用頻率和重要性不亞于主表面活性劑。洗滌助劑有以下的一些作用洗滌助劑有以下的一些作用：（1）增強(qiáng)表面活性，增加污垢的分散、乳化、增溶，防止污垢再沉積。（2 2）軟化硬水，防止表面活性劑水解，提高）軟化硬水，防止表面活性劑水解，提高洗滌液堿性，并有堿性緩沖作用。洗滌液堿性，并有堿性緩沖作用。（3）改善泡沫性能，增加物料溶解

13、度，提高產(chǎn)品粘度。（4 4）降低皮膚的刺激性，并對(duì)紡織品起柔軟、）降低皮膚的刺激性，并對(duì)紡織品起柔軟、抑菌、殺菌、抗靜電、整飾等作用。抑菌、殺菌、抗靜電、整飾等作用。（5）改善產(chǎn)品外觀，賦予產(chǎn)品美觀的色彩和）改善產(chǎn)品外觀，賦予產(chǎn)品美觀的色彩和優(yōu)雅的香氣，從而使消費(fèi)者喜愛(ài)選用，提高優(yōu)雅的香氣，從而使消費(fèi)者喜愛(ài)選用，提高商品的商業(yè)價(jià)值。商品的商業(yè)價(jià)值。 1.無(wú)機(jī)助劑（1）磷酸鹽 常用的磷酸鹽有磷酸三鈉、三聚磷酸鈉、焦磷酸四鉀。 合成洗滌劑中最常用也是性能最好的螯合劑是三聚磷酸鈉。磷酸鹽的污染及其代用品 傳統(tǒng)的合成洗衣劑都含有三聚磷酸鹽(STTP)的成分，其含量在15%30%之間。然而，“磷”是造成

14、水體富營(yíng)養(yǎng)化的罪魁禍?zhǔn)祝驗(yàn)榱资且环N營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，它可以造成水中藻類的瘋長(zhǎng)。而大量藻類又會(huì)消耗水中的氧分，造成水中微生物缺氧死亡、腐敗，水體失去自凈功能從而破壞水質(zhì)。作為有磷洗滌劑中的“磷”造成水體富營(yíng)養(yǎng)化已被國(guó)內(nèi)外環(huán)保專家所公認(rèn)。 含磷洗衣粉的污染問(wèn)題已經(jīng)引起了世界各國(guó)的普遍重視。很多國(guó)家提出了禁磷和限磷措施，并在不斷地研究和開(kāi)發(fā)三聚磷酸鹽的替代品，取得了不少成果，其中比較有效的助劑有：有機(jī)螯合助劑，如二乙胺四醋酸(EDTA)、氮川三醋酸(NTA)、酒石酸鈉、檸檬酸鹽、葡萄糖酸鹽等；高分子電解質(zhì)助劑，如聚丙烯酸鹽以及人造沸石等。目前普遍認(rèn)為，人造沸石人造沸石是比較有發(fā)展前途的洗滌助劑。 （2）硫

15、酸鈉 分子式為Na2SO4，是白色固體結(jié)晶或粉末。硫酸鈉是合成洗滌劑的無(wú)機(jī)助劑和粉狀洗滌劑的填料，在粉狀洗滌劑中加入量為20%40%。 （3）硅酸鈉 硅酸鈉（Na2OnSiO2）通常稱為水玻璃或泡花堿，水玻璃的水溶液相當(dāng)于由硅酸鈉與硅酸組成的緩沖溶液。水玻璃在溶液中能控制pH值、貯存堿性物質(zhì)，起到減少洗滌劑消耗和保護(hù)織物的作用。此外，水玻璃還具有懸浮力、乳化力和泡沫穩(wěn)定作用，起到阻止污垢在被洗物上再沉積的作用，并對(duì)金屬（如鐵、鋁、銅、鋅等）具有防腐蝕作用。制造粉狀洗滌劑時(shí)，加入水玻璃能使產(chǎn)品保持疏松，防止結(jié)塊，增加顆粒的強(qiáng)度、流動(dòng)性和均勻性。 （4）漂白劑 洗滌劑中加入的漂白劑主要是次氯酸鹽和

16、過(guò)酸鹽兩大類。次氯酸鹽主要用次氯酸鈉，分子式NaClO，為白色粉末，穩(wěn)定性差，易受光、熱與重金屬和pH值的影響。次氯酸鈉易溶于水，生成氫氧化鈉和新生態(tài)氧，氧化力很強(qiáng)，具有刺激性。過(guò)酸鹽主要是過(guò)硼酸鈉和過(guò)碳酸鈉，常在粉狀洗滌劑生產(chǎn)的后配料工序加入，用量一般占粉質(zhì)量的10%30%。 2.有機(jī)助劑 （1 1）羧甲基纖維素鈉（）羧甲基纖維素鈉（CMCCMC） 羧甲基纖維素鈉最重要的作用是攜污作用。如果在洗滌劑中加入1%2%的CMC，則在洗滌時(shí)CMC被吸附在被洗物表面，同時(shí)也被吸附在污垢粒子的表面上，使二者都帶上負(fù)電荷。在同性電的相互排斥作用下，污垢就難以重新沉積到被洗物的表面上。另一方面，CMC還具有

17、增稠、分散、乳化、懸浮和穩(wěn)定泡沫的作用。這些作用能使污垢穩(wěn)定地懸浮于洗滌液中，更不容易再發(fā)生沉積。 （2 2）泡沫穩(wěn)定劑與泡沫調(diào)節(jié)劑）泡沫穩(wěn)定劑與泡沫調(diào)節(jié)劑 高泡洗滌劑在配方中常加入少量泡沫穩(wěn)定劑，使洗滌液的泡沫穩(wěn)定而持久。烷醇酰胺又稱脂肪醇酰胺，屬非離子型表面活性劑。在洗滌劑的配方中，它的主要作用是增稠和穩(wěn)定泡沫，兼有懸浮污垢防止其再沉積的作用。在與主要活性物間的互相配合下，其脫脂力（乳化動(dòng)植物油脂及礦物油的能力）有顯著的提高。較常使用的烷醇酰胺品種是月桂醇二乙醇胺以及椰子油二乙醇胺。低泡洗滌劑在配方中需加入少量泡沫調(diào)節(jié)劑，常用的有二十二烷酸皂或硅氧烷，使水液消泡或低泡。（3）酶）酶 酶是一

18、種生物制品，無(wú)毒并能完全生物降解。酶作為洗滌劑的助劑具有專一性，洗滌劑中的復(fù)合酶能將污垢中的脂肪、蛋白質(zhì)、淀粉等較難去除的成分分解為易溶于水的化合物，因而提高了洗滌劑的洗滌效果。因此，在洗滌劑中添加酶制劑可以降低表面活性劑和三聚磷酸鈉的用量，使洗滌劑朝低磷或無(wú)磷的方向發(fā)展，減少對(duì)環(huán)境的污染。 已商品化的洗滌劑用酶有已商品化的洗滌劑用酶有：蛋白酶淀粉酶脂肪酶纖維素酶（4 4）助溶劑）助溶劑 在配制高濃度的液體洗滌劑時(shí)，往往有些活性物不能完全溶解，加入助溶劑就是為了解決這個(gè)問(wèn)題。常用的助溶劑有乙醇、尿素、聚乙二醇、甲苯磺酸鹽等。凡能減弱溶質(zhì)及溶劑的內(nèi)聚力，增加溶質(zhì)與溶劑的吸引力而對(duì)洗滌功能無(wú)害、價(jià)

19、格低廉的物質(zhì)都可用作助溶劑 （5 5）熒光增白劑）熒光增白劑 熒光增白劑（Fluorescent Brighteners，以下簡(jiǎn)稱FB）是一種無(wú)色的熒光染料。經(jīng)FB處理過(guò)的物品，在含紫外光源（如日光）照射下看上去白色的更白，有色的更艷，增強(qiáng)了外觀的美感。在合成洗滌劑中添加適量和適當(dāng)?shù)腇B，不但能改善粉狀洗滌劑的外觀，提高洗衣粉粉體的白度，同時(shí)還能增加被洗滌織物的白度或鮮艷度，改善洗滌效果，提高合成洗滌劑本身的商業(yè)價(jià)值。因此FB已成為合成洗滌劑配方中不可缺少的重要組分。 。 （6 6）香精）香精一個(gè)受消費(fèi)者喜愛(ài)的洗滌劑，不僅具有優(yōu)良的性能，并且使人有愉快的香味，使織物、毛發(fā)洗滌后留有清新香味。香

20、精是由多種香料組成，與洗滌劑組分有良好配伍性，在pH911是穩(wěn)定的。洗滌劑中加入香精的質(zhì)量一般小于1%。（7）溶劑液體洗滌劑中需加入溶劑是不言而喻的。在新型洗滌劑中甚至是粉狀洗滌劑中也使用多種溶劑，若污垢是油脂性的，溶劑的存在將有助于將油性污垢從被洗物上除去。常用的溶劑有以下幾種： 松油、醇、醚和脂松油、醇、醚和脂 、氯化溶劑氯化溶劑 （8 8）抑菌劑）抑菌劑冷洗的粉狀洗滌劑的洗滌能力令人滿意，加酶后去污效果尤佳，唯一不足的是不具有殺菌力，洗后衣物不僅有被病菌感染的危險(xiǎn)，而且在洗滌中細(xì)菌或毒素還可能遺留下來(lái)，并會(huì)產(chǎn)生不良?xì)馕丁Ｋ?，在冷洗中加入抑菌劑是很有必要的。抑菌劑的加入質(zhì)量一般是千分之幾

21、，三溴水楊酸替苯胺、三氯碳酰替苯胺或六氯苯中的任何一種都可作為抑菌劑應(yīng)用，這些化學(xué)品不起抗菌作用，但在千分之幾的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下都可防止細(xì)菌的繁殖。 （9 9）抗靜電劑和織物柔軟劑）抗靜電劑和織物柔軟劑作為改進(jìn)織物手感和降低織物表面靜電干擾的柔軟劑和抗靜電劑，通常使用陽(yáng)離子表面活性劑，如二甲基-二氫化牛酯季銨鹽 第三節(jié)第三節(jié) 洗滌劑的生產(chǎn)方法洗滌劑的生產(chǎn)方法 一、液體洗滌劑的生產(chǎn)方法一、液體洗滌劑的生產(chǎn)方法 液體洗滌劑的生產(chǎn)過(guò)程比較簡(jiǎn)單，其過(guò)程為：按配方要求，將各種液體原料經(jīng)配料送入液體洗滌劑配料罐，然后按配方要求加入小量固體組分、液體組分，經(jīng)攪拌或混合器充分混合后，經(jīng)pH控制儀等檢驗(yàn)儀器設(shè)備測(cè)定合格后送入成品包裝工序，進(jìn)行包裝。二、粉狀洗滌劑的生產(chǎn)方法二、粉狀洗滌劑的生產(chǎn)方法噴霧干燥法生產(chǎn)粉狀洗滌劑的流程 第四節(jié) 洗滌劑的配方設(shè)計(jì) 通過(guò)洗滌劑配方的研究，使表面活性劑和各種助劑充分發(fā)揮它們的協(xié)同作用，以降低洗滌劑的成本和改善使用性能 。洗滌劑配方中的各組分及洗滌過(guò)程中各因素的相互影響極為復(fù)雜，主要靠實(shí)踐與 經(jīng)驗(yàn)，但也有一些普遍的規(guī)律可以借鑒。1 各類表面活性劑的去污性能各有長(zhǎng)短，陰離子型表面活性劑對(duì)極性污垢的去污效果一般優(yōu)于非離子，而去油性污垢則以非離子為好，陽(yáng)離子表面活性劑不宜作洗滌劑。2 多種表