大學(xué)課件

高等學(xué)校教材

日用化學(xué)品制造原理與技術(shù)

(第二版)

第1章緒論一、日用化學(xué)品及其生產(chǎn)特點(diǎn)(一)日用化學(xué)品的概念日用化學(xué)品是指人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常使用的精細(xì)化學(xué)品。其種類

繁多,與人們的衣、食、住、行息息相關(guān),主要包括化妝品、洗滌

用品、香精香料等精細(xì)化學(xué)品。如肥皂、洗衣粉、潔面乳、牙

膏、洗發(fā)香波、潤膚霜、口紅、墨水、鞋油等都屬于日用化學(xué)

品。按日用化學(xué)品所占有的市場份額區(qū)分,化妝品與洗滌用品是

日用化學(xué)品的兩大類產(chǎn)品。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),1997年全國洗滌用品和化妝品的產(chǎn)量占全部日用化學(xué)品產(chǎn)量的70%以上。因此本書主

要介紹洗滌用品和化妝品的生產(chǎn)原理與技術(shù)。洗滌是一種化學(xué)和物理并用的方法,是將附著于被洗物表面上不

需要的物質(zhì)或有害物質(zhì)除掉,從而使物體表面潔凈的過程。用于

洗滌的制品叫洗滌用品。洗滌用品主要包括6類:肥皂、洗衣粉、

洗發(fā)香波、織物洗滌劑、餐具洗滌劑、硬表面清洗劑。化妝品是指為了使人體清潔、美化、增加魅力、修飾容貌,或?yàn)?/p>

了保持皮膚或毛發(fā)的健康,而在人體上涂抹、散布及采取與之類似的其他方法施加的對人體作用柔和的物品?；瘖y品的種類繁

多,大體可分為4類:護(hù)膚和護(hù)發(fā)化妝品、美容化妝品、美發(fā)化妝

品、藥物化妝品。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、人民生活的豐富,日用化工產(chǎn)品的品種越

來越多,由通用型逐漸轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ眯?。例?就肥皂而言,除了常用的

洗衣皂外,還有潔膚用的香皂、治療皮膚病的藥皂,以及透明皂、

浮水皂和大理石花紋的異形皂等,以滿足消費(fèi)者多方面的需求和

愛好。通常把生產(chǎn)日用化學(xué)品的工業(yè)叫日用化工。日用化工是綜合性較

強(qiáng)的密集型工業(yè),它涉及面較廣,不僅與物理化學(xué)、表面化學(xué)、膠

體化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、染料化學(xué)、香料化學(xué)、化學(xué)工程有關(guān),而且

與微生物化學(xué)、皮膚科學(xué)、毛發(fā)科學(xué)、生理學(xué)、營養(yǎng)學(xué)、醫(yī)藥

學(xué)、美容學(xué)等密切相關(guān)。這就要求多門科學(xué)知識的相互配合,并

綜合應(yīng)用,才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)、高效的日用化學(xué)品。(二)日用化學(xué)品的生產(chǎn)特點(diǎn)(1)對原材料和輔料要求嚴(yán)格日用化學(xué)品是人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常使用的化學(xué)制品,其中有些制品,如化妝品、人體清潔衛(wèi)生用品等

是人們每天都要使用的物品,有的產(chǎn)品長期、連續(xù)與人的皮膚、

器官等部位接觸,因此對制品的質(zhì)量和對人體的安全性以及環(huán)境

衛(wèi)生的要求是很嚴(yán)格的。(2)對生產(chǎn)設(shè)備要求經(jīng)濟(jì)、高效、安全、合理日用化學(xué)品的生產(chǎn)

大部分是小型生產(chǎn),由于其產(chǎn)量小、品種多、質(zhì)量要求嚴(yán)格,而且

所用原材料和輔料比較復(fù)雜,所以選用設(shè)備時(shí)要考慮單機(jī)的通用

性和效率。(3)嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝過程和操作條件日用化學(xué)品大多是配制的

產(chǎn)品,對產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和操作條件的要求非常嚴(yán)格,尤其是對化

妝品和與人體接觸時(shí)間較長的產(chǎn)品,其要求條件極為嚴(yán)格。(4)包裝和裝潢要精美日用化學(xué)品在包裝和裝潢方面與一般工業(yè)

制品應(yīng)有所不同,要精心設(shè)計(jì),給消費(fèi)者以美好的感覺。(5)廠房和生產(chǎn)車間的配置要合理日用化學(xué)品的特點(diǎn)是產(chǎn)量小、

品種多、質(zhì)量要求嚴(yán)格、經(jīng)濟(jì)效益高、生產(chǎn)過程短、廠房占地面

積小,所以必須布局合理。二、洗滌劑的發(fā)展概況(一)洗滌劑的發(fā)展歷史洗滌劑是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚娜沼卯a(chǎn)品。洗滌的作用除了

提高去污能力外,還能賦予其他功能,如織物的柔軟性、金屬的防

銹、玻璃表面防止吸附塵埃等。肥皂是最早的洗滌劑,但肥皂最大的缺陷是它的抗硬水性差,比如

在含CaCO3為300×10-6以上的硬水中,泡沫只有普通軟水中的一半。第二次世界大戰(zhàn)以來,合成洗滌劑大量進(jìn)入以往的肥皂市

場。合成洗滌劑的發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段。①20世紀(jì)30~50年代可以說是世界合成洗滌劑發(fā)展的第一階段。

在這一階段,洗滌劑活性物由油脂衍生物、烷基磺酸鹽、仲烷基

磺酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)橐酝榛蓟撬猁}為主;逐步確定以三聚磷酸鹽、

純堿、硅酸鹽等為主要助劑,以硫酸鈉為主要填充料的基本配

方。②20世紀(jì)60~80年代可以說是第二階段。在這一階段,洗滌劑活性物由支鏈的四聚丙烯烷基苯過渡到直鏈烷基苯,并且以烷基苯磺

酸鹽與醇醚進(jìn)行復(fù)配。其他主活性物開始出現(xiàn),且逐漸進(jìn)入限磷

階段。如1967年,Lion公司首先推出含α-烯基磺酸鹽(AOS),不含直

鏈烷基苯磺酸鹽(LAS),且低磷的Dash品牌液體洗滌劑,并于1973年

推出Seseragi的無磷洗衣粉。隨后Henkel公司又推出含4A沸石的

Persil品牌無磷洗衣粉。在這一階段,堿性蛋白酶開始進(jìn)入洗衣粉

配方。如1967年,P&G推出了Ariel的加酶洗衣粉,1981年P(guān)&G又推

出了品牌為Eraplus的液體加酶洗滌劑。③1987年到現(xiàn)在是第三階段。在這一階段,最突出的變化之一是

濃縮粉、濃縮液粉及高密度粉的出現(xiàn)。如Kao公司于1989年推出

的Attalk濃縮粉,Lion公司于1991年推出的Sparkultra濃縮高密度洗

衣粉,Dial公司1993年推出的Ultrapurer濃縮液體洗滌劑。二是復(fù)合

酶進(jìn)入洗滌劑配方。如P&G公司1994年推出的UltreTida粉。同時(shí)

為了與4A沸石配合,聚合物開始進(jìn)入配方。在洗衣粉及液體洗滌

劑中,甚至出現(xiàn)了一些敏感皮膚用的洗滌劑品種等。這一切反映

了當(dāng)前洗滌劑產(chǎn)品發(fā)展的大體趨勢。中國合成洗滌劑工業(yè)經(jīng)過近幾十年的發(fā)展,已經(jīng)形成一定的規(guī)模,

在市場競爭中逐步發(fā)展壯大,產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代,品種、產(chǎn)量不斷

增加,品質(zhì)也有了明顯的提高,但與發(fā)達(dá)國家相比仍存在一定的差

距,如生產(chǎn)集中度相對分散,人均洗滌用品占有量比較低。在生產(chǎn)

技術(shù)水平上,國際上一些大公司為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本,企

業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和單塔生產(chǎn)量都很高。如美國寶潔公司,在美國本土

的洗衣粉成型塔,每座塔年產(chǎn)30萬噸洗衣粉,生產(chǎn)管理人員60人。

而中國目前的洗衣粉成型單塔能力為3萬~7萬噸,生產(chǎn)管理人員40

0~800人。(二)洗滌劑的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化、信息化的迅猛發(fā)展,人們對洗滌用品的需

求也隨著生活水平的提高日益多樣化。當(dāng)今全球洗滌劑市場競爭

空前激烈,各大洗滌劑生產(chǎn)廠商競相推出多功能的洗滌產(chǎn)品,以滿

足各地消費(fèi)者多元化的需求。從全球范圍來看,盡管液體洗滌劑

發(fā)展迅猛,洗衣粉仍是目前世界各國應(yīng)用最為普及的洗滌用品。

然而,在不同的國家和地區(qū),洗衣粉所占的比例差異極大。在發(fā)展

中國家,洗衣粉占據(jù)洗滌劑市場60%的份額,在中國,其比例高達(dá)65%。而在北美,洗衣粉的比例已被液體洗滌劑所超過。在洗衣粉

中,原先預(yù)計(jì)較有市場前景的濃縮粉在中國發(fā)展不快,普通堆積密

度洗衣粉重獲市場和生產(chǎn)商的重視。目前,合成洗滌劑將繼續(xù)向

有利于環(huán)保、節(jié)水、高效、溫和、使用方便與節(jié)能的方向發(fā)展。1.適應(yīng)環(huán)境保護(hù)的要求,改善自然水體富營養(yǎng)化問題洗衣粉中常含有的助劑磷酸鹽類已經(jīng)使用了數(shù)十年,但大量的磷酸鹽排

入水中,會使水富營養(yǎng)化而導(dǎo)致藻類大量繁殖,破壞了水域的生態(tài)平衡而

污染水源。為此,20世紀(jì)60年代,部分歐美國家、日本相繼控制和禁止含磷洗滌劑的生產(chǎn)和應(yīng)用,洗滌劑的配方將向低磷型和無磷型發(fā)展,并陸續(xù)

推出以4A沸石等為助劑的無磷洗滌劑。然而經(jīng)過幾十年的禁磷實(shí)踐,人

們發(fā)現(xiàn)水體富營養(yǎng)化并無明顯改善。無磷洗滌劑也產(chǎn)生了一系列環(huán)保

問題,如沸石在環(huán)境中的沉積等。因此,最近幾年,在全球洗滌工業(yè)界,對

有磷、無磷洗滌劑環(huán)保作用重新認(rèn)識的呼聲日益高漲。英國利物浦大

學(xué)萊斯教授提出,磷并不是造成富營養(yǎng)化的主要因素。在其他地區(qū),控制

氮比控制磷更為重要。判斷產(chǎn)品是否有利于環(huán)境要從產(chǎn)品的生命周期

考慮,僅僅以其中部分成分為判斷依據(jù)是無意義的。這些觀點(diǎn)受到了中

國洗滌工業(yè)界的廣泛響應(yīng)。預(yù)計(jì)在未來幾年,對限磷、禁磷的爭論仍將

繼續(xù)下去。2.開發(fā)新型溫和的表面活性劑,以多種表面活性劑配方代替單一表面活

性劑配方人們普遍認(rèn)識到,非離子表面活性劑與離子表面活性劑復(fù)配能產(chǎn)生協(xié)同

效應(yīng),可提高洗滌力并控制泡沫;肥皂與合成表面活性劑復(fù)配的洗滌用品,

其洗滌力與抗硬水性等均優(yōu)于肥皂。但是,目前常用的表面活性劑,有的

生物降解性差,有的刺激性大。因此,開發(fā)新型的對人體和環(huán)境都溫和的

表面活性劑成了研究的熱點(diǎn)。葡萄糖與脂肪醇或脂肪酸生產(chǎn)的烷基多

苷(APG)和葡糖酰胺(APA)是20世紀(jì)90年代商品化的一類溫和型非離子

表面活性劑。這兩種新型非離子表面活性劑都對人體溫和,生物降解快而完全,泡沫易于控制,性能優(yōu)異,能與各種表面活性劑復(fù)配,并具有協(xié)同

增效作用。使用APG替代AEO[C12H25O(C2H4O)7H]和部分LAS的洗衣粉在

保持原有洗滌性能的同時(shí),其溫和性、抗硬水性和對皮脂污垢的洗滌性

明顯改善。然而,由于其價(jià)格過高,作為洗滌劑配方成分之一尚難以為消

費(fèi)者所接受。3.開發(fā)漂白系統(tǒng)用酶或是低溫用氧化還原酶,增加酶的新作用長期以來,酶被認(rèn)為是用于清除污斑的組分,即蛋白酶用于清除蛋白污斑

如血跡和奶汁,淀粉酶用于清除淀粉污斑,脂肪酶用于清除脂肪污斑。現(xiàn)

代洗滌用酶已從單一型向混合型發(fā)展,包括脂肪酶、蛋白酶、纖維素酶和淀粉酶。目前,酶工業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)在開發(fā)漂白系統(tǒng)用酶或低溫用氧化

還原酶,使酶制劑的應(yīng)用與節(jié)水、節(jié)能和低溫洗滌的發(fā)展趨勢相一致。

另外,纖維素酶的發(fā)展也增加了酶的其他作用,如降解作用、護(hù)色作用、

總體的洗凈作用和保持白度的作用。例如,寶潔公司與諾和諾德公司合

作開發(fā)了一類新型洗滌用酶——甘露聚糖酶,該酶屬半纖維素酶類,對膠

質(zhì)如口香糖有較好的降解功效,對改善衣物纖維洗后光澤也有所幫助。

諾和諾德公司還開發(fā)出一種過氧化酶體系,該體系由一種過氧化酶、一

種介體(酚噻嗪-10-丙酸)和過氧化氫組成,在洗滌過程中具有抗染料串色

的作用。另外,如何解決現(xiàn)有的問題,如降低酶的粉塵對人呼吸道的傷

害、單次洗滌效果、液體洗滌劑用酶穩(wěn)定性及低溫系統(tǒng)用酶等,仍是面臨的重大挑戰(zhàn)。4.開發(fā)新的漂白體系,降低洗滌溫度漂白體系是目前洗滌原料研究發(fā)展的熱點(diǎn)。目前,在合成洗滌劑中,常用

過碳酸鈉和過硼酸鈉作為漂白劑。由于過硼酸鈉的有效性和合理的價(jià)

格,使其在粉狀洗滌劑中的應(yīng)用非常廣泛。但是,隨著過碳酸鈉價(jià)格降幅

較大,其單位活性氧成本已低于過硼酸鈉,加之全球環(huán)保意識的增強(qiáng),對硼

元素造成環(huán)境不利的影響愈發(fā)重視;并且,使用過碳酸鈉還可部分替代配

方中純堿的功效,更有利于降低成本;另外,過硼酸鈉在低溫下活性較低,

而現(xiàn)在的許多纖維要求較低的洗滌溫度。因此,許多研究者通過使用第二種化學(xué)物質(zhì)與過硼酸鈉形成中間體,而降低其分解所需的較高活化

能。實(shí)踐證明,目前廣泛使用的四乙酰基乙二胺(TAED)是有效的漂白活

化劑,但存在兩大弱點(diǎn):①工作溫度仍相對過高(>30℃),不能真正滿足低

溫洗滌需要;②其去污功效集中于親水性污漬。另一漂白活化劑SNOBS

在高濃度使用中對洗衣機(jī)橡膠圈有損傷。目前研究重點(diǎn)在SNOBS衍生

物類漂白活化劑。這類漂白活化劑使用過程中不產(chǎn)生過氧化二酰,不會

導(dǎo)致橡膠交聯(lián)老化;與TEAD相比,其對油性污漬的去污效果更佳,有較好

的市場前景。5.開發(fā)具有多種外觀形態(tài)的新劑型除傳統(tǒng)型洗衣粉和液體洗滌劑之外,一些新型洗滌產(chǎn)品相繼投放市場。

近年來,在歐洲市場上出現(xiàn)了一種片劑型洗滌劑,并迅速占據(jù)了一定的市

場份額。這種產(chǎn)品有利于消費(fèi)者更方便、更準(zhǔn)確地計(jì)量,且體積小,易于

攜帶,節(jié)省包裝材料,有利于環(huán)保。但片劑型溶解緩慢,在衣物上有不溶殘

余物,因此為了提高溶解分散速率,有的在洗滌片劑中加入聚合物,能在洗

滌液中均勻、徹底地預(yù)溶,并有足夠的強(qiáng)度,可在從工廠到商店再到消費(fèi)

者家中這一過程中保持完好無損,因而取得了相當(dāng)?shù)某晒Α４送?花王公

司推出一種凝膠狀片劑型洗滌劑,此種片劑型產(chǎn)品外覆0.03mm透明可溶

性薄膜,內(nèi)部混有助劑顆粒的凝膠狀表面活性劑。該產(chǎn)品形象精美,使用

攜帶方便,有較好的分散溶解性,獲得了良好的市場反響。三、化妝品的發(fā)展概況(一)化妝品的歷史人類使用化妝品已有幾千年的歷史。在中國,殷商時(shí)代就已使用

胭脂,戰(zhàn)國時(shí)期的婦女就以白粉敷面、以墨畫眉。在國外,使用化

妝品最早的國家是埃及,如大量防腐香油用于保存尸體,使之成為

木乃伊。當(dāng)今世界,美國是化妝品最大的生產(chǎn)國,其次為德國、法國、日本、英國和意大利。美國化妝品、盥洗用品和香料協(xié)會成立于18

94年,至今已有百年以上的歷史。美國化妝品的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是1973

年起執(zhí)行的,化妝品標(biāo)簽只規(guī)定標(biāo)注所用原料名稱、原料的百分

比等。目前化妝品領(lǐng)域比較權(quán)威的手冊是《CTFA國際化妝品原料辭典

和手冊》。其中收錄了9000種化妝品原料,其產(chǎn)品名完全采用科

學(xué)名,而不是原料的商品名。該手冊在歐洲、英國、日本、加拿

大等正在采用或在轉(zhuǎn)換過程中參考,韓國目前決定,只要是該手冊中的原料,就不再抽查。CTFA還出版了國際化妝品原料供應(yīng)商手

冊,包括7500種原料的31000個(gè)商品技術(shù)名稱和定義,近30個(gè)國家60

0余家化妝品原料公司的地址和通訊?；瘖y品原料企業(yè)可以申請

刊登,每年出版一冊。近幾十年來,中國的化妝品行業(yè)得到了飛速的發(fā)展,取得了前所未

有的成績,工業(yè)產(chǎn)值不斷增加,產(chǎn)品的種類和功能更為細(xì)分化,產(chǎn)品

結(jié)構(gòu)有了新的調(diào)整,附加值加大,檔次明顯提高,各地的名牌產(chǎn)品不

斷涌現(xiàn),企業(yè)的知名度、信譽(yù)度和企業(yè)的形象都有了改觀。(二)中國化妝品的現(xiàn)狀近年來,人們對化妝品的需求日益多樣化,促進(jìn)了化妝品的巨大發(fā)

展,不僅表現(xiàn)在產(chǎn)品的數(shù)量和品種有很大的增加,而且出現(xiàn)了許多

新的生產(chǎn)工藝(如微乳液技術(shù)、凝膠技術(shù)和氣霧劑技術(shù)等)和新的

理論,使產(chǎn)品的質(zhì)量有了顯著提高。同時(shí),新的理論也對傳統(tǒng)的配

方技術(shù)提出了挑戰(zhàn),例如,一種陰離子型表面活性劑——十二烷基

硫酸鈉常作為膏霜類化妝品的乳化劑。但國外近期研究表明,這

種乳化劑會使皮膚本身的生理功能發(fā)生紊亂,這意味著傳統(tǒng)的許多化妝品的配方需要進(jìn)行調(diào)整,相應(yīng)的生產(chǎn)工藝也需要改進(jìn)。在中國,自20世紀(jì)90年代以來,化妝品便成為市場的熱點(diǎn)消費(fèi)品。

各大化妝品生產(chǎn)企業(yè)都在努力尋求機(jī)遇,擴(kuò)大生產(chǎn)和銷售領(lǐng)域。

目前,中國化妝品生產(chǎn)企業(yè)已超過3000家,主要集中在北京、天

津、上海、廣州、沈陽、成都和重慶等大城市。上海日化(集團(tuán))有限公司是中國最大的化妝品國有企業(yè),該公司

先后與美國、英國、荷蘭、德國、日本、法國等國家進(jìn)行合作,

引入資本、科技和管理,建立控股、參股中外合資企業(yè)。該公司擁有“鳳凰”、“牡丹”、“旁氏”、“娜麗絲”、“雷達(dá)”、

“妮維雅”、“LUX”等著名品牌,年銷售額28億元,已躋身于中

國工業(yè)企業(yè)500強(qiáng)。上海家化有限公司是中國知名的化妝品企業(yè)。該公司擁有的著名

化妝品品牌有“美加凈”、“露美”、“高夫”、“清妃”、

“六神”。天津化妝品集團(tuán)公司是中國北方地區(qū)有名的化妝品企業(yè),是中國

最早的三資化妝品企業(yè),而后又與日本奇士美公司合資組成“天津婕妮化妝品有限公司”,主要生產(chǎn)唇膏,著名的“奇士美”唇膏

深受消費(fèi)者喜歡。北京麗源公司是北京市化妝品生產(chǎn)歷史最長的知名企業(yè),1980年

開始與日本資生堂株式會社技術(shù)合作生產(chǎn)“華姿”美容類產(chǎn)品,

主要原料由日本進(jìn)口;1991年與日本資生堂株式會社合資建立

“資生堂麗源化妝品有限公司”;1996年又與德國漢高公司合資

建立“北京漢高麗源化妝品有限公司”,生產(chǎn)染發(fā)類產(chǎn)品。麗源

公司現(xiàn)擁有“奧琪”、“紫羅蘭”、“寶貝”、“光明”、“華姿”等著名品牌。重慶奧妮化妝品有限公司系由重慶日化廠與香港于1991年合資

的企業(yè),是中國中西部地區(qū)為數(shù)不多的銷售額超過億元的企業(yè)。

該公司擁有“奧妮”和“潤發(fā)100年”品牌。廣州雅芳化妝品有限公司是1991年由廣州夢思化妝品有限公司與

美國雅芳公司合資組建,生產(chǎn)“AVOA”品牌產(chǎn)品。近幾年來,越來越多的三資企業(yè)帶來世界知名的化妝品品牌,受到消費(fèi)者的喜愛。典型的品牌有來自美國的“AVOA”(廣州雅芳

公司),“絲婷”[安利(中國)公司],“海飛絲”、“飄柔”、“潘

婷”(廣州寶潔公司),“飄灑”(上海莊臣公司),“強(qiáng)生”嬰兒系列

(強(qiáng)生中國公司);來自日本的“麗妃”(上海娜麗絲公司),歐珀萊(資

生堂麗源公司),“奇士美”唇膏(天津婕妮公司),“詩芬”、“碧

柔”(上?；ㄍ豕?,“高絲”(杭州春絲麗公司);來自法國的“法

蘭西施”(上?？他惤z汀·迪奧公司);來自英國和荷蘭的“旁氏”

(上海旁氏公司),“LUX”(力士,上海利華公司);“鄭明明”系列產(chǎn)

品(上海鄭明明公司);“永芳”(南源永芳集團(tuán));“綠丹蘭”(綠丹蘭集團(tuán))。(三)化妝品的研究趨勢1.防曬與美白化妝品是近代化妝品發(fā)展中永恒的主題陽光是萬物賴以生存的、不可缺少的條件,適當(dāng)?shù)淖贤饩€照射有助于人

體健康。然而,近幾年的科學(xué)研究證明,日光曝曬是使皮膚衰老的重要因

素之一。強(qiáng)烈的紫外線照射會損害人的免疫系統(tǒng),加速皮膚老化,導(dǎo)致各

種皮膚病甚至產(chǎn)生皮膚癌。所以,為了防止紫外線對皮膚的傷害,人們需

要在皮膚表面涂上防曬的保護(hù)性化妝品。事實(shí)上,太陽的紫外線全年存在,研究表明,即使是多云或陰天的時(shí)候,仍

然有較強(qiáng)能量的紫外線到達(dá)地面,春秋天到達(dá)地面的紫外線能量并不比

夏天少,而且紫外線能穿透衣服、玻璃到達(dá)皮膚,所以防曬每天都需要。

而防曬與美白有因果關(guān)系,因此,防曬與美白化妝品將是近代化妝品發(fā)展

中一個(gè)永恒的主題。防曬化妝品的發(fā)展以及防曬性能的優(yōu)劣,主要取決于防曬原料的發(fā)展以

及性能的好壞,因此,開發(fā)新型、高效和安全的防曬原料是化妝品研究的

方向。從防曬技術(shù)和原料看,正在世界范圍內(nèi)開展的極具前途的研究有:

復(fù)合技術(shù)與材料在化妝品中應(yīng)用的研究,包括抗UVA和UVB防曬劑的復(fù)合使用,以及吸收劑與散射劑的配合應(yīng)用;尋找具有防曬和抗污染的天然

活性成分,以天然活性物質(zhì)與納米的TiO2和ZnO替代目前的化學(xué)防曬劑,

包括將具有優(yōu)良防曬性能的黑色素、各種植物提取物以及富含氨基酸

和高濃度酪氨酸的海洋生物用于防曬化妝品等。2.天然化妝品成為一種時(shí)尚遠(yuǎn)在幾千年前,人類已經(jīng)知道用黃瓜水、絲瓜汁等搽膚搽臉能保持皮膚

柔軟白嫩,紅花抹腮、指甲花染發(fā)以襯托容顏的美麗和魅力,這就是天然

化妝品的起源。由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn),人工合成化學(xué)品比提取天然品更容

易,制造和使用也更方便,因此人工合成品日益增多,對化妝品的發(fā)展起了

極大的推動(dòng)作用。但是合成化學(xué)品不僅消耗了大量不可再生或再生過

程很緩慢的資源,而且給自然界帶來了大量的,其中部分是自然界原來沒

有的廢棄物,所造成的環(huán)境污染和毒性問題已引起人們的關(guān)注,以致對合

成產(chǎn)品是否安全產(chǎn)生了疑問,從而“回歸大自然”的傾向迅速波及整個(gè)

化妝品工業(yè)?；瘖y品原料經(jīng)歷了由天然向合成品,繼而又從合成品向天

然物的二次轉(zhuǎn)變。但必須指出的是,當(dāng)今的天然化妝品并不是簡單的復(fù)

舊,它完全不同于古代的化妝品?，F(xiàn)代的天然化妝品應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技

術(shù),通過對天然物的合理選擇,對其中的有效成分進(jìn)行抽提、分離、提純和改性,以及與化妝品其他原料合理配用。調(diào)制技術(shù)的研究和提高,已使

當(dāng)代的天然化妝品的性狀大為改觀,不僅具有較好的穩(wěn)定性和安全性,其

使用性能、營養(yǎng)性和療效性亦有明顯提高,在世界范圍內(nèi)已開始進(jìn)入一

個(gè)嶄新的發(fā)展階段。在中國的醫(yī)學(xué)寶庫中,許多中草藥和天然動(dòng)物制品具有防治皮膚病、防

裂、防曬、增強(qiáng)皮膚營養(yǎng)等功能,對于多脂、干燥、皸裂、色斑、粉

刺、皺紋等皮膚缺陷有彌補(bǔ)治療功能,同時(shí)還能增強(qiáng)皮膚彈性、減少皮

膚角化、色素沉著、防止皮脂分泌機(jī)能減退等多種作用。隨著社會和

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人們的不斷研究、創(chuàng)新,中草藥美容化妝品從理論到實(shí)踐,都有了長足的發(fā)展。由于中藥具有科學(xué)性、實(shí)用性、安全性,集天然化、療效化、營養(yǎng)化等

多種功能于一身,受到人們的普遍重視,已成為日本、德國、英國等不少

國家科研的重要課題之一。如德國科學(xué)家對中國唐代名醫(yī)孫思邈的

《千金方》等名著中有關(guān)雀斑、防止皮膚皸裂、滋養(yǎng)肌膚等處方中的

中藥,用電腦進(jìn)行篩選,研究發(fā)現(xiàn),沙參、柴胡、防風(fēng)等的“抗酪氨酸酶”

的作用最為顯著。3.生物技術(shù)制劑在化妝品中的應(yīng)用為化妝品的生產(chǎn)開辟了新的天地生物技術(shù)是20世紀(jì)70年代興起的,經(jīng)過長期的技術(shù)積累,已奠定了較堅(jiān)實(shí)

的基礎(chǔ)。生物技術(shù)的發(fā)展對化妝品科學(xué)起了極大的促進(jìn)作用。以分子

生物學(xué)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代皮膚生理學(xué)逐步揭示了皮膚受損傷和衰老的生物

化學(xué)過程,使人類可以利用仿生的方法,設(shè)計(jì)和制造一些生物技術(shù)制劑,生

產(chǎn)一些有效的抗衰老的產(chǎn)品,延緩或抑制引起衰老的生化過程,恢復(fù)或加

速保持皮膚健康的生化過程。這引起了對傳統(tǒng)皮膚保護(hù)概念和方法的

突破,從傳統(tǒng)的利用油膜來保持皮膚水分的物理護(hù)膚方法,發(fā)展到利用與

細(xì)胞間脂質(zhì)具有類似結(jié)構(gòu)的物質(zhì)來保持皮膚健康的仿生方法。這些仿

生方法已成為發(fā)展高功能化妝品的主要方向,并且推動(dòng)了化妝品科學(xué)的

發(fā)展。如生物技術(shù)產(chǎn)品透明質(zhì)酸、表皮生長因子、超氧化物歧化酶和聚氨基葡萄糖等在化妝品中得到了日益廣泛的應(yīng)用。生物技術(shù)時(shí)代的化妝品原料的開發(fā)應(yīng)包括兩大方面:一是生命科學(xué)的發(fā)

展導(dǎo)致人們對一些生命現(xiàn)象的科學(xué)的認(rèn)識,如對皮膚的老化現(xiàn)象、色素

形成過程、光毒性機(jī)理、飲食對皮膚的影響等的科學(xué)解釋,使人們可以

依據(jù)皮膚的內(nèi)在作用機(jī)制,通過適當(dāng)?shù)哪Ｐ陀嗅槍π缘睾Y選化妝品原料,

設(shè)計(jì)新型配方,改善或抑制某些不良過程;二是利用如大腸桿菌、酵母

菌、動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞等來生產(chǎn)一些很昂貴而又很有效的物質(zhì)作為

化妝品的原料。綜上所述,隨著日用化工的不斷發(fā)展,其產(chǎn)品的門類和種類越來越多,產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度越來越快,應(yīng)用面也越來越廣,市場競爭也越來越激烈。

這就要求從事這一行業(yè)的科研人員不但要有扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識,還要

有敏感的市場意識和一定的經(jīng)營頭腦,只有這樣才能不斷研發(fā)新產(chǎn)品,并

在激烈的市場競爭中處于不敗之地。思考題1.什么是日用化學(xué)品?日用化工的生產(chǎn)特點(diǎn)有哪些?2.日用化學(xué)品主要有哪兩類?各自的定義是什么?3.查資料分別論述化妝品和洗滌用品的發(fā)展趨勢。溶質(zhì)可以使溶劑表面張力發(fā)生變化,有些溶質(zhì)可以使表面張力增大,有些

則可使其減少。根據(jù)物質(zhì)的濃度對溶劑表面張力影響的規(guī)律,可將物質(zhì)

分為三大類,如圖1-1所示。第一類物質(zhì)會使溶劑的表面張力略為升高,屬

于此類物質(zhì)的有強(qiáng)電解質(zhì)如無機(jī)鹽、酸、堿,以及某些含羥基較多的化

合物如糖類;第二類物質(zhì)會使溶劑的表面張力逐漸下降,如低碳醇、羧酸

第一章洗滌劑的組成與復(fù)配規(guī)律等有機(jī)化合物;少量的第三類物質(zhì)會使溶劑表面張力急劇下降,但降低到

一定程度后便下降圖1-1三類物質(zhì)水溶液的濃度c與表面張力σ的關(guān)系1—第一類物質(zhì);2—第二類物質(zhì);3—第三類物質(zhì)很慢,或者不再發(fā)生變化。有時(shí)由于液相中出現(xiàn)雜質(zhì),會使表面張力曲線

出現(xiàn)最低值,如圖1-1中虛線所示,例如在25℃的水中加入0.1%的油酸鈉,

即可將水的表面張力從72mN·m-1降低到25mN·m-1左右。肥皂中的硬脂

酸鈉、洗衣粉中的烷基苯磺酸鈉等都屬于此類物質(zhì)。從這種觀點(diǎn)出發(fā),把能使溶劑表面張力降低的性質(zhì)稱為表面活性(對此溶

劑而言),而具有表面活性的物質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)。第二、三類物質(zhì)即

為表面活性物質(zhì),第一類物質(zhì)不具有表面活性,稱為非表面活性物質(zhì)。第

二、三類物質(zhì)又有不同的特點(diǎn)。少量的第三類物質(zhì)能明顯地降低溶劑

的表面張力,而且在某一濃度下表面張力曲線出現(xiàn)水平線。這類物質(zhì)稱為表面活性劑。表面活性劑不但能明顯地降低表面張力,而且也能明顯地降低界面張

力。例如向水中加入0.001mol·L-3油酸鈉,就能將石蠟油-水的界面張力從

40.6mN·m-1降低到7.2mN·m-1。此外,它具有潤濕或反潤濕、乳化或破

乳、起泡或消泡以及加溶、分散等一系列作用。其根本原因是表面活

性劑能改變體系的表面狀態(tài)。因此,綜合而言,表面活性劑可定義為:凡是

能夠使體系的表面狀態(tài)發(fā)生明顯變化的物質(zhì),都稱為表面活性劑。洗滌劑是由多種原料復(fù)配而成的混合物。洗滌劑的優(yōu)劣取決于所選原

料的品種和質(zhì)量。洗滌劑品種的發(fā)展和各種功能的要求,使洗滌劑所選的原料非常繁多。這些原料可以分兩大類。一類是主要原料,它們是具

有洗滌作用的各種表面活性劑;另一類是輔助原料,它們在洗滌過程中發(fā)

揮著助洗作用或賦予洗滌劑某種功能,如柔軟、增白等的輔助原料,一般

用量較少,但也有的用量很大,如洗衣粉中的輔助原料硫酸鈉的含量可達(dá)

到50%以上。本章主要闡述洗滌劑的去污原理,洗滌劑主要原料的性質(zhì)及其選用規(guī)則

和復(fù)配規(guī)律。表面活性劑不但能明顯地降低表面張力,而且也能明顯地降低界面張力。例如向水中加入

0.001mol·L-3油酸鈉,就能將石蠟油-水的界面張力從40.6mN·m-1降低到7.2mN·m-1。此外,

它具有潤濕或反潤濕、乳化或破乳、起泡或消泡以及加溶、分散等一系列作用。其根本

原因是表面活性劑能改變體系的表面狀態(tài)。因此,綜合而言,表面活性劑可定義為:凡是能

夠使體系的表面狀態(tài)發(fā)生明顯變化的物質(zhì),都稱為表面活性劑。洗滌劑是由多種原料復(fù)配而成的混合物。洗滌劑的優(yōu)劣取決于所選原料的品種和質(zhì)量。

洗滌劑品種的發(fā)展和各種功能的要求,使洗滌劑所選的原料非常繁多。這些原料可以分兩

大類。一類是主要原料,它們是具有洗滌作用的各種表面活性劑;另一類是輔助原料,它們

在洗滌過程中發(fā)揮著助洗作用或賦予洗滌劑某種功能,如柔軟、增白等的輔助原料,一般用

量較少,但也有的用量很大,如洗衣粉中的輔助原料硫酸鈉的含量可達(dá)到50%以上。本章主

要闡述洗滌劑的去污原理,洗滌劑主要原料的性質(zhì)及其選用規(guī)則和復(fù)配規(guī)律。

一、污垢的種類和性質(zhì)被洗滌對象表面上需除去的表面黏附物(不管是外來的還是

本身的,不管與被洗滌物本身有無明顯界限)以及不需要的雜

質(zhì)全稱為污垢。污垢的種類可以按被洗滌對象來劃分,可以

按污垢的化學(xué)性質(zhì)劃分,也可以按相應(yīng)的洗滌方法劃分。(一)按被洗滌對象劃分污垢1.人體污垢人體污垢主要是人體皮膚分泌出來的油性污垢和皮脂。對內(nèi)衣油垢進(jìn)

行分析,發(fā)現(xiàn)其主要成分是游離脂肪酸、三甘酯、蠟、烴(主要是三十碳

五烯)、膽固醇及其脂肪酸酯以及游離脂肪醇等的復(fù)雜混合物。其中,以

C14、C16、C18的飽和與不飽和脂肪酸及其甘油酯最多,幾乎占總脂肪酸量

的80%,并以棕櫚酸和油酸為主。游離脂肪醇,包括C14~C25的飽和與不飽

和的直鏈與支鏈的脂肪醇。烴類是以C27左右的直鏈烷烴為主要成分。

蠟的主要成分是C36的直鏈蠟,其中有少量的支鏈蠟。2.被服污垢被服污垢是指衣帽被褥等纖維物品上的污垢,包括人體分泌的污垢和外界來的污垢,具體可分為以下幾類。(1)油性污垢油性污垢是纖維織物的主要污垢成分,這類污垢大都是油

溶性的液體或半固體,包括動(dòng)植物油脂、脂肪酸、脂肪醇、膽固醇、礦

物油及其氧化物等。其中動(dòng)植物油脂、脂肪酸類與堿作用而皂化溶于

水。而脂肪醇、膽固醇、礦物油則不為堿所皂化,它們的憎水基與纖維

作用力較強(qiáng),牢固地吸附在纖維上而不溶于水,但能溶于某些醚、醇和烴

類有機(jī)溶劑,并被洗滌劑水溶液乳化和分散。(2)固體污垢被服上的固體污垢有煤煙、灰塵、泥土、沙、水泥、皮

屑、鐵銹和石灰等。它們與油脂、水混在一起黏附于織物的表面,其粒徑一般在10~20μm。固體污垢通常帶負(fù)電,個(gè)別也有帶正電的。這類污

垢不溶于水,僅能被洗滌劑水溶液分散、膠溶,懸浮于溶液中。(3)硅污垢硅污垢的主要來源是表土的泥污,粒度的大小為10~2000

μm,粒徑在0.1μm以下的污垢吸附在織物上時(shí),用普通的洗滌劑不可能將

其完全去除。(4)炭質(zhì)污垢炭質(zhì)污垢主要來源于煙塵,煙塵粒子的大小為40~200μm,

容易吸附在疏水性的合成纖維織物上,使織物的顏色發(fā)暗。由于炭質(zhì)污

垢具有很強(qiáng)的吸附性,一般較難去除。(5)特殊污垢這類污垢有砂糖、淀粉、食鹽、食物碎屑及人體分泌物,

如汗、尿、血液、蛋白質(zhì)、無機(jī)鹽等。在常溫下它們能被滲透而溶于

纖維中,其中有的能與纖維發(fā)生化學(xué)作用而形成化學(xué)吸附,難以脫落。3.住宅污垢住宅污垢包括廚房、餐室、浴洗室、日常用具、地毯和地板污垢等。廚房中的污垢主要是油質(zhì)污垢和灑落的食物、煙灰、塵土等。浴洗室

中的污垢主要是塵土、油灰和人體分泌物等。地板污垢主要是油污、

煙垢、蠟和塵土等,與日常用具和織物上的污垢大致相同。地毯污垢可分為無機(jī)物粉末(如沙、黏土、石英、長石、石灰、石膏、磷灰石等)、

有機(jī)物(如動(dòng)植物纖維、樹脂、膠、淀粉、油脂、橡膠、焦油、人體分

泌物等),水分和不明物質(zhì)。4.餐具和炊具污垢餐具包括陶器、瓷器、玻璃器皿、金屬器皿,炊具包括鍋、刀、爐灶

等。餐具和炊具的污垢主要是塵土、煤灰、食物殘?jiān)?、手垢、?xì)菌及

油脂污垢等,另外,還可能有肥料、農(nóng)藥、寄生蟲卵甚至病菌,它們對餐具

和炊具造成嚴(yán)重的污染。5.工業(yè)污垢工業(yè)污垢的種類和成分隨著科技和工業(yè)的發(fā)展迅猛增加。通常認(rèn)為,污

垢是被洗滌對象表面上黏附的外來的有害物質(zhì)。但工業(yè)污垢則不盡然,

比如鐵銹,在電鍍操作前,需洗去銹層,而銹層不是外來物。又如棉花在加

工前不僅要洗去外來污物,而且要去掉外殼及膠質(zhì)。即這些污物與被洗

滌體本體沒有明顯的界限。而且,對于工業(yè)污垢來講,污垢的概念也是相

對的,如為了防銹在金屬表面涂的防銹油在正常使用狀況下不稱為污垢,

但需要洗滌或進(jìn)行電鍍時(shí),則成為必須洗掉的污垢。(二)按污垢的化學(xué)成分劃分按照污垢的化學(xué)成分劃分,污垢可分為以下幾類。①水溶性污垢。如無機(jī)鹽、糖類、汗及尿等。②色素類。如金屬氧化物、碳酸鹽、硅酸鹽和炭黑(煤煙)等。③脂肪。如動(dòng)物油、植物油、礦物油和蠟等。④蛋白質(zhì)。如血液、蛋、奶和皮屑等。⑤碳?xì)浠衔?。如淀粉。⑥來自下列物質(zhì)的可漂白物。如水果、蔬菜、啤酒、咖啡和茶

等。(三)按污垢相應(yīng)的洗滌方法劃分按照污垢相應(yīng)的洗滌方法劃分,污垢可分為以下幾類。①能溶于某酸的污垢,能溶于某堿的污垢。②水溶性污垢。如鉀、鈉的無機(jī)有機(jī)鹽、麥粉、細(xì)菌和某些果

汁等。③水分散污垢。如水泥、石膏、石灰、塵土等無機(jī)污垢,潤滑

油、煤焦油、涂料、油脂、瀝青等有機(jī)污垢,不溶于水也不溶于

有機(jī)溶劑,但可以借適當(dāng)?shù)谋砻婊钚粤皺C(jī)械力使其從被洗滌物

表面上脫落下來形成分散體或懸濁液而除去。④不溶于水的污垢。這一類污垢不溶于水,但大多數(shù)能溶于有機(jī)

溶劑的物質(zhì),加入表面活性劑并施加機(jī)械力可以產(chǎn)生乳化、分散的效果。如油脂,本身雖然不溶于水,但在洗滌劑中的助劑——堿

的存在下能形成水溶性的脂肪酸鈉(肥皂)。這種物質(zhì)具有表面活

性,有助于洗滌。污垢往往不是單獨(dú)存在,而是混合在一起黏附在織物或其他被洗

滌體上,有時(shí)在外界的影響下還會氧化分解,或在微生物的作用下

分解和腐敗,導(dǎo)致更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。二、污垢的黏附關(guān)于污垢的附著狀態(tài),可用掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察。污垢

在被洗滌對象表面上的黏附方式多種多樣,大致有以下幾

種。(1)機(jī)械黏附主要指的是固體塵土黏附的現(xiàn)象。黏附力依

污垢的性質(zhì)及被洗滌物表面的特征(如織物的粗細(xì)、紋狀)和

纖維特性不同而不同。在洗滌時(shí),依攪動(dòng)和振動(dòng)力的大小不

同,污垢的脫落程度也不一致。以機(jī)械力結(jié)合的污垢幾乎可

以用單純的機(jī)械方法去掉,但當(dāng)污垢的粒子小于0.1μm時(shí),就很難去掉。夾在纖維中間和凹處的污垢有時(shí)也難以去除。(2)分子間力黏附被洗滌物和污垢以分子間范瓦爾斯(包括

氫鍵)結(jié)合。衣料纖維中含羧基、羥基、酰氨基等活性基團(tuán),

這些基團(tuán)和污垢中的脂肪酸、脂肪醇形成氫鍵而吸附油性

污垢,油性污垢又吸引固體粒子,特別是容易黏附易聚合的不

飽和油脂和易固化的流動(dòng)態(tài)塑料類,使得污垢的去除變得相

對困難。(3)靜電力黏附一些固體如纖維素或蛋白質(zhì)纖維表面在中

性或堿性溶液中帶有負(fù)電,而有一些固體污垢粒子在一定條

件下帶有正電,如炭黑、氧化鐵等,它們表現(xiàn)出很強(qiáng)的靜電吸

引力而產(chǎn)生黏附。另外,水中含有的鈣、鎂、鐵、鋁等金屬

離子在帶負(fù)電的表面(如纖維)和帶負(fù)電的污垢粒子之間形成

多價(jià)陽離子橋,從而使帶負(fù)電的表面黏附上帶負(fù)電的污垢。

靜電結(jié)合力相對比機(jī)械力強(qiáng),因而污垢的去除相對難些。這

類污垢可用表面活性劑或有機(jī)溶劑除去。(4)化學(xué)結(jié)合力污垢和被洗滌體發(fā)生化學(xué)結(jié)合,形成離子鍵

或共價(jià)鍵,比如鐵銹。這類污垢需要采用特殊的化學(xué)處理方

法使之溶解去掉。三、污垢的去除(一)去除污垢的作用污垢的去除主要包括化學(xué)作用和物理作用。污垢的去除一般依靠

以下幾種作用。1.溶解和分散作用對污垢起溶解和分散作用的主要是水和有機(jī)溶劑,它們在溶解和分散污

垢的同時(shí)還具有媒介作用。水是良好的洗滌媒介,但它有以下缺點(diǎn):①水對油脂類的污垢不具有溶解

和分散能力,在洗滌時(shí)必須添加表面活性劑和助劑;②水的表面張力很大,

把帶有污垢的織物投入水中浸漬時(shí),水不太容易滲入織物的組織內(nèi),同時(shí)

也難浸潤附著在纖維上的污垢;③水中含有多種鹽類,如+1價(jià)的鉀、鈉,+2

價(jià)的鈣、鎂、鐵,+3價(jià)的鋁等金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫酸鹽、硝酸

鹽、硅酸鹽,還有它們的氧化物,其中+2價(jià)以上的金屬鹽和肥皂反應(yīng)后生成不溶于水的金屬皂,這種金屬皂不具有去污能力,對去污不利,在使用肥

皂洗滌時(shí)不僅降低肥皂的去污能力,而且這種金屬皂很容易沉積在被洗

物表面上,使被洗物的光澤和色調(diào)等減退,觸感變硬。溶劑特別是對油性污垢溶解力強(qiáng)的溶劑,廣泛用于工業(yè)清洗,在家庭洗滌

方面主要是作為干洗劑使用。乙醇之類的親水性溶劑比水更容易分散

油性污垢,所以常把乙醇配成水溶液,洗滌油性小的污垢和水溶性污垢。(1)溶劑的利用和溶解的范圍污垢的化學(xué)性質(zhì)和溶劑的溶解力之間存

在著互相選擇和適應(yīng)的關(guān)系。對于單一化學(xué)成分形成的污垢,使用溶解

力最強(qiáng)的溶劑時(shí),用最少的溶劑量可得到最大的去污效果。由于一般污垢的組成成分是復(fù)雜的,因此,對于溶劑的選擇,須針對污垢各種成分的性

質(zhì)和含量,選擇相適應(yīng)的溶劑。例如織物上的污垢有親水性的污垢和親

油性的污垢,組成成分很廣泛。如果只靠水的溶解力就洗不掉油性污垢,

如果單純使用親油性溶劑就洗不掉水溶性污垢。又如,干洗用的溶劑,四

氯乙烯之類的合成溶劑比石油類溶劑的溶解范圍寬。不加其他助劑,單

獨(dú)使用溶劑干洗時(shí),四氯乙烯之類的合成溶劑可以洗掉多種類型的污

垢。另外,由于污垢成分的種類多,為了把污垢全部洗掉,常需用多種溶劑配合

使用以擴(kuò)大溶解范圍。這時(shí),應(yīng)注意互相混合的溶劑的溶解特性應(yīng)相近,例如能夠溶解食鹽的水和能夠溶解油脂的石油類溶劑,由于溶解特性并

不相近,就不具有可混用性。在這種情況下,就要利用表面活性劑的乳化

作用和增溶作用,把水和石油類溶劑做成乳狀液,以便同時(shí)發(fā)揮兩者的溶

解特性。在工業(yè)洗滌和干洗領(lǐng)域,就是利用這個(gè)原理配制成各種工業(yè)用

洗滌劑和干洗劑。溶劑的溶解力與溫度有很大關(guān)系,提高溶劑的溫度,可以使溶解速度和溶

解力成倍增加。但是,為了提高溶解力而提高溫度時(shí),要注意不至于因此

而使溶劑發(fā)生變化。(2)溶劑的種類出于安全性方面的考慮,適宜家庭用的溶劑種類比較少,主要有以下幾類。①烴類。烴類溶劑的價(jià)格比較便宜,而且對油脂類的溶解性良好,是常

用的溶劑。煤油是這類溶劑的代表,也是干洗劑的主要溶劑。此外,如石

油醚、環(huán)己烷等主要用于擦掉織物上的污斑。這類溶劑的共同缺點(diǎn)是

易燃易爆,使用時(shí)要特別注意避免明火。②氯代烴類。這類溶劑也是常用的溶劑,特別是三氯乙烯和四氯乙烯等

主要用于干洗劑和其他洗滌用溶劑。這類溶劑雖然有不燃或難燃的特

點(diǎn),但它們的毒性比一般溶劑的大,特別是四氯化碳的毒性最強(qiáng),家庭不宜

使用。1,1,1-三氯乙烷是低毒性的溶劑,可代替三氯乙烯,但缺點(diǎn)是與水共存時(shí)容易水解。③醇類。醇類毒性較低,乙醇和異丙醇的毒性最低,可作為廚房用洗滌劑

的溶劑。甲醇的口服毒性很強(qiáng),最好不要使用。醇類同樣也具有易燃性,

使用時(shí),要注意避免明火。大部分醇類是水溶性的,屬于親水性溶劑,對油

脂的溶解力較差,和水混合后可增加水的溶解范圍。另外,多元醇類溶劑

的用途范圍很廣,對油脂的溶解性比一元醇類的強(qiáng)。④酮類。丙酮是水溶性溶劑,它對油脂的溶解力比醇類強(qiáng),毒性小、易

燃。丁酮也是水溶性溶劑,但其親油性比丙酮強(qiáng)。⑤氯代氟代烴類。這類溶劑難燃、毒性低,是比較安全和穩(wěn)定的溶劑,可

作為洗滌溶劑,也可作為家庭用噴霧型溶劑使用。由于它的氣體在空氣

中大量擴(kuò)散,破壞大氣中的臭氧層,使紫外線的透過量增加,誘發(fā)皮膚癌

癥,因此,國際上已限制或禁止使用這類溶劑作為氣霧劑的原料,而使用丙

烷-丁烷混合物等代用品。2.表面活性作用在洗滌劑中,發(fā)揮表面活性作用的主體是表面活性劑。表面活性劑對去污起主要作用。助劑本身雖然不具有表面活性作用,卻能增強(qiáng)表面活性劑的作用。在洗織物用的肥皂中添加碳酸鈉,可使純水

的表面張力顯著降低。一方面,碳酸鈉可使酸性或硬度高的洗滌用水中

的鈣生成碳酸鈣沉淀,這樣可使洗滌用水軟化,提高肥皂的去污力,這種效

果主要來源于碳酸鈉的化學(xué)作用。另一方面,肥皂具有起泡作用、降低

表面張力作用和油的乳化作用,這些作用互相配合、協(xié)作,共同發(fā)揮去污

作用。3.化學(xué)反應(yīng)作用酸、堿、氧化劑、還原劑等藥品的化學(xué)反應(yīng)也有重要的去污作用。在

工業(yè)清洗方面,一般使用硫酸、鹽酸、燒堿等強(qiáng)酸、強(qiáng)堿類,洗掉金屬表面的銹、水垢和油污等。而家庭洗滌一般用弱酸或弱堿,化學(xué)反應(yīng)作用

比較溫和。例如,洗滌織物上的混合污垢,有時(shí)可使用氨水,利用氨水同污

垢中的脂肪酸中和生成皂來洗滌,效果比較好。氧化和還原作用是家庭用洗滌劑中常有的化學(xué)反應(yīng)。例如,漂白效應(yīng)就

是氧化和還原反應(yīng)的結(jié)果,使用時(shí)需根據(jù)使用目的適當(dāng)調(diào)節(jié)洗液濃度、

溫度和反應(yīng)時(shí)間。許多氧化劑還具有較強(qiáng)的殺菌作用,特別是次氯酸鈉,

經(jīng)常用于炊具和餐具等洗凈后的殺菌。4.吸附作用吸附作用去除污垢的機(jī)理主要是利用同污垢有親和性的某種物質(zhì)將附

著在被洗物上的污垢吸附到某種親和性物質(zhì)的表面。一般使用比表面

積大的膠體粒子為吸附劑。例如,廚房用和擦洗玻璃用的去污粉中的活

性白土、洗衣粉中的淀粉等都屬于有機(jī)高分子膠體粒子。這些膠體粒

子對污垢的吸附具有選擇性。一般使用活性炭吸附溶液中的污垢。另

外,為了防止從纖維上脫離的污垢重新附著到纖維上,需添加抗再沉淀

劑。這種助劑吸附在纖維的表面上,可以防止污垢粒子再附著到纖維表

面上。5.物理作用僅僅將被洗物浸泡在含有表面活性劑和助劑的洗滌液中并不能充分發(fā)

揮洗滌效果,還要施加適當(dāng)?shù)奈锢碜饔谩Ｎ锢碜饔弥饕菫榱颂岣呦礈?/p>

劑與纖維的接觸面積,利用機(jī)械力促使污垢從纖維上脫離和移走。在施

用物理作用力時(shí),應(yīng)防止被洗物的損傷,且使被洗物的每個(gè)部位受力均

等。加熱也是一種重要的物理作用。一般化學(xué)反應(yīng)的溫度每上升10℃,其反

應(yīng)速度增加一倍。對不同種類的纖維進(jìn)行加熱洗滌,可以使纖維的表面

迅速潤濕膨脹,從而提高洗滌效果。但是,加熱洗滌時(shí)必須注意加熱溫度,

既不損傷被洗物,又能在該溫度下充分發(fā)揮洗滌劑的洗滌效果。6.酶的分解作用動(dòng)植物生物體內(nèi)的酶是一種高分子有機(jī)化合物,對生物體內(nèi)許多物質(zhì)的

分解和合成具有催化作用。在洗滌過程中,可借助酶的這種作用達(dá)到去

污的目的。在洗滌劑中使用的酶屬于加水分解酶類。(二)污垢的去除過程被洗物、污垢和洗滌劑構(gòu)成去污體系。洗滌過程一般可簡化成式

(1-1)F·S+D

F+S·D(1-1)其中,F代表被洗物;S代表污垢;D代表洗滌劑,一般是水或水加洗滌

劑的溶液以及溶劑等,它的作用是將洗滌劑傳送到被洗物和污垢

的界面,再將脫落下來的污垢分散和懸浮起來。污垢的去除過程

可分為以下3步。1.潤濕被洗物表面首先用洗滌劑潤濕被洗物表面,不同質(zhì)地的被洗物的潤濕性能有所差異。表1-1列出了一些纖維材料的臨界潤濕表面張力及其與水的接觸

角。從表中可以看出,除了聚四氟乙烯、聚丙烯等非極性材料外,其余材

料的接觸角都小于90°,臨界濕潤表面張力均在30mN·m-1以上,這也是洗滌

劑能很好地潤濕這些材料表面的原因。表1-1一些纖維材料的臨界潤濕表面張力及其與水的接觸角纖維材料20℃臨界表面張力/mN

·m-1接觸角/(°)聚四氟乙烯18108聚丙烯2990聚酯4381尼龍-664670聚丙烯腈4448再生纖維素44382.油污從物體表面去除一般,油垢呈薄膜狀附著在被洗物的表面。在洗滌過程中,油污呈液滴狀

從被洗物表面脫離,這也是油污去除的“卷縮”機(jī)理。表面活性劑在油

污的“卷縮”過程中起著重要的作用。為了把問題簡化,可以把被洗物看作平滑的固體表面,上面附著的是液體

的油性污垢。在被洗物的固體、油、空氣三相的界面上,油的接觸角是0

°,將其放在洗液中(表面活性劑的稀溶液)浸漬后,會發(fā)生如圖1-2的變化,

即隨著時(shí)間的延續(xù)而卷縮。在卷縮的某一時(shí)刻,如圖1-3所示,油滴的接觸

角是θ,在平面固體S上由水相W圍繞。在固相、油相和水相的三相界面線上(在斷面圖上是點(diǎn))油滴受擠壓,其卷縮力為R。R=γOS-γWS+γOWcosθ(1-2)Δj=γOS-γWS(1-3)式中

Δj——固體上油相在每單位面積的水相上放置時(shí)表面張力減少的

量。油的卷縮力可簡化為R=Δj+γOWcosθ(1-4)圖1-2油性污垢從左向右進(jìn)行卷縮圖1-3卷縮過程的斷面γ—表面張力;S—固相;W—洗液;O—油污在空氣中,油的接觸角幾乎近似于0°,但在洗滌過程中,由于織物吸附

了表面活性劑,γWS變小,而Δj變大。R是正值時(shí),油滴被擠壓,θ隨時(shí)間的延

續(xù)而增大,θ超過90°時(shí),式(1-4)的第二項(xiàng)是負(fù)值,隨θ的增大第二項(xiàng)的絕對

值變大。此時(shí),有兩種情況:①Δj>γOW時(shí),接觸角θ從0°變到180°,R均為正

值,且逐漸減小,當(dāng)θ=180°時(shí),則完全變成球形而卷離。②Δj<γOW時(shí)(實(shí)際上

這種情況多),隨著接觸角增加,R逐漸減小,直到接觸角到達(dá)某一個(gè)值θ0時(shí),

R=0,卷離停止,即式(1-4)變成式(1-5)。-cosθ0=Δj/γOW(1-5)θ0是水溶液前進(jìn)、油后退時(shí)的平衡接觸角。當(dāng)平衡接觸角θ0大于90°時(shí),

在洗液中按照水力動(dòng)力學(xué)的規(guī)律,由流動(dòng)而產(chǎn)生的相對密度差產(chǎn)生了浮

力,油滴則如圖1-4按從左向右的狀態(tài)進(jìn)行,而θ0幾乎保持一定,油在被洗物

上附著的面積逐漸變小。根據(jù)水力動(dòng)力學(xué)規(guī)律,油滴容易發(fā)生變形,由于

吸附表面活性劑,γOW顯著降低。但是在親油性的被洗物表面上的油性污

垢,平衡接觸角θ0保持在90°以下時(shí),由于水的力學(xué)作用,油滴被拉長,接觸

角變小,并破碎,大部分油被除去,接觸角θ0范圍內(nèi)的小油滴殘留在織物上,

從卷縮理論上看,油污的除去并不完全(見圖1-5)。要除去這些小油滴,需要做更多的機(jī)械功,或者借較濃的表面活性劑溶液對油的增溶作用而除

去。一般來說,被洗物的表面親水性越強(qiáng),油污越容易被卷離。圖1-4由于水的流動(dòng)與浮力油滴完全除去(θ0>90°時(shí))圖1-5由于水的流動(dòng)與浮力作用大油滴不完全除去(θ0<90°時(shí))3.洗脫的油污進(jìn)入洗液介質(zhì)洗滌過程的第三步是被洗脫的油污進(jìn)入洗液介質(zhì)中,呈O/W型乳液而分

散。當(dāng)洗滌液排放時(shí),油污同時(shí)被排放掉。四、去污力的評定對于不同類型的洗滌劑,其去污力的評定方法不同。在中國

目前可參考的標(biāo)準(zhǔn)有,衣料用洗滌劑去污力測定標(biāo)準(zhǔn)(GB/T1

3174—91,適于衣料用洗滌劑,包括粉狀、液體及膏狀產(chǎn)品)、

餐具洗滌劑國家標(biāo)準(zhǔn)(GB9985—88,適于洗滌蔬菜、水果、

餐具的洗滌劑)、金屬材料用水基洗滌劑(HB5226—82,航天

部標(biāo)準(zhǔn))和通用水基清洗劑國家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(ZB43002—86)

等。1.織物用洗滌劑去污力測定織物用洗滌劑采用光學(xué)白度法,使用瓶式去污機(jī)進(jìn)行測定,如QW型去污

機(jī)。具體方法是:將人工制備的污布放在盛有洗滌劑硬水的玻璃瓶中,瓶

內(nèi)還放有橡皮彈子,在機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)下,人工污布受到擦洗。在規(guī)定溫度下洗

滌一定時(shí)間后,用白度計(jì)在一定波長下測定污染棉布試片洗滌前后的光

譜反射率,并與空白進(jìn)行對比。中國標(biāo)準(zhǔn)人工污垢組成如下:①混合油(蓖麻油∶液體石蠟∶羊毛脂=1∶

1∶1)5g;②卵磷脂10g;③炭黑污液500ml;④50%乙醇50ml。炭黑污液的

組成為:炭黑2.3g,阿拉伯樹膠3.2g,95%乙醇760ml,水750ml。用白度計(jì)測定人工污染過的污布洗滌前后的白度,經(jīng)計(jì)算即可得出所用洗滌劑的去污率。去污率的計(jì)算采用下列公式去污力=

×100%(1-6)去污指數(shù)=

(1-7)2.餐具洗滌劑去污力的測定餐具洗滌劑去污力的測定包括人工污垢的配制、盤上涂污、洗滌和去

污力測定幾個(gè)步驟。其中人工污垢的配方為原料

質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%煉熟豬油

15小麥粉

15全蛋粉

7.5原料

質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%全脂乳粉

7.5蒸餾水

55將人工污垢涂于盤子上,而后洗滌,因?yàn)橄聪碌奈酃改芟礈靹┑?/p>

泡沫,所以按泡沫消失至一半作為洗滌的終點(diǎn)。于是不同洗滌力的洗滌

劑可以洗出不同數(shù)量的盤子,盤子數(shù)則為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。再與標(biāo)準(zhǔn)餐具洗滌

劑的洗盤數(shù)比較,從而得出去污力值。另外,關(guān)于餐具洗滌劑中酶的效果的評價(jià)方法較多。例如,某些蛋白質(zhì)殘

留較難去除,特別是煮得半熟的雞蛋。檢測方法是將蛋白質(zhì)涂在盤子上,

煮沸,使之變性,用目測法評價(jià)蛋白膜去除效果。3.金屬清洗劑去污力的測定實(shí)驗(yàn)步驟包括金屬試片的制備、打磨、清洗,人造油污的配制、涂覆、

在擺洗機(jī)上浸泡、擺動(dòng)、漂洗、干燥、稱量,最后計(jì)算。人造油污的配方原料

質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%石油磺酸鋇

8羊毛脂鎂皂

3.5羊毛脂

2工業(yè)凡士林

30原料

質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%20#機(jī)油

24.530#機(jī)油

12鈣基脂

2三氧化二鋁(層析用,80~320目)

8去污力=

×100%(1-8)4.自然污垢評定法對于去污力還有一些實(shí)際的評定法。比如自然污染布的調(diào)制方法是用

白襯衫假領(lǐng)子縫在工作服衣領(lǐng)上。穿一星期后,脖頸上的污垢黏附在假

領(lǐng)上,收集大量污染假領(lǐng)進(jìn)行洗滌實(shí)驗(yàn)。將假領(lǐng)左右兩片拆開,編上同樣號碼,用不同洗滌劑作對比實(shí)驗(yàn),用不同季節(jié)、不同穿著時(shí)間得到的假領(lǐng)

做洗滌力評價(jià)。美國有的洗滌劑廠用白襯衫實(shí)驗(yàn)法,即星期一至星期五每天上班時(shí)發(fā)給

經(jīng)選擇的實(shí)驗(yàn)人員穿上白襯衫一件,下午下班交回,洗滌后再穿上,如此持

續(xù)兩個(gè)月,用同一洗滌劑洗滌,最后剪下衣領(lǐng),用標(biāo)準(zhǔn)洗滌劑洗滌的襯衫進(jìn)

行評價(jià)。5.其他專用洗滌劑的評價(jià)方法一些專用的洗滌劑如洗發(fā)香波不考慮去污力。玻璃清洗防霧劑可用規(guī)定的污垢涂于玻璃表面,清洗后的水在凍點(diǎn)以下測其透光度,即可得到產(chǎn)

品的去污和防污綜合效果。表面活性劑是各種洗滌劑的主要活性物,其種類

繁多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。通常根據(jù)其特征,分為陰離子表

面活性劑、陽離子表面活性劑、兩性表面活性

劑和非離子表面活性劑。本節(jié)重點(diǎn)介紹洗滌劑

中常用的表面活性劑及其特征。一、表面活性劑的特征表面活性劑的種類繁多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,但從分子結(jié)構(gòu)的角度歸納

起來,所有的表面活性劑都具有“雙親結(jié)構(gòu)”和“親油基團(tuán)

和親水基團(tuán)強(qiáng)度的相互平衡”兩個(gè)特征。1.表面活性劑分子中的“雙親結(jié)構(gòu)”任何一種表面活性劑,其分子都是由兩種不同的基團(tuán)組成:一種是非極性

的親油基團(tuán)(疏水)結(jié)構(gòu);另一種是極性的親水(疏油)基團(tuán)。這兩種基團(tuán)處

于分子的兩端而形成不對稱的分子結(jié)構(gòu)。這樣,它既有親油性又有親水

性,形成一種所謂的“雙親結(jié)構(gòu)”。表面活性劑的主要親油、親水基團(tuán)列于表1-2中,它們之間的結(jié)合可形成

雙親結(jié)構(gòu)的分子,但不一定都具有表面活性,只有親水、親油強(qiáng)度相當(dāng)時(shí),

才可能是表面活性劑。表1-2表面活性劑的主要親油、親水基團(tuán)親油基團(tuán)親水基團(tuán)烴基R—羧酸基—COONa烷丙烯基R—CH

CH—羥基—OH烷苯基RPh—磺酸基—SO3Na脂肪酸基RCOO—硫酸基—OSO3Na脂肪酸氨基RCONH—磷酸基—PO3Na2脂肪族醇基RO—氨基—N+R3脂肪族氨基RNH—氰基—CN表1-2表面活性劑的主要親油、親水基團(tuán)烷基馬來酸酯ROOC—CH2—硫代基—SH烷基酮基R—CO—CH2—鹵基-Cl、-Br聚氧丙烯基—O(CH3CHCH2

O)n—氧乙烯基—CH2CH2O—2.親油基團(tuán)和親水基團(tuán)強(qiáng)度的相互平衡一個(gè)良好的表面活性劑,不但具有親油及親水基團(tuán),同時(shí)它們的親水親油

強(qiáng)度圖1-6不同碳鏈長度的脂肪酸鈉對石蠟-水界面張力的影響(30℃)必須匹配。親油性太強(qiáng),會完全進(jìn)入油相;親水性太強(qiáng),會完全進(jìn)入水相。

只有具有適宜的親油親水性,才能聚集在油-水界面上定向排布,從而改變

界面的性質(zhì)。親油基的強(qiáng)度除了受基團(tuán)的種類、結(jié)構(gòu)影響外,還受烴鏈

的長短影響;親水基的強(qiáng)度主要取決于其種類和數(shù)量。圖1-6描述了30℃

下加入不同碳原子數(shù)的脂肪酸鈉引起石蠟-水界面張力的變化情況。當(dāng)

碳原子數(shù)較少時(shí),如甲、乙、丙、丁、戊酸鹽的表面張力變化不明顯,去

污力差,不是表面活性劑;只有當(dāng)碳原子達(dá)到8~20時(shí),脂肪酸鈉才呈現(xiàn)出明

顯的表面活性;當(dāng)碳原子數(shù)超過一定數(shù)目時(shí),由于它變成不溶于水的化合

物而失去表面活性作用。若親油基是支鏈或支鏈烷烴,則以8~20個(gè)碳原

子為合適;若親油基為烷烴基苯基,則以8~16個(gè)碳原子為合適;若親油基為烷烴基萘基,則烷基數(shù)一般為兩個(gè),每個(gè)烷基碳原子數(shù)在3個(gè)以上。二、陰離子表面活性劑陰離子表面活性劑溶于水中時(shí),分子電離后親水基為陰離子

基團(tuán),如羧基、磺酸基、硫酸基,在分子結(jié)構(gòu)中還可能存在酰

胺基、酯鍵、醚鍵。疏水基主要是烷基和烷基苯,常見的陰

離子表面活性劑的主要品種有以下幾類。1.羧酸鹽羧酸鹽類表面活性劑俗稱脂肪酸皂,化學(xué)通式為RCOOM,其中R=C8~C22,

M為K+、Na+、N+H(CH2CH2OH)3等。羧酸鹽是用油脂與堿溶液加熱皂化而制得的,也可用脂肪酸與堿直接反

應(yīng)而制得。由于油脂中脂肪酸的碳原子數(shù)不同以及選用堿劑的不同,所

制成的肥皂的性能有很大差異。具有代表性的脂肪酸皂是硬脂酸鈉(C17

H35COONa),它在冷水中溶解緩慢,且形成膠體溶液,在熱水及乙醇中有較

好的溶解性能。脂肪酸皂的碳鏈愈長,其凝固點(diǎn)愈高,硬度愈大,但水溶性

愈差。就同樣的脂肪酸而言,鈉皂最硬,鉀皂次之,銨皂較柔軟。鈉皂和鉀皂有較好的去污力,但其水溶液堿性較高,pH值約為10,而銨皂水溶液的堿性較

低,pH值約為8。用于制造各類洗滌用品的脂肪酸皂都是不同長度碳鏈的

脂肪酸皂的混合物,以便獲得所需要的去污力、發(fā)泡力、溶解性、外觀

等。這類表面活性劑雖有去污力好、價(jià)格便宜、原料來源豐富等特點(diǎn),

但它不耐硬水、不耐酸、水溶液呈堿性。2.烷基硫酸酯鹽烷基硫酸酯鹽的化學(xué)通式為RO—SO3M,其中R=C8~C18,M通常為鈉鹽,也可

能是鉀鹽或銨鹽。烷基硫酸酯鹽的制備方法是將高級脂肪醇經(jīng)過硫酸

化后再以堿中和。這類表面活性劑具有很好的洗滌能力和發(fā)泡能力,在硬水中穩(wěn)定,溶液呈中性或微堿性,它們是配制液體洗滌劑的主要原料。

其中最主要的品種是月桂醇硫酸鈉,商品代號為K12,結(jié)構(gòu)簡式為C12H25O—

SO3Na,白色粉末,可溶于水,可用做發(fā)泡劑、洗滌劑等。如果在烷基硫酸酯的分子上再引入聚氧乙烯醚結(jié)構(gòu),則可以獲得性能更

優(yōu)良的表面活性劑,這類產(chǎn)品中具有代表性的是月桂醇聚氧乙烯醚硫酸

鈉,其結(jié)構(gòu)簡式為C12H25(OCH2CH2)n—OSO3Na,俗稱AES。由于聚氧乙烯醚

的引入,使得月桂醇聚氧乙烯醚硫酸鈉比月桂醇硫酸鈉水溶性更好,其濃

度較高的水溶液在低溫下仍可保持透明,適合配制透明液體香波。月桂

醇聚氧乙烯醚硫酸鹽的去油污能力特別強(qiáng),可用于配制去油污的洗滌劑,如餐具洗滌劑。該原料本身的黏度較高,在配方中還可起到增稠作用。將非離子表面活性劑單月桂酸甘油酯經(jīng)硫酸酸化后,再中和,可制得單月

桂酸甘油酯硫酸鈉,其結(jié)構(gòu)簡式為

該產(chǎn)品易溶于水,水溶液呈中性,對硬水穩(wěn)定,其發(fā)泡性和乳化作用均好,

去污力強(qiáng),適用于配制香波等高檔液體洗滌劑。3.烷基磺酸鹽烷基磺酸鹽的通式為R—SO3M,其中R可以是直鏈烴、支鏈烴基或烷基苯,

M可以是鈉鹽、鉀鹽、鈣鹽、銨鹽,這是應(yīng)用得最多的一類陰離子表面

活性劑。它比烷基硫酸酯鹽的化學(xué)穩(wěn)定性更好,表面活性也更強(qiáng),成為配

制各類合成洗滌劑的主要活性物質(zhì)。烷基磺酸鹽的疏水基不同時(shí),可以

表現(xiàn)出不同的表面活性,可分別作為乳化劑、潤濕劑、發(fā)泡劑、洗滌劑

等使用?，F(xiàn)將烷基磺酸鹽中的幾種主要產(chǎn)品介紹如下。(1)烷基苯磺酸鈉(ABS)烷基苯磺酸鈉的結(jié)構(gòu)簡式為

它是由烷烴脫氫后直接與苯縮合制得烷基苯,然后用SO3磺化,中和后即得

成品。烷基苯磺酸鈉具有良好的發(fā)泡力和去污力,綜合洗滌性能優(yōu)越,是

合成洗衣粉中使用最多的表面活性劑。早期的烷基苯磺酸鈉是以丙烯

為原料,聚合成四聚丙烯(十二烯),再與苯縮合成十二烷基苯。用這種原

料生產(chǎn)的烷基苯磺酸鈉雖然潤濕能力好,去污能力也好,但不易生物降解,

排放后污染環(huán)境,因此這種產(chǎn)品已逐漸被用正構(gòu)烷烴生產(chǎn)的直鏈烷基苯

磺酸鈉所取代。(2)仲烷基磺酸鈉(SAS)仲烷基磺酸鈉的結(jié)構(gòu)簡式為

它是以平均碳原子數(shù)為C15~C16的正構(gòu)烷烴為原料而制得的磺酸鹽。正構(gòu)

烷烴在紫外線照射下與SO2及O2通過磺氧化法反應(yīng)生成烷基磺酸,然后用

NaOH中和得到仲烷基磺酸鈉。RCH2R'+2SO2+O2+H2O

進(jìn)行磺氧化反應(yīng)時(shí),磺酸基可能出現(xiàn)在正構(gòu)烷基烴基上的任何一個(gè)碳原

子上,由于仲碳原子比伯碳原子更易發(fā)生反應(yīng),因此產(chǎn)品的組成主要是仲

烷基磺酸鈉。用磺氧化法生產(chǎn)的烷基磺酸鈉副產(chǎn)品少,色澤淺,適宜用于

民用洗滌品。另外,仲烷基磺酸鈉的表面活性與直鏈烷基苯磺酸鈉接近,

但溶解性能及生物降解性能均優(yōu)于直鏈烷基苯磺酸鈉。仲烷基磺酸鈉

的缺點(diǎn)是用它作為主要組分的洗衣粉發(fā)黏,不松散,因此只用于液體洗滌

劑中。(3)α-烯基磺酸鹽(AOS)石蠟裂解后得到的C15~C18的α-烯烴用SO3磺化

后,再進(jìn)行中和,便得到α-烯基磺酸鹽,簡稱AOS,它的主要成分是烯基磺酸鹽[R—CH

CH—(CH2)n—SO3Na]和羥基烷基磺酸鹽[R—CHOH—(CH2)n—SO3Na]。AOS的去污力優(yōu)于LAS,而且生物降解性能好,不會污染環(huán)境,且刺激性小,

毒性遠(yuǎn)低于LAS及AS。AOS與非離子表面活性劑及陰離子表面活性劑都

有良好的配伍性能。AOS與酶也有良好的協(xié)同作用,是制造加酶洗滌劑

的良好原料。4.烷基磷酸酯鹽烷基磷酸酯鹽也是一類重要的陰離子表面活性劑,可以用高級脂肪醇與五氧化二磷直接酯化而制得,所得產(chǎn)品主要是磷酸單酯及磷酸雙酯的混

合物。

不同疏水基的產(chǎn)品以及單酯鹽、雙酯鹽含量不同時(shí),產(chǎn)品性能有較大的

差異,使產(chǎn)品適用于乳化、洗滌、抗靜電、消泡等不同的用途,如十二烷

基磷酸酯鈉鹽主要作為抗靜電劑,用于具有調(diào)理作用的產(chǎn)品中。十二烷基聚氧乙烯醚磷酸酯鹽是一種優(yōu)良的表面活性劑。它由非離子

表面活性劑烷基聚氧乙烯醚與五氧化二磷酯化而得到,結(jié)構(gòu)簡式為

這是一種黏度很高、去污力很強(qiáng)、適合于配制餐具洗滌劑的表面活性

劑。這類磷酸酯鹽兼有非離子表面活性劑的特點(diǎn),因此其綜合性能及配

伍性能俱佳。以多元醇酯類非離子表面活性劑衍生的磷酸酯鹽,如單月桂酸甘油酯磷

酸酯鹽,也是綜合性能較好的陰離子表面活性劑,用于食品乳化劑、餐具

洗滌劑和硬表面清洗劑。5.分子中具有多種陰離子基團(tuán)的表面活性劑為了改進(jìn)表面活性劑的性能,隨著有機(jī)合成技術(shù)的進(jìn)步,可在分子中引入

多種離子型官能團(tuán),如脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸單酯二鈉。

這是一種性能溫和、生物降解好、發(fā)泡力強(qiáng)的表面活性劑。它不僅本

身刺激性小,而且在配伍時(shí)可以降低硫酸酯類表面活性劑的刺激性,可用

于配制高檔香波和化妝品。三、陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑溶于水中時(shí),分子電離后親水基為陽離子。幾乎所有的陽離子表面活性劑都是有機(jī)胺的衍生物。陽離子表面活性劑的去污力較差,甚至有負(fù)洗滌效果,一般主

要用做殺菌劑、柔軟劑、破乳劑、抗靜電劑等。日化化學(xué)

品中常用的陽離子表面活性劑有以下幾種。1.季銨鹽季銨鹽是陽離子表面活性劑中最常用的一類,一般由脂肪叔胺與鹵代烴

反應(yīng)得到。例如用十二烷基二甲基胺與氯芐反應(yīng)生成十二烷基二甲基芐基氯化銨。

Cl-這是一種具有殺菌能力的表面活性劑,俗稱“潔爾滅”。除此以外,季銨

鹽表面活性劑還有十六烷基三甲基氯化銨、十二烷基二甲基芐基溴化

銨、十八烷基三甲基氯化銨、雙十八烷基二甲基氯化銨等。2.咪唑啉鹽咪唑啉化合物是典型的環(huán)胺化合物。用羥乙基乙二胺和脂肪酸縮合即

可得到環(huán)叔胺,再進(jìn)一步與鹵代烴反應(yīng)即得咪唑啉鹽表面活性劑。例如

Cl-這類表面活性劑主要用做頭發(fā)滋潤劑、調(diào)理劑、殺菌劑和抗靜電

劑,也可用做織物柔軟劑。3.吡啶鹵化物鹵代烷與吡啶反應(yīng),可生成類似季銨鹽的烷基吡啶鹵化物。

+RCl

Cl-十二烷基吡啶氯化銨是這類表面活性劑的代表物,其殺菌力很強(qiáng),對傷寒桿菌和金黃葡萄球菌有殺滅能力,在食品加工、餐廳、飼養(yǎng)場和游

泳池等處作為洗滌消毒劑使用。四、兩性離子表面活性劑兩性離子表面活性劑分子中既有正電荷的基團(tuán),又有負(fù)電荷

的基團(tuán),帶正電荷的基團(tuán)常為含氮基團(tuán),帶負(fù)電荷的基團(tuán)是羧

基或磺酸基。兩性表面活性劑在水中電離,電離后所帶的電性與溶液的pH值有關(guān),在等電點(diǎn)以下的pH值溶液中呈陽性,顯示陽離子表面

活性劑的作用;在等電點(diǎn)以上的pH值溶液中呈陰性,顯示陰離

子表面活性劑的作用。在等電點(diǎn)的pH值溶液中形成內(nèi)鹽,呈

現(xiàn)非離子型,此時(shí)表面活性較差,但仍溶于水,因此兩性表面活

性劑在任何pH值溶液中均可使用,與其他表面活性劑相容性

好。耐硬水,發(fā)泡力強(qiáng),無毒性,刺激性小,也是這類表面活性

劑的特點(diǎn)。下面介紹幾種常用的兩性表面活性劑。(1)甜菜堿型兩性表面活性劑甜菜堿是從甜菜中分離出來的一種天然產(chǎn)物,其分子結(jié)構(gòu)為三甲胺基乙酸鹽。如果甜菜

堿分子中的一個(gè)—CH3被長碳鏈烴基代替就是甜菜堿型表面

活性劑,一般由對應(yīng)的叔胺與氯乙酸鈉反應(yīng)而制得。例如

+ClCH2COONa

+Na-Cl最有代表性的是N-十二烷基-N,N-二甲基-N-羧甲基甜菜堿(簡

稱BS-12)

具有酰胺基的甜菜堿性能更為優(yōu)良,如椰油酰胺甜菜堿

(2)氨基酸型兩性表面活性劑它是由脂肪胺與鹵代羧酸反

應(yīng)而制得,其中具有代表性的產(chǎn)品是十二烷基氨基丙酸(C12H2

5NHCH2CH2COOH)。(3)咪唑啉型兩性表面活性劑它是由咪唑啉衍生物與鹵代羧酸反應(yīng)而制得,如1-羥乙基-2-烷基羧基咪唑啉

這是一種優(yōu)良的表面活性劑,刺激性很小,可用于嬰兒香波和

洗發(fā)香波中,還可用做抗靜電劑、柔軟劑、調(diào)理劑、消毒殺

菌劑。五、非離子表面活性劑非離子表面活性劑在水溶液中不電離。其分子結(jié)構(gòu)中的親

油性基團(tuán)與離子型表面活性劑大致相似,但親水基團(tuán)是分子

中的羥基和醚基。由于非離子表面活性劑在水中不呈離子

狀態(tài),所以不受電解質(zhì)、酸、堿的影響,化學(xué)穩(wěn)定性好,與其他

表面活性劑的相容性好,在水和有機(jī)溶劑中均有較好的溶解

性能,利用親水基中羥基的數(shù)目不同或聚氧乙烯鏈長度不同,

可以得到一系列親水性能不同的非離子表面活性劑,以適應(yīng)潤濕、滲透、乳化、增溶等各種不同的用途。現(xiàn)將常用的

幾種非離子表面活性劑介紹如下。1.聚氧乙烯類非離子表面活性劑聚氧乙烯類非離子表面活性劑是由高級脂肪醇、高級脂肪酸、烷基

酚、多元醇酯等與環(huán)氧乙烷加成而制得。它們是非離子表面活性劑中

生產(chǎn)量最大,用途最廣的一大類表面活性劑。(1)脂肪醇聚氧乙烯由脂肪醇與環(huán)氧乙烷直接加成而得到,其通式為RO(CH2CH2O)nH,其中R=C12~C18,n=3~30,n值亦稱EO數(shù),EO數(shù)較小時(shí)用于生產(chǎn)

AES的原料以及乳化劑,EO數(shù)較大時(shí)用于潤濕劑或洗滌劑。例如表面活

性劑平平加O(Peregal

O)就是這類產(chǎn)品。(2)烷基酚聚氧乙烯醚由烷基酚與環(huán)氧乙烷直接加成而得,其通式為

其中R一般在12個(gè)碳原子以下,常用的有壬基酚和辛基酚,根據(jù)n的不同,可

制備系列產(chǎn)品,“TX”系列和“OP”系列產(chǎn)品就是這類表面活性劑的商品名稱。這類產(chǎn)品最大的特點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性好,即使在高溫下遇到酸、

堿也不會被破壞。2.烷基酰醇胺烷基酰醇胺是分子中具有酰胺基及羥基的非離子表面活性劑。它是由

脂肪酸與二乙醇胺反應(yīng)而制得,例如凈洗劑6501的合成。C11H23COOH+2HN(CH2CH2OH)2

合成反應(yīng)時(shí),其中1mol二乙醇胺并未形成酰胺,而是與烷基酰醇胺結(jié)合成

復(fù)合物,使難溶于水的C11H23CON(C2H4OH)2變成水溶性,因此這類產(chǎn)品的

水溶液呈堿性,在酸性介質(zhì)中會降低其溶解性能。烷基酰醇胺有較好的

洗滌、發(fā)泡和穩(wěn)泡性能,常作為穩(wěn)泡劑,并且其水溶液的黏度較大,在液體

洗滌劑中也可作為增稠