2025年大學《應用化學》專業(yè)題庫——應用化學在日化產(chǎn)品生產(chǎn)中的應用案例考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述表面活性劑在洗滌劑中的主要作用機理，并比較陰離子、陽離子、非離子和兩性表面活性劑各一種的代表物質(zhì)及其在洗滌應用中的優(yōu)缺點。二、某護膚品配方需要具備良好的保濕性和抗氧化性。請簡述甘油作為保濕劑的作用原理，并列舉至少三種常用的抗氧化劑，說明其作用機制及在配方中可能需要考慮的因素。三、解釋什么是pH值對日化產(chǎn)品（以洗發(fā)水為例）性能的影響，并說明在實際生產(chǎn)中，如何通過選擇合適的原料或添加調(diào)節(jié)劑來控制洗發(fā)水的pH值，并闡述選擇特定pH范圍的原因。四、以洗衣粉為例，簡述其主要的化學成分及其作用。假設某洗衣粉產(chǎn)品在儲存一段時間后出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，試分析可能的原因，并提出至少兩種改善儲存穩(wěn)定性的化學或工藝方面的建議。五、防腐劑在日化產(chǎn)品的生產(chǎn)中至關重要。請選擇一種常用的日化防腐劑（如對羥基苯甲酸酯類、咪唑烷基脲類等），闡述其作用機理、使用注意事項（包括濃度限制、與其他成分的兼容性等）。并簡述復配防腐體系的優(yōu)勢和設計原則。六、設計一個簡易的洗發(fā)水配方，要求說明至少五種主要原料（包括清潔劑、保濕劑、增稠劑、香精、防腐劑）的選擇依據(jù)及其在配方中的作用。假設目標產(chǎn)品的目標pH值為5.5-6.0，請簡述如何選擇原料或添加物以實現(xiàn)此pH范圍，并簡要說明為何選擇這個pH范圍。七、“綠色化學”理念日益受到重視。請舉例說明在日化產(chǎn)品的原料選擇或配方設計中，如何體現(xiàn)綠色化學的原則（例如，使用可再生原料、減少毒性、提高原子經(jīng)濟性等）。選擇一個具體的例子進行闡述。八、分析將一種新的表面活性劑應用于液體洗滌劑配方時，需要進行哪些方面的評估和測試，以確定其適用性并優(yōu)化配方性能。請列舉至少五個關鍵的評估指標。試卷答案一、作用機理：表面活性劑分子具有兩親性，一端親水，一端親油。在界面處，表面活性劑分子會自發(fā)排列，親油端朝向油相，親水端朝向水相，從而降低界面張力。在液體內(nèi)部，表面活性劑分子會形成膠束（臨界膠束濃度以下主要吸附在界面，濃度超過CMC后主要形成膠束）。膠束結(jié)構(gòu)可以包裹油污等非極性物質(zhì)，形成水包油（O/W）或油包水（W/O）乳液，使油污能夠分散在水中，便于隨水沖走。優(yōu)點與缺點（示例）：*陰離子表面活性劑（如十二烷基硫酸鈉SDS）：優(yōu)點是清潔能力強，發(fā)泡性好，成本低。缺點是刺激性相對較大，易受鈣鎂離子干擾，且對環(huán)境有一定影響。*非離子表面活性劑（如聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯POE-SFF）：優(yōu)點是刺激性小，性質(zhì)穩(wěn)定，不易受鈣鎂離子影響，與多種表面活性劑兼容性好。缺點是相比陰離子表面活性劑，清潔能力有時稍弱，成本可能較高。*陽離子表面活性劑（如季銨鹽-15）：優(yōu)點是具有殺菌消毒、柔軟、抗靜電等性能。缺點是刺激性較大，主要用于特殊用途（如織物柔軟劑、消毒液），在洗滌劑中較少作為主清潔劑。*兩性表面活性劑（如月桂酰兩性基二乙酸鈉”：優(yōu)點是兼具陰離子和非離子表面活性劑的優(yōu)點，pH適應范圍廣，安全性高。缺點是成本通常較高，結(jié)構(gòu)較復雜。二、甘油作用原理：甘油（丙三醇）分子中含有三個羥基（-OH），具有強烈的吸濕性，能吸收空氣中的水分，并在皮膚表面形成一層水膜，阻止水分蒸發(fā)，從而起到保濕作用。它是一種小分子多元醇，能被皮膚良好吸收?？寡趸瘎┦纠?.維生素C（抗壞血酸）：作用機制是作為強還原劑，清除體系中的自由基（如超氧陰離子、羥自由基），本身被氧化成脫氫抗壞血酸。常用于水性體系。2.維生素E（生育酚）：作用機制是捕捉單線態(tài)氧和自由基，特別是脂溶性自由基，保護不飽和脂肪酸。常用于油性體系或與其他抗氧化劑復配。3.沒食子酸丙酯（PG）：作用機制是通過其酚羥基的氫抽象電子給自由基，使其失活，本身被氧化成沒食子酸。對熱穩(wěn)定，常用于固體產(chǎn)品或與維生素C等復配。配方中考慮因素：抗氧化劑的用量、使用形式（游離態(tài)或酯化態(tài)）、與其他成分（如金屬離子、光照）的相互作用、穩(wěn)定性、法規(guī)限制等。三、pH值影響：pH值會影響表面活性劑的性質(zhì)（如溶解度、膠束形態(tài)、電性）、配方的其他組分（如香精、色素、防腐劑、保濕劑）的穩(wěn)定性、產(chǎn)品的膚感（如刺激性、清潔力）、以及體系中可能發(fā)生的化學反應（如皂化反應、水解反應）?？刂品椒ǎㄒ韵窗l(fā)水為例）：*選擇酸性原料：使用酸性的表面活性劑（如月桂酸、肉豆蔻酸的單甘酯），或在配方中加入有機酸（如檸檬酸、杏仁酸）。*添加pH調(diào)節(jié)劑：使用強堿（如氫氧化鈉、氫氧化鉀）或弱堿（如碳酸鈉、氨水）進行調(diào)節(jié)，但需注意對環(huán)境的影響和成本。*利用緩沖體系：在配方中加入緩沖對（如檸檬酸-檸檬酸鈉）來維持pH值的相對穩(wěn)定。選擇pH范圍原因（5.5-6.0）：此pH范圍接近人體頭皮和發(fā)絲的天然pH值，使用在此范圍內(nèi)的洗發(fā)水通常對頭皮刺激性較小，不易破壞頭皮的天然屏障和發(fā)絲的角質(zhì)層結(jié)構(gòu)，能保持頭發(fā)的順滑和頭發(fā)的健康狀態(tài)。四、主要成分與作用：*表面活性劑：主要清潔成分，去除衣物污漬。*助洗劑（如碳酸鈉、磷酸鹽）：提高表面活性劑在硬水中的清潔效率，軟化水質(zhì)。*builders（螯合劑）：如沸石，能吸附水中的鈣、鎂離子，進一步提高洗滌效率并減少泡沫。*泡料劑：如硫酸鹽類表面活性劑，增加泡沫，改善洗滌體驗。*酶：如蛋白酶、脂肪酶，水解蛋白質(zhì)和脂肪類污漬。*香精、水、防腐劑等。結(jié)塊原因分析：*吸濕性強：洗衣粉中某些成分（如某些助洗劑、吸水劑）或環(huán)境濕度高，導致產(chǎn)品吸收空氣中的水分，自身重量增加，顆粒間粘結(jié)力增大而結(jié)塊。*粉塵或細小顆粒：產(chǎn)品中存在的粉塵或細小顆粒容易聚集，形成結(jié)塊中心，其他顆粒附著其上形成較大結(jié)塊。*包裝密封性差：包裝未能有效隔絕空氣和水分，導致產(chǎn)品長期暴露在潮濕環(huán)境中。*配方設計：某些原料本身的吸濕性或物理性質(zhì)不利于產(chǎn)品的儲存穩(wěn)定性。改善建議：1.化學方面：*選擇吸濕性較低的助洗劑或添加少量抗結(jié)劑（如硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、改性淀粉、二氧化硅）。*優(yōu)化配方，減少易吸潮成分的含量。*使用復配防腐體系，提高產(chǎn)品對濕氣的抵抗力。2.工藝方面：*采用高效干燥工藝，確保產(chǎn)品出廠時水分含量達標（低水分含量是儲存穩(wěn)定性的基礎）。*采用流化床干燥等工藝，使產(chǎn)品顆粒均勻，減少粉塵。*改進包裝，使用防潮包裝材料或真空包裝，提高密封性。*適當降低產(chǎn)品堆密度。五、選擇防腐劑：咪唑烷基脲（如DMDM乙內(nèi)酰脲）。作用機理：DMDM乙內(nèi)酰脲在水中或堿性條件下會水解，釋放出甲醛和尿素。甲醛能夠與蛋白質(zhì)中的氨基酸基團反應，使蛋白質(zhì)變性，從而抑制微生物（細菌、真菌）的生長和繁殖。使用注意事項：*濃度限制：法規(guī)對其使用濃度有規(guī)定，需控制在安全范圍內(nèi)。*與其他成分兼容性：可能與強還原劑、強氧化劑、強堿發(fā)生反應而失效或產(chǎn)生不良副產(chǎn)物。*刺激性：甲醛具有一定的刺激性，雖然DMDM乙內(nèi)酰脲相對溫和，但仍需注意。*過敏風險：少數(shù)人群可能對其過敏。復配防腐體系的優(yōu)勢與設計原則：*優(yōu)勢：提高整體防腐效率，擴大抑菌譜，降低單一防腐劑的使用量及其潛在風險和不良影響，增強對配方變化和儲存條件的適應性。*設計原則：*選擇作用機制不同的防腐劑進行復配（如氧化型與還原型、殺菌型與抑菌型）。*選擇對不同微生物（細菌、真菌）均有抑制作用或互補作用的防腐劑。*考慮防腐劑的協(xié)同效應，使總效果大于單一成分之和。*確保復配體系中各組分濃度在各自有效范圍內(nèi)。*考慮法規(guī)限制和安全性。六、簡易洗發(fā)水配方設計示例：*表面活性劑（清潔劑）：月桂醇聚醚硫酸酯鈉（SLES）。選擇依據(jù)：具有良好的清潔力、發(fā)泡性和溫和性，成本適中，是洗發(fā)水中的常用清潔劑。*脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）。選擇依據(jù)：作為非離子表面活性劑，可協(xié)同清潔，降低SLES的刺激性，改善膚感，提供一定的發(fā)膜效果。*羥乙基纖維素（HEC）。選擇依據(jù)：作為天然高分子增稠劑，能提供良好的粘稠度，改善產(chǎn)品的流動性（低粘度）和泵感（高粘度），并增加產(chǎn)品的稠度感。*香精。選擇依據(jù)：提供產(chǎn)品的香氣，提升使用體驗。需選擇適合洗發(fā)水的香型，并考慮其穩(wěn)定性和安全性。*甘油。選擇依據(jù)：作為保濕劑，補充頭發(fā)和頭皮水分，提供滋潤感。*DMDM乙內(nèi)酰脲。選擇依據(jù)：作為防腐劑，確保產(chǎn)品在儲存和使用過程中的微生物安全。*檸檬酸。選擇依據(jù)：作為pH調(diào)節(jié)劑。SLES和AEO的混合pH通常偏堿性，加入檸檬酸調(diào)節(jié)至目標pH范圍。pH控制與選擇原因：*pH控制：在配方設計中，根據(jù)所選用的表面活性劑（SLES/AEO）的特性，計算其混合物的理論pH值。如果pH過高（例如>7.0），則適量加入檸檬酸進行滴定，調(diào)節(jié)至pH5.5-6.0。*選擇pH范圍原因：如第三題解析所述，pH5.5-6.0接近頭發(fā)的等電點，在此pH范圍內(nèi)，頭發(fā)的角質(zhì)層帶負電荷，相互排斥，易于被清潔劑包裹洗凈，同時洗發(fā)水的刺激性最小，對頭皮和頭發(fā)最溫和，符合溫和清潔的需求。七、綠色化學體現(xiàn)示例：使用生物基表面活性劑替代傳統(tǒng)石油基表面活性劑。闡述：*原料選擇：傳統(tǒng)表面活性劑（如SLS、SLES、AES）大多來源于石油，屬于不可再生資源。而生物基表面活性劑（如月桂酰谷氨酸鈉LSG、椰油基葡糖苷CG、甲基葡糖苷MG）則來源于可再生植物資源（如椰子油、玉米、小麥淀粉等）。*綠色化學原則體現(xiàn)：*可再生性：利用可再生生物質(zhì)資源替代不可再生的化石資源，有利于資源的可持續(xù)利用。*減少有害物質(zhì)：許多生物基表面活性劑在生產(chǎn)過程中使用生物酶催化，過程更溫和，原子經(jīng)濟性高，產(chǎn)生的副產(chǎn)物和污染物較少。其結(jié)構(gòu)與人體皮脂膜更接近，刺激性通常更低，對環(huán)境和人體更友好。*生物降解性：大多數(shù)生物基表面活性劑具有優(yōu)異的生物降解性，進入環(huán)境后能被微生物分解為無害的小分子物質(zhì)，減少環(huán)境污染。*原子經(jīng)濟性：許多生物基表面活性劑的合成路線（特別是酶法合成）原子經(jīng)濟性高，減少了廢物產(chǎn)生。具體例子：以月桂酰谷氨酸鈉（LSG）為例，它由天然氨基酸（谷氨酸）和脂肪醇（月桂醇）通過酶催化反應制得。該過程條件溫和（常溫常壓、水相介質(zhì)），幾乎無廢物產(chǎn)生，產(chǎn)品本身易生物降解，且對皮膚刺激性小。將其應用于洗發(fā)水配方中，即可實現(xiàn)使用可再生原料、減少環(huán)境影響、提升產(chǎn)品溫和性的綠色化學目標。八、新表面活性劑應用于液體洗滌劑配方時的評估與測試：1.表面活性與發(fā)泡性能測試：評估其在水中的溶解性、臨界膠束濃度（CMC）、表面張力降低值、發(fā)泡能力、泡沫穩(wěn)定性、抗收縮性（泡沫破裂后恢復原狀的能力），以及在不同硬水條件下的表現(xiàn)。2.清潔力測試：通過標準污漬（如標準油污、面粉污漬）清洗實驗，評估其對常見污漬的去除能力，與現(xiàn)有配方中的主清潔劑進行對比。3.配伍性與相