洗涤剂的配制与表征

洗涤剂的配制与表征

一、实验背景

洗涤剂在工业生产和人们的日常生活中应用非常广泛，其主要组成成分表面活性剂则是物理化学课程学习中一个非常重要的概念。由于洗涤剂和表面活性剂在生产生活中具有重要的作用，作为知识性和生活常识性的物质，需要了解和熟悉，同时，围绕洗涤剂的配制和表征这一实验课题，可以很好地应用到物理化学课程里学到的很多概念和技术，因此，围绕表面活性剂和洗涤剂开设综合与设计性实验有其价值。

二、基本原理

配制洗涤剂时，既要保证所配制产品的性能，同时也要考虑生产成本和制备工艺。洗涤剂的成本主要由所使用原料的价格来决定，而性能则由配方所使用原料的性质及不同组分之间的配合。处理价格因素外，配方原料的选择需综合考虑一下四点：

①从洗涤的角度来看，配制的洗涤剂要具有洗涤、润湿、增溶、起泡和消泡、乳化等作用，以满足去除污垢的作用；

②为使所配制的洗涤剂发挥作用，需要添加一些具有特定性质的组分，来调节洗涤液的酸碱度以及来自于杂质元素的影响；

③为了使所配制的洗涤剂具有好的应用性能，有时还需要通过在洗涤剂中加入特别组分，如使其具有漂白、消毒等作用；

④从环保的角度出发，还要求使所使用的药品具有较好的生物易降解性能。

洗涤剂的主要成分是表面活性剂。组成洗涤剂的物质：表面活性剂及可提高表面活性剂作用效果的各种辅助成分。表面活性剂分子是具有亲水和亲油基团的两亲分子。表面活性剂分子在溶液表面时，由于极性的差别，其亲水基团进入水中,亲油基团朝向空气。

表面活性剂在清除固体（包括织物）表面黏附污物的洗涤过程中，可通过一个物理、化学过程，明显降低体系的表面张力，并产生润湿、泡沫、分散、乳化和增溶等一系列作用，最终在其他组分和外界机械搅拌因素的协同作用下，是污垢得以清除。常用的表面活性剂主要有如下几种：

（1）阴离子表面活性剂：如烷基苯磺酸钠（LAS）、烷基磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）、烷基磺酸钠（AOS）等。

（2）非离子表面活性剂：如烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）、烷醇酰胺等。

（3）聚醚：是近年来生产低泡洗涤剂的常用活性物，一般常用环氧乙烷和环氧丙烷共聚的产物，常与阴离子表面活性剂复配，主要用作消泡剂。

（4）两性表面活性剂：如甜菜碱等，一般用于低刺激的洗涤剂中。

以前多以配方中含表面活性剂的多少来衡量洗涤剂的优劣。现在，生产洗涤剂的企业一般都采用两种以上的表面活性剂进行复配，有时在较低的表面活性剂含量下，由于多种表面活性剂相互间的协同效应，使洗涤剂也具有良好的洗涤去污能力。

本实验中就是以多用洗洁精的配方进行实验，探究洗涤剂的配制流程和性能表征的方法。

多用洗洁精配方（100g）

十二烷基苯磺酸钠 10g 椰子油酸 3g

粗盐 2g 柠檬酸 1g

三聚磷酸钠 4g NaOH 1g

脂肪酸聚氧乙烯醚 9g 水 70g

三、仪器和试剂

仪器：托盘天平； SBDY型数显白度计；

烧杯； 玻璃棒； 称量纸； 量筒； 胶头滴管；

试剂：十二烷基苯磺酸钠； ；椰子油酸； 粗盐； 柠檬酸； 三聚磷酸钠；

脂肪酸聚氧乙烯醚； 去离子水；

四、实验步骤

（一）洗涤剂的配制

① 用托盘天平分别称量10g的十二烷基苯磺酸钠 、2g 的粗盐、4g 的三聚磷酸钠 、1g 的氢氧化钠，用称量纸包好，备用。

② 用小烧杯在托盘天平上分别称量9g的脂肪酸聚氧乙烯醚 、3g椰子油 、 1g柠檬酸

③ 再用量筒分别量取40mL、30 mL的去离子水备用。

④ 配制A液：将10g十二烷基苯磺酸钠于40 mL水溶于烧杯中，有大量泡沫生成，往烧杯中加入2g粗盐，用玻璃棒搅拌至溶解，泡沫增多，搅拌后泡沫变得均匀，再加入9g的脂肪酸聚氧乙烯醚，没变化，继续加入4g 的三聚磷酸钠，搅拌至基本溶解，泡沫变得细密，得到A液。

⑤ 配制B液：向另一烧杯中依次加入30g水、3g椰子油酸、1g柠檬酸，搅拌后产生泡沫，溶液呈透明，略带黄色，得到B液。

⑥ 将A液和B液混合，搅拌得洗涤剂

（二）白度值的测定

① 接通电源打开在仪器后面的电源开关，预热30min，黑筒放在测量空上用仪器调零电位器调零，待仪器零位稳定后，取下黑筒，放上标准白度板用仪器校标电位器调整标准白度值（校正是83.7），参比值为84.0

② 2.仪器校准后取下标准白度板 ，取一小块布条，进行测量，测得其正面白度值为26.3，反面白度值为30.5

③ 取下小白布，在地板上抹脏，再进行测量其白度值，侧得正面为12.9，反面为12.6。

④ 再取下抹脏后的小布块，用本实验配制好的洗涤剂进行浸泡洗涤，洗涤干净后，烘干小布块，再进行测量白度值，得正面32，反面32.4。

五、讨论与思考

（一）表面活性剂的去污机理

洗涤剂的主要成分是表面活性剂，它是一种具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能够定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为憎水基团，亲水基团常极性基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等，而憎水基团常为非极性烃链，如8个碳以上的烃链。

在使用时，其亲水基与水分子亲和，而憎水基则与油污相缔合，从而达到了降低水的表面张力的作用，增大了有机化合物在水中的溶解性，达到去污的效果。

（二）洗涤剂的配制流程与工艺

洗涤剂一般使用的是间歇式批量化生产工艺，其配制的流程主要有：原料处理，混配或乳化，混合物料的后处理。

（1） 原料处理：洗涤剂生产设备的质材大多使用不锈钢、搪瓷玻璃衬里等材料，其中含有重金属、铁等杂质都可对产品带来不得的影响。

（2） 混配或乳化：工业上一般先将去离子水按量加入锅中，调节温度打开搅拌器，达40-50。

C时边加料边搅拌，先投入易溶解的成分，对于难溶物可先加入增溶成分或表面活性剂，防止生成凝胶，投料过程一般在40。C，投完后在40-60。C继续搅拌至充分混合或完全乳化为止。

（3） 混合物料的后处理：经过乳化的液体，其稳定性较差，需经过均质工工艺，使乳液中分散体系的颗粒更小，更均匀，得到稳定的产品。

本实验中的多用洗洁精为液体洗涤剂，制造过程比较简便只需将表面活性剂、助剂和其他添加剂，以及经过处理的水，进行溶解混合，即得产品。又因为是液体，配方中的组分必须良好相容，才能保证产品的稳定，使之在一定温度、一定时间内无结晶、无沉淀、不分层、不混浊、不改变气味、不影响使用效果。

（三）各种原料的作用

本实验主要是以多用洗洁精为例，介绍了洗涤剂的基本配方和制作过程，多用洗涤剂的配方主要有八种成分，主要成分是：

①十二烷基苯磺酸钠:为阴离子型表面活性剂，在清除小布块上的固体表面黏附污物的洗涤过程中，它通过一个物理、化学过程，降低体系的表面张力，并产生润湿、乳化、分散、起泡、增溶等一系列作用。

②粗盐：作为增稠剂，增强表面活性剂的表面活性作用，促进表面活性剂临界胶束浓度的降低，促进胶束形成、表面活性的提高，使水的表面张力降低，增加表面活性剂的吸附能力。

③三聚磷酸钠：俗称“五钠”，分子式为Na5P3O11，外观为白色粉末状，能溶于水，水溶液呈碱性，它对金属离子有很好的络合能力，不仅能软化硬水，还能络合污垢中的金属成分，在洗涤过程中起使污垢解体的作用，从而提高了洗涤效果。三聚磷酸钠在洗涤过程中还起到“表面活性”的效果，对污垢中的蛋白质有溶胀和增溶作用；对脂肪类物质能起到促进乳化作用；对固体微粒有分散作用，防止污垢的再沉积；此外，它还能使洗涤溶液保持一定的碱性，具有缓冲作用。

④脂肪酸聚氧乙烯醚：作为非离子表面活性剂，最大特点是化学稳定性好，在热稀碱、酸及氧化剂中均稳定。在低于它浊点的温度下有良好的洗涤去污能力，所以用它配制的洗涤剂能满足低温低泡耐硬水的要求。

⑤柠檬酸：用柠檬酸或柠檬酸盐类作助洗剂，可改善洗涤产品的性能，可以迅速沉淀金属离子，防止污染物重新附着在织物上，保持洗涤必要的碱性；使污垢和灰分散和悬浮；提高表面活性剂的性能，是一种优良的鳌合剂；可用作测试建筑陶瓷瓷砖的耐酸性的试剂。

⑥氢氧化钠：作为洗涤助剂，调节pH在在碱性范围内，提高洗涤剂去污能力,也与脂肪酸生成肥皂，有得于油脂乳化，分散达到去污目的。

（四）洗涤效果分析：

洗涤剂去污效率（DE）的计算式如下：

（Rw-Rs）DE*100%(Ro-Rs)

式中Ro为原布条的反射率（白度），Rs为污布的反射率，Rw为污布洗涤后的反射率

实验数据分析，本实验过程中正面Ro=26.3 Rs =12.9 Rw=32，反面Ro=30.5 Rs =12.6 Rw=32.4将其带入上述公式中可以求得：DE（正）=143%、DE（反）=111%。可求出其平均去污能力为：1/2*[DE（正）+DE（反）]=127%.

可以看到洗涤效果较大，洗涤后比洗涤前白度要更大，因为布条原来并非完全干净，带有一定的污垢，故在洗涤后，原来黏附在布条上的污垢与后来加上的污垢一起被洗涤剂洗去，从而使洗涤后白度比原来布条白度更大。因此，此次实验中洗涤剂的洗涤效果有一定程度的偏差，难以反映真实的情况，但也充分说明洗涤剂的去污能力强。

六、思考题：

1. 洗洁精的泡沫是不是越多越好？

答：不一定，洗洁精泡沫量与配方有关。目前洗洁精多为阴离子表面活性剂。一般情况下，泡沫应越多越好，但泡沫太多，不易漂洗。洗洁精泡沫高低影响因素主要有：

（1）、与使用的表面活性剂种类和含量有关，有些表面活性剂，如阴离子表面活性剂，泡沫较多，而非离子表面活性剂则相对较少。

（2）、与污垢的量和状态有关，一般污垢增多（特别是油性污垢），泡沫减少；

（3）、与洗涤时的条件有关，如水温度高时，则泡沫消除较快。

2. 洗涤剂配制中原料加入的一般顺序是？

答：先加入一定量的水，再往其中加入易溶的原料，对于难溶的原料，应先加入助溶剂。

【参考文献】

[1]何广平等编.物理化学实验.北京:化学工业出版社,2008.

[2]傅献彩，沈文霞等编.物理化学.第4版.北京:高等教育出版社,2005.

[3]廖文胜.液体洗涤剂新原料新配方［Ｍ］．北京：化学工业出版社2001，10.

[4]复旦大学等编. 物理化学实验. 第三版. 北京：高等教育出版社，2005.