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1、第二章洗涤剂的去污原理与成分 学习要点 1 常用表面活性剂的分子结构及其使用特点 2 了解洗涤剂去污原理 表面活性剂的选择与复配和常用洗涤助剂 2008 2013年全球洗涤剂市场年均复合增长率 2013年全球洗涤剂市场品类情况 洗涤剂 洗涤剂是人们日常生活和工作中的必需品 长期以来在保护人类健康 清洁环境方面及工业生产中起着十分重要的作用 洗涤剂种类繁多 各成系列 主要分为民用洗涤剂和工业用洗涤剂 民用洗涤剂包括个人卫生清洁剂 衣物用洗涤剂和家庭日用清洁剂 洗涤剂 洗涤剂的原料1 主料 表面活性剂2 辅料 增强和提高洗涤剂的各种效能 如增白 柔顺等 第一节洗涤剂的去污原理 一 污垢的种类和性质
2、污垢是指被洗涤对象表面上需要除去的表面黏附物以及不需要的杂质 污垢的种类较多 因此要对其进行分类研究 一 污垢的种类和性质 1 根据污垢存在的形状分类 1 颗粒状污垢 如固体颗粒 微生物颗粒等 2 覆盖膜状污垢 如油脂等在物体表面形成一层膜 3 无定形污垢 如块状或各种不规则形状的污垢 4 溶解状态污垢 如以分子形式溶解于溶剂中的污垢 一 污垢的种类和性质 2 根据污垢的化学组成分类 1 无机污垢 水垢 锈垢等 主要由金属或非金属的氧化物及水化物或无机盐类 一般采用酸碱等化学试剂溶解除去 2 有机污垢 淀粉 奶渍等 主要由碳水化合物 蛋白质等有机高分子化合物构成 可利用氧化分解或乳化分解去除
3、油垢的种类 一 二 一 污垢的种类和性质 3 根据污垢的亲水性和亲油性分类 1 亲水性污垢 可溶于水的无机盐或蔗糖等可用水浸泡除去 2 亲油性污垢 油脂 树脂等利用有机溶剂溶解或表面活性剂乳化分散去除 一 污垢的种类和性质 4 根据在物体表面的存在形式分类 1 单纯靠重力作用在物体表面沉降而堆积的污垢主要是大颗粒的灰尘等 容易从物体表面除去 一 污垢的种类和性质 4 根据在物体表面的存在形式分类 2 靠吸附作用结合于物体表面的污垢吸附力 范德华力 氢键 共价键等去除较困难 需采用特殊方法克服粒子的吸附作用 一 污垢的种类和性质 4 根据在物体表面的存在形式分类 3 污垢粒子靠静电吸引力附着在物
4、体表面带电的污垢粒子附着在同样带点的物体表面 同种电荷 异种电荷 放入水中 即可减小静电引力 从而除去污渍 主要原因 材料导电性差 置于空气中易带电 一 污垢的种类和性质 4 根据在物体表面的存在形式分类 4 在物体表面形成的变质层污垢特点 污垢与物体表面存在一个明确的分界面除去方法 酸 碱等化学试剂或物理机械方法除去 一 污垢的种类和性质 4 根据在物体表面的存在形式分类 5 渗入物体表面内部的污垢如衣服表面的液体污渍 不仅会在衣服表面扩散 也会进入衣服内部 一 污垢的种类和性质 4 根据在物体表面的存在形式分类 6 刺破物体表面而进入内部的坚硬污垢 二 污垢的去除 1 污垢的去除原理1 化
5、学作用2 物理作用 二 污垢的去除 1 溶解和分散作用溶剂是溶解和分散的主体 其中水是最常用的溶剂 WHY 但是水的缺点也很多 二 污垢的去除 1 溶解和分散作用 油脂类污渍不溶于水 水容易进入衣物内 带入大量污渍 含有2价以上金属盐的硬水容易降低洗涤剂的洗涤效果 二 污垢的去除 1 溶解和分散作用鉴于污垢的化学种类多 因此需要选择多种溶剂配合使用 如工业洗涤和干洗 就是利用表面活性剂的能力 将水以及有机溶剂制成乳 进而同时发挥两者的作用 二 污垢的去除 2 表面活性作用洗涤剂中的表面活性剂是发挥表面活性作用的主体 表面活性剂的特殊结构使其能够富集在液 液 液 气和气 固界面发挥作用 目前开发
6、低刺激性 易生物降解 多功能化的表面活性剂十分活跃 二 污垢的去除 3 化学反应作用主要是通过酸 碱 氧化剂等的化学反应除去污渍 工业洗涤剂 强酸 强碱除去污垢日用洗涤剂 弱酸 弱碱 氧化还原反应等 二 污垢的去除 4 吸附作用利用与污垢具有亲和性的物质将污垢吸附到去污剂的表面 如 淀粉除油污等 二 污垢的去除 5 酶的分解作用酶是生物体内的一类催化生物体内分解 合成反应的高分子化合物 如 蛋白酶等 二 污垢的去除 6 物理作用适宜的物理条件是洗涤剂发挥洗涤效果的关键 如 机械搅拌或加热但是物理条件要建立在不损伤被洗物和充分发挥洗涤剂效果的基础上 二 污垢的去除 2 污垢的去除过程洗涤过程 A
7、B CA BC其中A为被清洗物 B为污垢 C为洗涤剂 溶剂一般为水 二 污垢的去除 2 污垢的去除过程洗涤剂与污垢结合以后 从被清洗物上分离以后 与溶剂以乳浊液 悬浊液 泡沫和胶体溶液的形式相结合 从而从被清洗物上脱落 二 污垢的去除 2 污垢的去除过程去污过程中涉及的相关概念 1 润湿作用即使得纺织品或其他固态物质能被水润湿 因此洗涤剂中必须加入表面活性剂 来降低水的表面张力 使水分子易于渗透到织物组织中去 二 污垢的去除 2 污垢的去除过程 2 乳化力污物被肥皂或洗涤剂分子包围后 易于分散到液体中形成乳状液 同样要求洗涤剂能降低水的表面张力 二 污垢的去除 2 污垢的去除过程 3 分散作用
8、或胶溶作用要求洗涤剂分子是分散剂 把油渍 污物变成分散的胶体溶液 其中主要靠洗涤剂分子和水形成的双电层的吸附引力 二 污垢的去除 2 污垢的去除过程 4 保护作用保护胶体粒子不发生聚集 5 携污能力防止污垢重新沉积在织物上的能力 二 污垢的去除 2 污垢的去除过程 6 泡沫力起泡不是洗涤剂中表面活性剂的主要性质 但是起泡能间接增加洗涤剂的携污能力 三 去污力的评定 目前我国可参考的标准有 衣料用洗涤剂去污力测定标准 GB T13174 91 餐具洗涤剂国家标准 GB9985 88 金属材料用水基洗涤剂 HB5226 82 通用水基清洗剂国家专业标准 ZB43002 86 第二节洗涤剂常用的表面
9、活性剂 在洗涤剂中 表面活性剂一般作为洗涤成分 但在某些配方中也用作辅助原料 起乳化 润湿 增溶 保湿 润滑 杀菌 柔软 抗静电 发泡 消泡等作用 按用量和品种 用的最多的是阴离子表面活性剂 其次是非离子表面活性剂 两性表面活性剂很少使用 阳离子表面活性剂 由于它在纤维上的吸附大 洗涤力小 且价格昂贵 不适合用于洗涤剂 有时在洗涤剂中加入阳离子表面活性剂主要是为了使洗涤剂具有杀菌消毒能力或起柔软作用 表面活性剂 定义 表面活性剂是指在加入少量时就能显著降低溶液表面张力并改变体系界面状态的物质 表面活性剂达到一定浓度后可缔合形成胶团 从而具有润湿或抗粘 乳化或破乳 起泡或消泡以及增溶 分散 洗涤
10、 防腐 抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用 成为一类灵活多样 用途广泛的精细化工产品 一 表面活性剂的特征 1 表面活性剂的 双亲结构 分子的一端是由一个较长的烃链组成的 它是憎水性 能溶于油但不能溶于水中 因此称为憎水基或亲油基 分子的另一端是较短的极性基团 它能溶于水中而不能溶于油中 称为憎油基或亲水基 2 亲油基团与亲水集团强度的相互平衡亲油基是直链或支链烷烃 8 20个碳原子为宜 亲油基为烷烃基苯基 8 16个碳原子为宜 亲油基为烷烃基萘基 则烷基数一般为两个 每个烷基碳原子数在3以上 二 表面活性剂的种类 通常按离子类型分类 在水中能电离而生成离子的叫离子表面活性剂 不能电离
11、的叫非离子表面活性剂 在离子表面活性剂中 亲水基团带有负电荷的叫阴离子表面活性剂 亲水基团带有正电荷的叫阳离子表面活性剂 视溶液酸碱度不同而离解成阴离子或阳离子的则称为两性表面活性剂 1 阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂溶于水中以后 分子电离后亲水基为阴离子集团 如羧基 磺酸基 硫酸基等 疏水基团主要是烷基和烷基苯 常见的阴离子表面活性剂主要有以下3种 1 阴离子表面活性剂 1 羧酸盐类又称脂肪酸皂 化学通式 RCOOM R C8 C22 M K Na 等 典型代表 肥皂 硬脂酸钠 1 阴离子表面活性剂 1 羧酸盐类特点 冷水中溶解慢 热水中溶解快碳链越长 硬度越大 水溶性越差去污力好 价格便
12、宜 原料丰富不耐硬水 不耐酸水溶液呈碱性 1 阴离子表面活性剂 2 烷基硫酸酯盐化学通式 RO SO3M R C8 C18 M K Na 等代表性品种 月桂酸硫酸钠 C12H25O SO3Na 1 阴离子表面活性剂 2 烷基硫酸酯盐经高级脂肪酸硫酸化再加入碱中和可得 该类表面活性剂在水中稳定 具有较好的洗涤能力和起泡能力 是配制液体洗涤剂的主要原料 1 阴离子表面活性剂 2 烷基硫酸酯盐在月桂酸硫酸钠的分子上引入聚氧乙烯醚结构 可以得到水溶性更好的月桂醇氧乙烯醚硫酸钠 C12H25 OCH2CH2 n SO3Na 该表面活性剂适合于配制透明的液体香波 1 阴离子表面活性剂 2 烷基硫酸酯盐将非
13、离子表面活性剂单月桂酸甘油酯硫酸化后 再中和 可制得单月桂酸甘油酯硫酸钠 C11H23COOCH2CHOHCH2OSO3Na 该品种水中呈中性 对硬水稳定 发泡 乳化 去污能力强 用于配制高档液体洗涤剂 1 阴离子表面活性剂 3 烷基磺酸盐化学通式 R SO3M R 直链烃 支链烃或烷基苯基M 钠盐 钾盐 铵盐 钙盐等特点 化学性质稳定 表面活性强 可作为乳化剂 润湿剂 发泡剂 洗涤剂 1 阴离子表面活性剂 3 烷基磺酸盐 烷基苯磺酸盐 ABS 由烷烃脱氢后直接与苯缩合制得烷基苯 再用SO3磺化 最后中和即得 该品种具有良好的发泡力和去污能力 1 阴离子表面活性剂 3 烷基磺酸盐 仲烷基磺酸盐
14、 SAS RCH2R 2SO2 O2 H2O H2SO4该品种主要成分为仲烷基磺酸盐 溶解性和生物降解性能优于支链烷基苯磺酸钠 但不适合于粉状洗涤品 黏性大 1 阴离子表面活性剂 3 烷基磺酸盐 烯基磺酸盐 AOS 石蜡裂解后得到的C15 C18的 烯基用SO3磺化后再中和 即得主要成分为烯基磺酸盐和烃基烷基磺酸盐 本品生物降解性好 不污染环境 与其他表面活性剂有协同配伍性能 1 阴离子表面活性剂 3 烷基磺酸盐 烷基磷酸盐由高级脂肪酸和五氧化二磷直接制得不同结构的产品 性能差异较大 使产品在乳化 洗涤 抗静电 消泡等均可用 2 阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂溶于水中 亲水基团为阳离子 其去
15、污能力差 主要作为杀菌剂 柔软剂 破乳剂 抗静电剂等 2 阳离子表面活性剂 1 季铵盐最常用的阳离子表面活性剂 具有杀菌能力 俗称洁儿灭 2 阳离子表面活性剂 2 咪唑啉盐本品为典型的环胺化合物 主要用作头发滋润剂 调理剂 杀菌剂和抗静电剂 也可用作织物柔软剂 2 阳离子表面活性剂 3 吡啶卤化物本品杀菌能力很强 对伤寒杆菌和金黄色葡萄球菌有杀灭能力 在食品加工 餐厅和泳池等作为消毒剂使用 3 两性离子表面活性剂两性离子表面活性剂中既有正电荷 又有负电荷 带正电荷的基团常为含氮基团 带负电荷的基团常为羧基或磺酸基 3 两性离子表面活性剂两性离子表面活性剂在水中电离后的电性与溶液的pH值有关 等
16、电点以下呈阳性等点下以上呈阴性与其他表面活性剂相容性好 耐硬水 发泡力强 无毒性 刺激性小 3 两性离子表面活性剂 1 甜菜碱型两性表面活性剂甜菜碱是从甜菜中分离出来的一种天然产物三甲胺基乙酸盐 将三甲胺基中的一个甲基用长链烃基代替 就是甜菜碱型两性表面活性剂 如 BS 12 3 两性离子表面活性剂 2 氨基酸型两性表面活性剂此类表面活性剂在微酸性等电点时 溶解度小 去污能力差 偏碱性时 去污能力好 只要作为清洗剂和起泡剂 上节课内容 污垢的种类和性质四种分类方式 1 污垢存在的形状2 污垢的化学组成3 污垢的亲水性和亲油性4 污垢在物体表面的存在形态 上节课内容 污垢的去除原理 1 溶解和分散2 表面活性作用3 化学反应作用4 吸附作用5 酶的分解作用6 物理作用 上节课内容 去除过程 1 润湿作用2 乳化力3 分散作用或胶溶作用4 保护作用5 携污作用6 泡沫力 上节课内容 表面活性剂的特征 上节课内容 表面活性剂的种类 1 阴离子表面活性剂2 阳离子表面活性剂3 两性离子表面活性剂4 非离子型表面活性剂 4 非离子表面活性剂非离子表面活性剂在溶液中不解离 具有增溶 渗透 去污 乳
