洗涤剂的配制与表征

洗涤剂的配制与表征

一、前言

1、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，同学们需要了解和熟悉它们。同时，由于围绕洗涤剂的配制和表征这一实验课题，同学们也可以很好地应用到物理化学课程里所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，无论从专业学习还是培养同学们的学习都有其价值。

2、实验要求

①查阅有关洗涤配制和表面活性剂性质方面的参考资料，了解常用表面活性剂的结构、性质和应用，了解洗涤剂配制流程和性能表征方法。

②根据洗涤要求，选择配方和所需要原料，并配制出洗涤剂。

③用白度计测定所配制洗涤剂的洗涤效果。

④用最大气泡压力法测定所配洗涤剂稀释液的表面张力（可稀释10~50倍）

⑤对洗涤剂的配制过程、所需各种原料的作用、洗涤效果等进行讨论。

二、实验部分

1、基本原理

配制洗涤剂时，既要保证所配置产品的性能，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。除了价格因素外，配方原料的选择需综合考虑以下四点：

①从洗涤的角度来看，配制的洗涤剂要具有洗涤、润湿、增溶、气泡和消泡、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。表面活性剂具有两亲结构，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、乳化、分散、起泡、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，使污垢得到清除。表面活性剂根据用途的不同可分为乳化剂、润湿剂、发泡剂、分散剂、絮凝剂、去污剂、破乳剂、抗静电剂等;根据疏水基的不同可分为直链的、支链的和环状的;根据表面活性剂在水中离解与否可分为离子型、非离子型和混合型，离子型又可以分为阴离子型、阳离子型和两性离子型。根据所具有功能基团的差异，表面活性剂可分为阴离子型表面活性剂，阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、两亲表面活性剂和特种表面活性剂等几个种类。其中，阴离子型表面活性剂因在价格、洗涤效果、生物降解性等方面的优势而使用的最为广泛，是现在使用的绝大部分洗涤剂的主要成分。

洗涤剂洗涤效果测试：取白色的棉布，并用标准污染液污染，用SBDY型数显白度计测定棉布在洗涤前后的白度变化，以此来说明洗涤剂的洗涤效果。洗涤剂去污效率（DE）的计算式如下。DE=(Rw-Rs/Ro-Rs )*100% 式子中，Ro为原白布的反射率（白度），Rs为污布的反射率，Rw为污布洗涤后的反射率。2、实验方案设计

多用洗洁精配方（100g）如下。按所列顺序依次加入，边加边搅拌。必要时候可以适当加热促进溶解。

①水70g

②十二烷基苯磺酸钠10g

③粗盐2g

④三聚磷酸钠4g

⑤NaOH 1g

⑥椰子油酸3g

⑦脂肪酸聚氧乙烯醚9g

⑧柠檬酸1g

3、仪器试剂

最大气泡压力法测表面张力装置

托盘天平

SBDY型数显白度仪

电炉

各种玻璃仪器

表面活性剂和辅助药品

三、结果与讨论

1、本次实验中按照实验方案设计，依次按顺序加入下列原料，产生现象不是特别明显，但每种原料都有其相应作用，具体介绍如下：

椰子油脂肪酸二乙醇酰胺(简称CDEA)是椰子油脂肪酸的一种重要的下游产品之一。CDEA属于非离子表面活性剂，没有浊点。性状为淡黄色至琥珀色粘稠液体，易溶于水、具有良好的发泡、稳泡、渗透去污、抗硬水等功能。

在阴离子表面活性剂呈酸性时与之配伍增稠效果特别明显，能与多种表面活性剂配伍。能加强清洁效果、可用作添加剂、泡沫安定剂、助泡剂。在水中形成一种不透明的雾状溶液，在一定的搅拌下能完全透明，在一定浓度下可

完全溶解于不同种类的表面活性剂中，在低碳和高碳中也可完全溶解。

●脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO），属于非离子型表面活性剂，具有优异的表面性

能，在水中不离解，在酸性、碱性及金属盐类溶液中很稳定，与阴离子表面活性剂具有很好的相容性。在非离子表面活性剂中，脂肪醇聚氧乙烯醚的生物降解性是最好的。由于其水溶液中不带电荷，所以不会与蛋白质结合，对皮肤的刺激性较小。

●烷基苯磺酸钠（LAS）是优良的洗涤剂和泡沫剂，LAS的不足之处是对水的

硬度较为敏感，其洗涤力会随着水硬度的增加而降低。在高硬度的水中去污性能比烷基磺酸钠（AOS）差，但是在去离子水和低硬度水中与AES的性能相当，表现出较好的去污效果，AOS和LAS具有性价比优势。

●粗盐能增强表面活性剂的表面活性作用。氯化钠和硫酸钠等中性电解质盐类

本身并没有洗涤能力，但它们加入表面活性剂水溶液中会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，有使表面活性剂水溶液的表面张力降低，使表面活性剂在污垢和清洗物体表面的吸附能力增强，从而使表面活性剂的洗涤能力提高。

●三聚磷酸钠（STPP）是合成洗涤剂配方中最重要的助洗剂，它能软化硬水，

促进污垢粒子的分散，通过皂化作用使脂肪类污垢溶解、胶化而去污。但由于三聚磷酸钠在水中的溶解度极小，会使产品变得浑浊，甚至分层，所以难以加入液体洗涤剂中。

●柠檬酸钠，起螯合作用，与洗涤中水的重金属离子如钙和镁等结合，生成可

溶性络合物，既节约了表面活性剂，同时又避免在织物上留下污垢沉淀物，使被洗衣物保持鲜艳色彩。

●NaOH作洗涤助剂，保持洗涤液的pH值在碱性范围，可以提高表面活性剂

对污垢特别是油性污垢的洗净能力。因为多种表面埔活性剂的去污能力都受pH值的影响，而在碱性介质中去污能力较强。另一方面天然油脂污垢噌中含有30%左右的游离脂肪酸，在洗涤剂中加入一定量碱，可以与脂肪酸反应生成肥皂，有利于把油脂乳化、分散达到去污目的。以这种目的加入的洗涤助剂有碳酸钠、三聚磷酸钠等。碳酸钠的碱性作用较强，缺点是有时它会与水中钙离子生成碳酸钙沉淀。而各种磷酸盐和硅酸盐它们耐硬水性能好在水

中还能形成活性胶体因此使用效果较好。

脂肪酸皂可以在洗涤过程中有效降低泡沫，这是因为脂肪酸皂与硬水中的Ca 和Mg 生成不溶于水的钙皂和镁皂，从而使泡沫破裂，起到消泡的效果，所以在洗涤过程中消泡效果较好同时，脂肪酸皂也。属于表面活性剂，能起到去污作用。

2、洗涤剂洗涤效果测试

实验测得原白布的反射率Ro=58.0% ,污布的反射率Rs=17.4% ，污布洗涤后的反射率Rw=45.1% ,则洗涤剂去污效率为：

DE=(Rw-Rs/Ro-Rs )*100%

=（45.1%-17.4%）/（58.0%-17.4%）*100%

=68.2%

本实验所配制的洗涤剂，为奶黄色乳浊液；在洗涤过程中，有较多的泡沫产生，洗涤一会儿后，污布明显变得更干净了，但经白度仪测得，其去污效率仅为68.2%，去污染效率偏低。经分析，可能是因为各种原料没有按最佳的顺序加入，导致在配制过程中某些原料相互间发生了化学反应，从而降低了它的功效。

3、洗涤剂的配制原则：

①表面活性剂的选择：污垢一般由油脂和灰尘组成，不易被水润湿，洗涤过程实际上包括了润湿、增溶、乳化、起泡和保护清洁表面等一连串复杂过程，因此要从价格、使用对象和作用效果等方面选择表面活性剂。

②辅助成分的选择：洗涤剂中通常要加入多种辅助成分，增加对被清洗物体的润湿作用，又要有不被再次污染等功能起泡、增白、占领清洁表面。

4、表面活性剂的应用：

表面活性剂具有两亲结构，可以明显降低体系的表面张力，使体系产生润湿、乳化、分散、起泡、增溶某一系列作用，这些作用决定了表面活性剂的一些性质，如表面吸附、定向排列、形成胶束等，使它在日常生活中有广泛的应用：

①能改变体系的润湿性能：由于表面活性剂结构上具有由亲水的极性基和亲油的非极性基构成这一共同点，并能显著降低水的表面张力所以能强烈吸附在水

的表面或其它各种界面，特别是这类吸附有一定的叏向，正是由于表面活性分子在表面的定向吸附，加入表面活性剂后，使体系具有改变表面润湿性能的作用。

②有增溶作用：有些非极性的碳氢化合物，如苯、乙烷等在水中的溶解度很小，但当在其水溶液（或水－油混合物）中加入达到或超过临界胶束温度的表面活性剂后，都能使形成外观不真溶液相似的透明“溶液”，表面活性剂的这种作用称“增溶”，增溶并不是真正的增加溶解度，而是不溶于水的的物质进入表面活性剂胶团中的现象。在临界胶束浓度（CMC）以上时生成的胶团越多，增溶作用就越强。

③有起泡作用：泡沫是气体分散于液体中的分散体系，纯液体不能形成桅顶的泡沫，只有加入表面活性剂后才能形成泡沫，非水溶液也是如此。由于表面活性剂能降低表面张力；能在气泡的液膜上形成双电层吸附膜并有一定的机械强度，不易破裂；亲水基在液膜中的水化作用使膜内粘度增加膜稳定；离子盐表面活性剂，可使末带电荷，起泡间的静电排斥阻碍了泡沫的聚集等决定了表面活性剂在起泡中的重要作用：表面活性剂中稳泡剂、起泡剂等区别。

④有乳化作用：异相混溶的液体搅拌后，一种液体成为液珠分散在另一液体中形成乳化状液称乳化（分O/W--- 水包油或W / O --- 油包水型），为提高乳化液的稳定性，除了施机械力提高液珠分散度外，另一方法就是利用表面活性剂的吸附性能，在油——水界面吸附形成一定强度的界面漠，改变油——水界面状态，提高稳定性，这种表面活性剂称“乳化剂”。

四、结论

通过查阅文献以及从实验操作过程中，已经基本掌握了洗涤剂的配制和表征方法；此外还了解了洗涤剂的配制原理、原则以及表面活性剂在日常生活中的应用。

五、思考题

1、洗涤剂中加入碱性物质有何作用，同时又有哪些弊端？

答：作用：因为衣物上常见的污垢，一般为有机污渍，如汗渍、食物、灰尘等。有机污渍一般都是酸性的，使洗涤溶液处于碱性状态有利于这类污渍的去除，所以洗衣粉中都配入了相当数量的碱性物质。一般常用的是纯碱和水玻璃。

弊端：

①虽然碱性有利于衣物的洗涤，但是过量的碱性物质会对衣物和皮肤带来伤害。

②碱性物质会和硬水形成沉淀，而过多的碱性物质会导致洗涤时形成大量的沉淀，反而使洗涤效果变差。

2、好的洗涤剂应具备哪些特点？

答：①有良好的润湿性能，与被洗表面充分接触。

②使用量少，污垢易脱落。

③有一定的增溶和起泡作用。

④能保护洁净表面不被再次污染。

⑤洗涤废水容易降解，不污染环境，如不含磷。

六、参考文献

［1］何广平, 南俊民, 孙艳辉. 物理化学实验, 化学工业出版社,2008.

［2］傅献彩, 沈文霞, 姚天扬, 物理化学, 高等教育出版社, 2005.

［3］胡晓玥，李多松.表面活性剂的应用及其对环境的影响.中国矿业大学环境与测绘学院，江苏221116

［4］崔迎春，乔卫红. 表面活性剂在功能洗涤剂中的研究.大连理工大学精细化工国家重点实验室，辽宁大连116012

［5］王雪亮. 几种表面活性剂的去污性能比较.南风化工集团技术中心，山西运城044000