表面活性剂与洗涤剂.ppt

第二章 表面活性剂与洗涤剂 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、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。 表面张力 液体的表面张力来 源于物质的分子或 原子间的范德华力 。 表面张力是由于表 面分子和液体内部 分子所处的环境不 一样形成的。 表面活性剂的有关概念 表面活性剂在分子结构上的特点，是兼 含有很强的亲水性和疏水性（或称憎水 性、亲油性）基团。 界面吸附 临界胶束浓度 亲水亲油平衡值HLB 临界胶束浓度 表面活性剂开始形成胶束的浓度为临界胶束 浓度，简称CMC。当溶液浓度低于CMC时， 由于表面活性剂分子的界面吸附和在界面上 定向排列，溶液的表面张力随浓度的增高而 迅速降低，其使用性能亦相应地提高。直至 达到CMC时，表面活性剂已在溶液的界面上 排列成单分子膜，此时表面张力降至最低点 。此后活性物浓度的增高对于表面张力和使 用性能的影响不大。因此CMC是反映表面活 性剂的一个重要指标。 表面张力 渗透力 CMC 表面活性剂浓度 去污力 起泡力 溶液性质 图2-3 表面活性剂浓度与 溶液性质的关系 亲水亲油平衡值HLB 表面活性剂的应用性能取决于分子中亲 水和亲油两部分的组成和结构，这两部 分的亲水和亲油能力的不同，就使它的 应用范围和应用性能有差别。表面活性 剂分子中亲水基的强度与亲油基的强度 之比值，就称为亲水亲油平衡值，简称 HLB值。 表面活性剂的分类和应用性能 一、表面活性剂的分类 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。 表面活性剂的分类： 按分子结构中亲水基团的带电性分为 阴离子、阳离子、非离子和两性表面 活性剂四大类 阴离子表面活性剂 非离子表面活性剂 阳离子表面活性剂 两性表面活性剂 二、表面活性剂的应用性能 表面活性剂因能对两相界面性质产生影 响，在实际应用中能显示出各种优异的 性能，如乳化、洗涤、分散、湿润、渗 透、起泡、消泡、增溶、去污、柔软、 抗静电等。 阴离子表面活性剂 一、烷基苯磺酸盐 二、仲烷烃磺酸盐（SAS） SAS有与LAS类似的发泡性和洗涤效果，且 水溶性好。其主要用途是复配成液体洗涤剂 ，如液体家用餐具洗涤剂。SAS的缺点是， 用它作为主要成分的洗衣粉发粘、不松散。 因此只用于液体配方中。 用于制造洗涤剂的烷基苯中烷链长度一 般为C10C13。链较短者溶解度大，可用 于配置液体洗涤剂，用于洗衣粉时，多 为C12C13 烷基苯。 烷基苯磺酸钠亲水基团为磺酸基与疏水 基团烷基苯间连接是C-S键，因而他的 耐水解稳定性很好，在热的酸或碱中很 稳定。 三、-烯烃磺酸盐（AOS） AOS与LAS的性能相似。但对皮肤的刺 激性稍弱，生化降解的速度也稍快。由 于它的生成工艺简便，原料成本低廉， 因此，AOS一直有很大的吸引力。AOS 的主要用途是配制液体洗涤剂和化妆品 。 四、脂肪醇硫酸盐（FAS） 又叫烷基硫酸盐。这类活性剂中最重要的品 种是基于椰子油的C12C14和基于牛油的 C16C18烷基硫酸盐，如十二烷基硫酸盐（月 桂醇硫酸盐）。它们的抗硬水性较好，但耐 水解能力较差，尤其在酸性介质中，易水解 成脂肪醇与硫酸盐。 FAS的主要用途是配制液状洗涤剂、餐具洗 涤剂、各种香波、牙膏、纺织用润湿和洗净 剂以及化学工业中的乳化聚合。此外，粉状 的FAS可用于配制粉状清洗剂、农药用润湿 粉剂。 五、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐（ AES） 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐又称脂肪醇硫酸盐 。由于分子中加入了乙氧基使其具有很多优 点，如抗硬水性强，泡沫适中而稳定，溶解 性好。缺点是在酸性和强碱性条件下不稳定 ，易于水解。 AES采用C12C14的椰油醇为原料，有时也 用C12C16醇，与24分子环氧乙烷缩合。 再进一步进行硫酸化，中和可用氢氧化钠、 氨或乙醇胺。 非离子表面活性剂 非离子表面活性剂因在水中不电离以及 能够精细地改变分子结构而具有独特的 性质。 非离子表面活性剂去除油性污垢的能力 很强，而且具有防止污垢在合成纤维表 面再沉积的能力。它们的临界胶束浓度 也比离子型表面活性剂低一到二个数量 级。 一、脂肪醇聚氧乙烯醚（ AEO） 脂肪醇聚氧乙烯醚是近代非离子型表面 活性剂中最重要的一类产品。目前几乎 在 各类洗涤剂中，都或多或少用到这 类表面活性剂。 二、烷基酚聚氧乙烯醚 烷基酚聚氧乙烯醚在非离子型表面活性 剂中仅次于AEO，占第二位。其中最重 要的是壬基酚聚氧乙烯醚，商品牌号为 乳化剂OP系列产品。它具有优良的洗 涤性能，价格较低。缺点是生物降解性 差，对鱼类有毒性。 三、脂肪酸烷醇酰胺 这是由脂肪酸和乙醇胺缩合制得的一类 非离子表面活性剂。 最常用的品种是月桂酸单乙醇酰胺和月 桂酸二乙醇酰胺。前者的水溶性较差， 主要在液体类产品中用作增稠剂；后者 常用作稳泡剂和助洗剂。 阳离子表面活性剂 所有工业上的阳离子表面活性剂都是有机氮 化合物的衍生物。它们大致可分为两类：一 类是胺盐型阳离子表面活性剂；另一类则是 季铵盐型阳离子表面活性剂，在化合物本身 的分子中带有正电荷。 阳离子表面活性剂很少作清洗用。主要用作 抗静电剂，织物的柔软剂。此外，阳离子表 面活性剂也可用于防霉和杀菌。 两性表面活性剂 两性表面活性剂基本不刺激皮肤和眼 睛；在相当宽的pH值范围内都有良好 的表面活性作用；它们与阴离子、阳 离子、非离子型表面活性剂都可以兼 容。由于以上特性，可用作洗涤剂、 乳化剂、润湿剂、发泡剂、柔软剂和 抗静电剂。主要品种：甜菜碱衍生物 、咪唑啉衍生物。 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。 第一节 概 述 一、洗涤原理 1.污垢的来源 2.污垢与织物的附着方式 3.去污机理 洗涤原理 二、影响去污作用的因素 1.表面活性剂结构 2.水的硬度 3.机械作用 4.织物类型 5.温度 6.泡沫 第二节 洗涤剂的主要成分 洗涤剂是按一定的配方配制的产品，配 方的目的是提高去污力。洗涤剂配方的 必要组分是表面活性剂，其辅助成分包 括助剂、泡沫促进剂、配料、填料等。 一、洗涤剂中表面活性剂 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。 二、洗涤助剂 助剂与表面活性剂配合，能够发挥各组分互 相协调，互相补偿的作用，进一步提高产品 的洗净力，使其综合性能更趋完善，成本更 为低廉。 洗涤助剂分为无机和有机助剂两类。 洗涤助剂种类很多，大部分为专用产品 ，其在洗涤剂中的使用频率和重要性不 亚于主表面活性剂。 洗涤助剂有以下的一些作用： （1）增强表面活性，增加污垢的分散、乳化 、增溶，防止污垢再沉积。 （2）软化硬水，防止表面活性剂水解，提高 洗涤液碱性，并有碱性缓冲作用。 （3）改善泡沫性能，增加物料溶解度，提高 产品粘度。 （4）降低皮肤的刺激性，并对纺织品起柔软 、抑菌、杀菌、抗静电、整饰等作用。 （5）改善产品外观，赋予产品美观的色彩和 优雅的香气，从而使消费者喜爱选用，提高 商品的商业价值。 1.无机助剂 （1）磷酸盐 常用的磷酸盐有磷酸三钠、三聚磷酸钠、 焦磷酸四钾。 合成洗涤剂中最常用也是性能最好的螯合 剂是三聚磷酸钠。 磷酸盐的污染及其代用品 传统的合成洗衣剂都含有三聚磷酸盐(STTP) 的成分，其含量在15%30%之间。然而，“ 磷”是造成水体富营养化的罪魁祸首，因为磷 是一种营养物质，它可以造成水中藻类的疯 长。而大量藻类又会消耗水中的氧分，造成 水中微生物缺氧死亡、腐败，水体失去自净 功能从而破坏水质。作为有磷洗涤剂中的“磷” 造成水体富营养化已被国内外环保专家所公 认。 含磷洗衣粉的污染问题已经引起了世界各国 的普遍重视。很多国家提出了禁磷和限磷措 施，并在不断地研究和开发三聚磷酸盐的替 代品，取得了不少成果，其中比较有效的助 剂有：有机螯合助剂，如二乙胺四醋酸 (EDTA)、氮川三醋酸(NTA)、酒石酸钠、柠 檬酸盐、葡萄糖酸盐等；高分子电解质助剂 ，如聚丙烯酸盐以及人造沸石等。目前普遍 认为，人造沸石是比较有发展前途的洗涤助 剂。 （2）硫酸钠 分子式为Na2SO4，是白色固体结晶 或粉末。硫酸钠是合成洗涤剂的无机助 剂和粉状洗涤剂的填料，在粉状洗涤剂 中加入量为20%40%。 （3）硅酸钠 硅酸钠（Na2OnSiO2）通常称为水玻璃或 泡花碱，水玻璃的水溶液相当于由硅酸钠与硅 酸组成的缓冲溶液。水玻璃在溶液中能控制 pH值、贮存碱性物质，起到减少洗涤剂消耗 和保护织物的作用。此外，水玻璃还具有悬浮 力、乳化力和泡沫稳定作用，起到阻止污垢在 被洗物上再沉积的作用，并对金属（如铁、铝 、铜、锌等）具有防腐蚀作用。制造粉状洗涤 剂时，加入水玻璃能使产品保持疏松，防止结 块，增加颗粒的强度、流动性和均匀性。 （4）漂白剂 洗涤剂中加入的漂白剂主要是次氯酸盐和 过酸盐两大类。 次氯酸盐主要用次氯酸钠，分子式NaClO， 为白色粉末，稳定性差，易受光、热与重金 属和pH值的影响。次氯酸钠易溶于水，生成 氢氧化钠和新生态氧，氧化力很强，具有刺 激性。 过酸盐主要是过硼酸钠和过碳酸钠，常在粉 状洗涤剂生产的后配料工序加入，用量一般 占粉质量的10%30%。 2.有机助剂 （1）羧甲基纤维素钠（CMC） 羧甲基纤维素钠最重要的作用是携污作用 。如果在洗涤剂中加入1%2%的CMC，则 在洗涤时CMC被吸附在被洗物表面，同时也 被吸附在污垢粒子的表面上，使二者都带上 负电荷。在同性电的相互排斥作用下，污垢 就难以重新沉积到被洗物的表面上。另一方 面，CMC还具有增稠、分散、乳化、悬浮和 稳定泡沫的作用。这些作用能使污垢稳定地 悬浮于洗涤液中，更不容易再发生沉积。 （2）泡沫稳定剂与泡沫调节剂 高泡洗涤剂在配方中常加入少量泡沫稳定剂 ，使洗涤液的泡沫稳定而持久。烷醇酰胺又 称脂肪醇酰胺，属非离子型表面活性剂。在 洗涤剂的配方中，它的主要作用是增稠和稳 定泡沫，兼有悬浮污垢防止其再沉积的作用 。在与主要活性物间的互相配合下，其脱脂 力（乳化动植物油脂及矿物油的能力）有显 著的提高。较常使用的烷醇酰胺品种是月桂 醇二乙醇胺以及椰子油二乙醇胺。 低泡洗涤剂在配方中需加入少量泡沫调节剂 ，常用的有二十二烷酸皂或硅氧烷，使水液 消泡或低泡。 （3）酶 酶是一种生物制品，无毒并能完全生物降解 。酶作为洗涤剂的助剂具有专一性，洗涤剂 中的复合酶能将污垢中的脂肪、蛋白质、淀 粉等较难去除的成分分解为易溶于水的化合 物，因而提高了洗涤剂的洗涤效果。因此， 在洗涤剂中添加酶制剂可以降低表面活性剂 和三聚磷酸钠的用量，使洗涤剂朝低磷或无 磷的方向发展，减少对环境的污染。 已商品化的洗涤剂用酶有： 蛋白酶 淀粉酶 脂肪酶 纤维素酶 （4）助溶剂 在配制高浓度的液体洗涤剂时，往往 有些活性物不能完全溶解，加入助溶剂 就是为了解决这个问题。常用的助溶剂 有乙醇、尿素、聚乙二醇、甲苯磺酸盐 等。凡能减弱溶质及溶剂的内聚力，增 加溶质与溶剂的吸引力而对洗涤功能无 害、价格低廉的物质都可用作助溶剂 （5）荧光增白剂 荧光增白剂（Fluorescent Brighteners，以下 简称FB）是一种无色的荧光染料。经FB处理 过的物品，在含紫外光源（如日光）照射下 看上去白色的更白，有色的更艳，增强了外 观的美感。在合成洗涤剂中添加适量和适当 的FB，不但能改善粉状洗涤剂的外观，提高 洗衣粉粉体的白度，同时还能增加被洗涤织 物的白度或鲜艳度，改善洗涤效果，提高合 成洗涤剂本身的商业价值。因此FB已成为合 成洗涤剂配方中不可缺少的重要组分。 。 （6）香精 一个受消费者喜爱的洗涤剂，不仅具有 优良的性能，并且使人有愉快的香味， 使织物、毛发洗涤后留有清新香味。香 精是由多种香料组成，与洗涤剂组分有 良好配伍性，在pH911是稳定的。洗 涤剂中加入香精的质量一般小于1%。 （7）溶剂 液体洗涤剂中需加入溶剂是不言而喻的 。在新型洗涤剂中甚至是粉状洗涤剂中 也使用多种溶剂，若污垢是油脂性的， 溶剂的存在将有助于将油性污垢从被洗 物上除去。常用的溶剂有以下几种： 松油、醇、醚和脂 、氯化溶剂 （8）抑菌剂 冷洗的粉状洗涤剂的洗涤能力令人满意，加 酶后去污效果尤佳，唯一不足的是不具有杀 菌力，洗后衣物不仅有被病菌感染的危险， 而且在洗涤中细菌或毒素还可能遗留下来， 并会产生不良气味。所以，在冷洗中加入抑 菌剂是很有必要的。抑菌剂的加入质量一般 是千分之几，三溴水杨酸替苯胺、三氯碳酰 替苯胺或六氯苯中的任何一种都可作为抑菌 剂应用，这些化学品不起抗菌作用，但在千 分之几的质量分数下都可防止细菌的繁殖。 （9）抗静电剂和织物柔软剂 作为改进织物手感和降低织物表面静电 干扰的柔软剂和抗静电剂，通常使用阳 离子表面活性剂，如二甲基-二氢化牛 酯季铵盐 第三节 洗涤剂的生产方法 一、液体洗涤剂的生产方法 液体洗涤剂的生产过程比较简单， 其过程为：按配方要求，将各种 液体原料经配料送入液体洗涤剂 配料罐，然后按配方要求加入小 量固体组分、液体组分，经搅拌 或混合器充分混合后，经pH控制 仪等检验仪器设备测定合格后送 入成品包装工序，进行包装。 二、粉状洗涤剂的生产方法 喷雾干燥法生产粉状洗涤剂的流程 第四节 洗涤剂的配方设计 通过洗涤剂配方的研究，使表面活性剂 和各种助剂充分发挥它们的协同作用， 以降低洗涤剂的成本和改善使用性能 。 洗涤剂配方中的各组分及洗涤过程中各 因素的相互影响极为复杂，主要靠实践 与 经验，但也有一些普遍的规律可以 借鉴。 1 各类表面活性剂的去污性能各有长短 ，阴离子型表面活性剂对极性污垢的去 污