华师物化实验报告洗涤剂的配制与表征.doc

华南师范大学实验报告洗涤剂的配制与表征姓名：黄倩莹 学号：20140004011专业：化学（教育） 班级：2014级化教七班室温：27 大气压： 1011hPa合作者： 实验日期：2017年4月6日指导老师：肖信 实验分数：1 前言1.1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，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。1.2 实验要求 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。 根据洗涤要求，选择配方和所需要原料，并配制出洗涤剂。 用白度计测定所配制洗涤剂的洗涤效果。 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。2 实验部分2.1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：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；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；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；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。要了解洗涤剂的去污原理，就要先了解污垢的来源。污垢来自人们的生存环境诸如人体分泌、空气传播以及生活工作需要的接触三方面，多属于非极性类物质，其分类如下：污垢一般是与我们衣服的纤维所结合，故洗涤剂的作用可简单生动地使用如下的式子来表示：织物污垢 +洗涤剂织物+污垢洗涤剂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。其去污机理为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（如图1）。与污垢接触后，因为水不易润湿油污，而表面活性剂的憎水基团朝向织物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脱离表面。之后污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除，洁净表面被活性剂分子占领（如图2）。图1 表面活性剂分子进入水后的示意图图2 洗涤原理示意图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两大类四大种：（1）离子型表面活性剂：在水中能电离而生成离子的叫离子表面活性剂。按它生成的有效离子成分，又可以分为以下三种。阴离子表面活性剂：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，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。由于具有较好的去污、发泡、分散、乳化、润湿等特性，故广泛用作洗涤剂、起泡剂、润湿剂、乳化剂和分散剂。产量占表面活性剂的首位。注意不可与阳离子表面活性剂一同使用，否则在水溶液中生成沉淀而失去效力。阳离子表面活性剂：其分子溶于水发生电离后，与亲油基相连的亲水基是带正电荷的表面活性剂。亲油基一般是长碳链烃基。亲水基绝大多数为含氮原子的阳离子，少数为含硫或磷原子的阳离子。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抗静电的能力或起柔软作用。两性表面活性剂：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。通常所说的两面型表面活性剂，系指由阴离子和阳离子所组成的表面活性剂，即在疏水基一端既能有阳离子，是二者结合在一起的表面活性剂。在印染工业上主要用作织物柔软剂、渗透剂、净洗剂、抗静电剂等。这种表面活性剂品种较少，市场上有如甜菜碱等，一般用于低刺激的洗涤剂中。（2）非离子表面活性剂：不能电离的叫非离子表面活性剂。其分子中的亲油基团与离子型表面活性剂的亲油基团大致相同，其亲水基团主要是由具有一定数量的含氧基团（如羟基和聚氧乙烯链）构成。由于非离子表面活性剂在溶液中不是以离子状态存在，所以它的稳定性高，不易受强电解质存在的影响，也不易受酸、碱的影响，与其他类型表面活性剂能混合使用，相容性好，在各种溶剂中均有良好的溶解性，在固体表面上不发生强烈吸附。非离子表面活性剂按亲水基团分类，有聚氧乙烯型和多元醇型两类，如烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）、烷醇酰胺等。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。本实验中就是以餐具洗涤剂的配方进行实验，探究洗涤剂的配制流程和性能表征的方法。2.2实验方案 餐具洗涤剂配方（100g）： 十二烷基硫酸钠 10g 脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钠 5g 脂肪酸聚氧乙烯醚 2g 椰油酸聚氧乙二酸酰胺 3g 乙醇 3g 尿素 5g 十二烷基苯磺酸 2g NaOH 2g 十二烷基二甲基氧化胺 1g 三聚磷酸钠 2g 水 65g 香料 少量加入顺序为2.3仪器试剂l 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；l 试剂：十二烷基硫酸钠；脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钠；脂肪酸聚氧乙烯醚；椰油酸聚氧乙二酸酰胺； 乙醇；尿素；十二烷基苯磺酸；NaOH；十二烷基二甲基氧化胺；三聚磷酸钠；去离子水；香料。2.4实验步骤（1） 洗涤剂的配制用托盘天平按表一和表二分别称量试剂，再按顺序混合并搅拌均匀得到配方A和配方B。表一 配方A添加试剂的质量和顺序顺序添加试剂质量/g水65尿素5三聚磷酸钠2乙醇3十二烷基苯磺酸2十二烷基二甲基氧化铵1脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钠5椰油酸乙二酸酰胺3香料少量十二烷基硫酸钠11椰子酸聚氧乙烯醚2NaOH2表二 配方B添加试剂的质量和顺序顺序添加试剂质量/g水65尿素5三聚磷酸钠2乙醇3十二烷基苯磺酸2十二烷基二甲基氧化铵1脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钠5椰油酸乙二酸酰胺3香料少量十二烷基硫酸钠10椰子酸聚氧乙烯醚2NaOH2（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，三次测得其正面白度值分别为79.1、79.4、78.9。3 取下小白布，用脸上的油污、黑板角落上的尘埃以及色素抹脏，一分为二，编号为和，分别再进行测量其白度值，号布三次测得其正面的白度值分别为42.1、39.7、39.2，号布三次测得其正面的白度值分别为37.1、39.9、41.5。4 再取下抹脏后的小布块，将号放入A配方的洗涤剂中，号布放入B配方的洗涤剂中，进行1min的搅拌洗涤以及4min的浸泡洗涤，再用自来水洗涤干净，烘干小布块，再进行测量两者正面的白度值，号三次所得数值为74.4、75.1、74.8，号三次所得数值为70.5、71.3、71.5。（具体数据记录查看附表三）3、 讨论与思考顺序添加试剂质量/g现象水65尿素5固体溶解，得到无色有刺激性气味溶液。三聚磷酸钠2无明显现象乙醇3无明显现象十二烷基苯磺酸2溶液变为浅棕色十二烷基二甲基氧化铵1溶液棕色变深脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钠5溶液变稠椰油酸乙二酸酰胺3溶液搅拌更容易香料少量溶液有香味十二烷基硫酸钠11有白色泡沫产生，白色固体部分溶解椰子酸聚氧乙烯醚2溶液黏度略增加NaOH2无明显现象（1） 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。（2） 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。（3） 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12种成分，主要成分是：十二烷基硫酸钠阴离子表面活性剂：使洗涤剂去脂能力增强。十二烷基硫酸钠易溶于水，与阴离子、非离子复配伍性好，具有良好的乳化、发泡、渗透、去污和分散性能。 脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钠阳离子表面活性剂：降低水的表面张力，并提高有机化合物的可溶性。 脂肪酸聚氧乙烯醚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。易降解、对皮肤的刺激性较小 。 椰油酸乙二酸酰胺非离子表面活性剂，具有发泡、稳泡的作用。 乙醇增溶。 尿素增溶剂，同时能提高洗涤剂的稳定性、透明性，对洗涤有少许的助洗作用。 十二烷基苯磺酸钠十二烷基苯磺酸钠是阴离子型表面活性剂，它能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。 氢氧化钠洗涤助剂：保持洗涤液的pH值在碱性范围，提高表面活性剂对污垢特别是油性污垢的洗净能力；与游离脂肪酸反应生成肥皂，通过把油脂乳化、分散而达到去污目的；节省活性物，降低生产成本。 十二烷基二甲基氧化铵离子表面活性剂：降低水的表面张力，并提高有机化合物的可溶性。具有非常好的发泡、稳泡、增稠、乳化等作用。 三聚磷酸钠（STPP）螯合剂：三聚磷酸钠具有螯合钙、镁、铁等离子的性质，能软化水。也是洗涤剂的胶溶剂、乳化剂，对蛋白质有膨润、增溶作用，有明显的解胶效果，对脂肪物质起促进乳化作用，对尘土等固体污垢有分散作用，增强表面活性剂的表面活性，降低临界胶束浓度，起到降低表面活性剂用量和增强去污力的双重作用；同时，也是良好的缓冲剂，所以，即使有酸性污垢存在，三聚磷酸钠也能使洗涤液保持一定的碱度，有利于酸性污垢的除去；它还可以吸收水分防止洗涤剂结块。 水溶剂：使各组分混合均匀。 香料使洗涤剂具有一定的香味。 （4） 洗涤效果分析：洗涤剂去污效率（DE）的计算式如下：式中Ro为原布条的反射率（白度），Rs为污布的反射率，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