洗洁精的配制与表征.docx

实验报告报告人：梁辰【实验目的】 1.了解表面活性剂的结构、性质和应用 2.学习洗涤用品的配制 3.初步评价配制产品的质量，了解一些评价方法【实验原理】1.洗洁精的组成组成洗洁精的物质：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。表面活性剂洗洁精的有效成分是表面活性剂。洗洁精中常用表面活性剂分为离子型(阳离子型、阴离子型、两性型)和非离子型，典型的常用的离子型表面活性剂主要是硬脂酸钠（）、十二烷基苯磺酸钠（）；非离子型表面活性剂主要是烷基聚氧乙烯醚（）。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。各种辅助成分在洗洁精中，去污的主要是表面活性剂，并配入一定的辅助剂。辅助剂的加入，不仅降低了洗洁精成品成本，并能提高洗洁精的去污能力，改善洗洁精外观，使洗洁精更利于使用。另外，通常还加入少量功能型辅助成分（添加剂）提高洗涤的综合性能。助剂是指合成洗洁精中，配入与去污有关的能增加洗涤特性的辅助成分。助剂大多为无机物，主要有磷酸盐4A沸石硅酸盐和碳酸盐。此外，有机螯合剂也属于助剂范畴。辅助剂可分为无机辅助剂，按其在洗洁精中的功能，则可分为螯合剂增泡剂消泡剂增稠（黏）剂增溶剂珠光剂防腐剂漂白剂杀菌剂（消毒剂）抗氧化剂柔软剂抗静电剂摩擦剂荧光增白剂（FWA）溶剂抗污垢再沉积剂酶制剂香精色素等。2.表面活性剂具有洗涤作用的机理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)。3.洗洁精的配制原则从洗洁精的角度来看，配制的洗洁精要具有洗涤、润湿、增溶、气泡和消泡、乳化等作用，以满足去除污垢的作用；为使所配制的洗洁精发挥作用，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一集来自于杂质元素的影响；为了使所配制的洗洁精具有好的性能，有事还需要通过在洗洁精中加入特别组分，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降解性能。4.好的洗洁精要具备的特点 有良好的润湿性能,与被洗表面充分接触。使用量少，污垢易脱落。有一定的增溶和起泡作用。能保护洁净表面不被再次污染。洗涤废水容易降解,不污染环境，如不含磷。5.洗洁精洗涤效果的表征断洗洁精的去污效果，洗前污布污染的白度以及去污后污布的白度变化计算去污效率(DE)。DE（）（RwRs）/（RoRs）100式中，Rw洗后白度；Rs污布白度；Ro染污前的白度【实验仪器及药品配方】1.实验仪器 SBDY 型数显白度仪托盘天平玻璃棒量筒小白布胶头滴管称量纸烧杯2.药品配方：多用洗洁精配方（100g） 十二烷基苯磺酸钠 10g 三聚磷酸钠 4g柠檬酸 1gNaOH 1g 脂肪酸聚氧乙烯醚 9g 椰子油酸 3g粗盐 2g水 70g 【实验步骤与现象记录】1.洗洁精配制前的准备：用量筒量取70mL的去离子水备用。用托盘天平分别称量10g的十二烷基苯磺酸钠、4g 的三聚磷酸钠 、2g 的粗盐、1g 的氢氧化钠，用称量纸包好，备用。用小烧杯在托盘天平上分别称量9g的脂肪酸聚氧乙烯醚液体、1g柠檬酸液体 2.洗洁精配制时试剂加入顺序及现象记录：洗洁精配制顺序（由于配制洗洁精未记录实验现象，故本小组重新配制了洗洁精）：粗盐三聚磷酸钠十二烷基苯磺酸钠椰子油酸柠檬酸氢氧化钠脂肪酸聚氧乙烯醚洗洁精的配制及现象：实验步骤现象将70mL的去离子水加入到250mL的烧杯中，再往烧杯中加入10g的十二烷基苯磺酸钠，搅拌白色粉末溶解，有泡沫生成，生成乳白色溶液向烧杯中加入2g的粗盐，用玻璃搅拌固体溶解，仍是乳白色溶液向烧杯中加入3g的椰子油酸 ，搅拌溶液呈浅黄色向烧杯中加入 1g柠檬酸，搅拌白色粉末溶解，仍是乳白色溶液向烧杯中加入4g三聚磷酸钠，搅拌 白色粉末溶解，溶液黏性略增向烧杯中加入1gNaOH，搅拌 杯壁发热，溶液无明显现象向烧杯中加入9g脂肪酸聚氧乙烯醚，搅拌浅色油状液体，泡沫增加3.洗洁精洗涤效果的表征：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85.3）。仪器校准后取下标准白度板 ，取一小块干净的白布，测量其白度值。取下小白布，在窗口处抹脏，再进行测量其白度值，记录数据。再取下抹脏后的小布块，用本实验配制好的洗洁精进行浸泡洗涤，洗涤干净后，烘干小布块，再进行测量白度值，记下相应数据。重复以上步骤，测洗洁精二的洗涤效果，实验记录如下：实验原白布洗前白度洗后白度白度值洗洁精19.617.319.3洗洁精26.314.025.1【实验结果与讨论】1.洗洁精洗涤效果根据计算公式DE（）（RwRs）/（RoRs）100计算洗洁精的去污效率(DE)：洗洁精：DE = (19.3-17.3) / (19.6-17.3) 100% = 86.7%洗洁精：DE = (25.1-14.0) / (26.3-14.0) 100% = 90.2%从上述计算结果可知，根据选择的洗洁精配方配制的洗洁精效果较好。2.影响洗涤效果的因素：表面活性剂中疏水基（烷基）的影响：链长的影响：在一定的浓度下，亲水基相同的表面活性剂，疏水基（烷基）越长，吸附量就越大，去污效果也越好。i.洗涤温度对表面活性剂分子中链增长的影响：阴离子表面活性剂：疏水基链越长，去污能力越好，但是，烷基链越长，在水中的溶解度会降低，不能达到临界胶束的浓度，就不能达到好的去污效果。因此, 如果要配制在较低温度下使用的洗洁精，就不能选择疏水基（R）过长的表面活性剂。ii.水的硬度:阴离子表面活性剂随水的硬度的增加而增高，溶液中生成的钙镁盐的量也逐渐增多，并且这种阴离子表面活性剂的钙盐在水中溶解度也降低。非离子表面活性剂，对于钙镁离子的敏感性较低，一般不受其影响，但是非离子表面活性剂其疏水基的链长也有一个最佳范围，因为疏水基过长，水溶性下降，浊点降低，去污性能随之下降。支链的影响：由于支链的增加，空间位阻相应增大，使吸附量降低，也使得临界胶束浓度值升高，不利于形成胶束，达不到最佳去污值。另外，也由于分子中支链的增大，使表面活性剂在水溶液中的表观扩散系数增加，而使润湿时间缩短。表面活性剂中亲水基的影响：不同亲水基对水硬度的敏感性按照如下顺序排列：醇（酚）醚醇（酚）醚硫酸盐-烯基磺酸盐-磺酸基脂肪酸甲酯盐烷基硫酸盐烷基苯磺酸盐羧酸盐助剂在洗涤过程中的影响：去除钙镁等金属离子：由于钙离子对阴离子表面活性剂性能的影响是由于生成的阴离子表面活性剂钙盐在水中的溶解度差，降低其去污性能，甚至使其完全失去污能力。因此，必须在洗洁精中加入能螯合钙镁离子的螯合剂作为助剂。在高硬度水中：碳酸钠对降低钙镁离子浓度，具有较强能力，而且价格便宜。在低硬度水中：STPP（三聚磷酸钠）具有明显优势。提供碱源，稳定洗洁精的pH值：对于各种洗洁精，如果保持洗涤液偏碱性，具有三点优势：i. 因为洗涤液中的表面活性剂通常以阴离子为主，如果洗涤液偏碱性，可分显示充出阴离子的性质。若PH不够，使表面活性剂以酸的形式存在，降低溶解度，影响去污力。ii. 助剂的螯合能力受洗洁精中的PH影响，只有PH10时，助剂的螯合性能最好iii. 洗洁精pH偏碱性，有利于纤维织物的溶胀，使污垢在织物表面容易脱落，从而增加了去污效果。虽然，随pH上升，去污效果增大，但是作为家用洗洁精的配方中，助剂的碱性太强，导致洗涤液碱性增大，损伤织物和皮肤，也是不能采用的。对污垢的分散效果在洗洁精配方中，洗洁精不但有好的去污效果，同时有利于污垢分散，悬浮于水溶液中，防止重新污染，助剂具有分散，悬浮污垢的辅助功能3.各配料的作用：十二烷基苯磺酸钠阴离子表面活性剂具有良好的去污、润湿、发泡、乳化、分散等性能。由于亲水基团（磺酸基）与疏水基团（烷基苯）间的连接是C-S键，在酸、碱介质中、在较宽的pH值范围内稳定。耐水解，不易氧化或还原，耐电解质，但对酶的稳定性影响较大。在软水中具有很强的去污能力，但随着水硬度的增加，去污能力显著下降。三聚磷酸钠螯合剂一般洗涤用水都有不是纯水，因此洗涤水不同程度地含有各种金属离子。其中，构成硬度的钙镁等离子及铁锰等离子对洗涤作用将产生严重的影响。如织物变黄变灰变黑，以及手感发硬等。 为了消除水中金属离子对洗涤造成的影响，一般都采用添加螯合剂（配位剂）或离子交换剂方式，以螯合作用将金属离子配合保留在水溶液中（离子交换剂则通过离子交换作用，将金属离子固定在离子交换剂中），从而使洗涤有效进行。螯合剂的使用，可以节省活性物，并避免在织物上留下沉淀物，使被洗物色彩鲜艳。重金属离子也影响荧光增白剂的使用。荧光增白剂都是阴离子化合物，能与重金属离子生成不溶性盐，使荧光增白剂失去增白作用；另外，重金属离子催化漂白剂分解，也可能造成荧光增白剂的损害。粗盐增稠剂（粘度调节）大部分洗洁精均要求有一定的稠度或粘度，它不但提高感观效果，使用时也方便。一般说来，无机盐只对阴离子表面活性剂有增稠作用，而对非离子表面活性剂的黏度影响不大。氯化钠只起增加产品粘度的作用，对产品内在的质量，即使用效能没有或影响很小，用量过多，会使产品混浊，当配方中AES（70%的浓度）的用量超过30%，增加氯化钠的用量反而会降低产品的粘度。脂肪酸聚氧乙烯醚非离子表面活性剂在水中不电离，其表面活性是由溶于水的极性基团及不溶于水的非极性基团共同提供的。其亲水基团为含有能与水生成氢键的醚基自由羟基等，而亲油基则是长链的烷基醇基脂肪胺等。非离子表面活性剂具有较高的表面活性，其表面张力临界胶束浓度都较低，从而导致有很好的润湿乳化分散渗透抗硬水脱脂及增溶能力，与阴离子表面活性剂相比，非离子表面活性剂泡沫较低。在使用上，非离子表面活性剂的另一显著的特点就是它有浊点。在低于它浊点的温度下有良好的洗涤去污能力，所以甩它配制的洗洁精能满足低温低泡耐硬水的要求。柠檬酸PH缓冲剂与氢氧化钠反应生成柠檬酸纳，具有很好的PH缓冲能力，其水溶性好，对钙镁铁等离子有较强的螯合能力。柠檬酸与柠檬酸钠配合，可做冲洗剂，即调节PH值，也降低水的硬度。NaOH洗涤助剂调节pH在在碱性范围内，提高洗洁精去污能力。椰子油酸合成各种表面活性剂的中间体。4.洗洁精市场的需求随着社会的发展和消费水平的提高，人们对洗洁精的需求也越来越大。国内消费者一直习惯使用以洗衣粉和洗衣皂为主的固体洗洁精，而近几年，液体洗洁精以极快的增长速度正在改变洗洁精市场的分布格局。液体洗洁精与固体洗洁精相比，使用方便、溶解迅速、低温洗涤效果好、体系碱性低、对织物和肌肤更加温和、适合机械化洗涤工艺，同时还具有配方灵活、制造工艺简单、设备投资少以及节能等优点。目前，国内液体洗洁精市场上销量最大的是：手洗餐具洗洁精、衣料用液体洗洁精和卫生洁具清洁剂。衣料用液体洗洁精是洗涤用品中最具发展潜力的产品类型，洗衣液产品中以重垢洗衣液为主，占60%以上，功能性液体洗洁精占不到40%的市场份额。随着人们越来越关心洗洁精产品的可持续性，浓缩型和环境友好型洗洁精产品将受到欢迎，成为洗洁精发展的主要趋势。同时，洗洁精产品的多功能化因更能满足人们对于生活品质的要求而将继续得到发展。【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,20012南俊民.洗洁精的