關於洗潔精的實驗報告

關於洗潔精的實驗報告1

　　一、【實驗目的】

1、掌握表面活性劑的原結構、性質和應用；

2、瞭解洗滌劑配製流程和性能表徵方法；

3、學會用白度儀測定所配製洗滌劑的洗滌效果。

　　二、【實驗背景】

洗滌劑在工業生產和人們的日常生活中應用廣泛，其主要成分表面活性劑是物化課程學習中的重要概念。圍繞洗滌劑的配製和表徵這一課題，學生可以學以致用，同時這一知識性和生活常識性的物質。

　　三、【實驗原理】

1、洗滌劑配方原料選擇因素：

①價格因素

②從洗滌的角度看，配製的洗滌劑要具有洗滌、潤溼、增溶、氣泡和消泡、乳化等作用，以滿足去除污垢的作用；

③爲使所配製的洗滌劑發揮作用，需要添加一些具有特定性質的組分，來調節洗滌劑的酸鹼度以及來自於雜質元素的影響；

④爲使所配製的洗滌劑具有好的應用性能，有時需要通過在洗滌劑中加入特別組分，如使其具有漂白、消毒等作用；

⑤從環保的角度出發，還要求使所使用的藥品具有較好的生物易降解性能。

2、洗滌劑具有洗滌效果的機理：

洗滌劑的主要成分是表面活性劑。表面活性劑具有兩親結構，在清除固體表面粘附污物的洗滌過程中，可通過一個物理、化學過程，明顯降低體系的表面張力，併發生潤溼、乳化、分散、起泡、增溶等一系列作用，最終在其他組分和外界機械攪拌因素的協同作用下，使唔夠得到清除。

3、表面活性劑的分類：

根據所具有的功能基團的差異，表面活性劑可分爲陰離子型表面活性劑和陽離子表面活性劑、非離子型表面活性劑、兩親表面活性劑及特種表面活性劑等。其中，陰離子表面活性劑在價格、洗滌效果、生物降解性等方面有明顯優勢，使用廣泛，是現在使用的絕大部分洗滌劑的主要成分。

試劑：十二烷基苯磺酸鈉、椰子油酸、粗鹽、檸檬酸、三聚磷酸鈉、氫氧化鈉、脂肪酸聚氧

乙烯醚、水

儀器：SBDY型數顯白度儀、量筒、燒杯、托盤天平

　　四、【實驗步驟】

1.洗滌劑的配製

根據實驗原理中多用洗潔精的配方，依次加入下列藥品配製洗滌劑，順序和用量爲： 水（70g）——十二烷基苯磺酸鈉（10g）——粗鹽（2g）——三聚磷酸鈉（4g）——脂肪酸聚氧乙烯醚（9g）——椰子油酸（3g）——檸檬酸（1g）——氫氧化鈉（1g）

2.洗滌劑效果的測試（利用白度計測定所配製洗滌劑的洗滌效果）

①白度計的校正：用已知白度的白板校正儀器；

②用白度計測定布條在洗滌前的白度；

③將白布條弄髒，如在窗臺上擦拭；

④用白度計測定弄髒了的布條的白度；

⑤用剛剛所配製的洗滌劑清洗弄髒了的布條，洗滌乾淨後吹乾；

⑥用白度計測量洗滌劑洗滌後布條的白度。

　　五、【實驗現象記錄及數據記錄與處理】

1、各配料加入的順序及現象：

2、洗滌劑的性狀：

經不斷攪拌，本次實驗所配製的洗滌劑，爲乳白色粘稠液體，泡沫潔白均勻細膩，防止一段時間液體穩定不分層。雙手直接接觸洗滌劑一會後明顯感覺手部皮膚有緊繃感。

3、白度儀測量數據記錄與處理

去污效率DE=(Rw-Rs)/（R0-Rs）×100% =(56.9-40.3)/（85.2-40.3）×100%=36.97%

　　六、【本次實驗中共選擇了8種組分，其對應的作用爲：】

①十二烷基苯磺酸鈉：

性能：屬陰離子型表面活性劑。中性，具有良好的去污、溼潤、乳化、分散能力。能產生豐富的泡沫，且易於用穩泡劑使之穩定,其泡沫又便於用抑泡劑進行調節使之符合低泡配方的要求；增溶效果顯著;直連結構有很好的生物降解性；與三聚磷酸鈉一起使用時, 其性能更加優異。親水基團(磺酸基)與疏水基(烷墓苯)間的聯接是C一S鍵, 因而它的耐水解穩定性很好在熱的鹼或酸中很穩定。磺酸本身也可溶於水並完全電離,可在低pH 值條件下使用。

用途：烷基苯磺酸納對顆粒污垢，蛋白污垢和油性污垢有顯著的去污效果，對天然纖維上顆粒污垢的洗滌作用尤佳，去污力隨洗滌溫度的升高而增強，對蛋白污垢的作用高於非離子表面活性劑。廣泛應用於洗衣粉、餐具洗滌劑及工業清潔劑中。

②脂肪酸聚氧乙烯醚（勻染劑AN）：

性能：屬非離子表面活性劑，具有優良的去污、乳化、緩蝕、發泡性能和抗硬水性能，溫和的洗滌性質不會損傷皮膚。在各種pH 下都可以使用，並表現爲非離子（鹼性或中性溶液中）或陽離子（在酸性溶液中）特性。將高活性產品加到規定數量的水中去，同時加以攪拌。而不要將水加到高活性原料，否則便可能導致凝膠的形成。

用途：在紡織工業中主要用作染色助劑。也常用在人造絲生產中，不但可以增強纖維絲的強度，還可保持噴絲孔的清潔，防止污垢的沉積。在石油煉製工業中使用可以抑制酸氣對金屬設備的腐蝕，提高設備利用率。在工業洗滌劑中可以作助劑成分。

③椰子油酸：

椰子油脂肪酸的一種重要的下游產品之一。CDEA屬於非離子表面活性劑，沒有濁點。性狀爲淡黃色至琥珀色粘稠液體，易溶於水、具有良好的發泡、穩泡、滲透去污、抗硬水等功能。在陰離子表面活性劑呈酸性時與之配伍增稠效果特別明顯，能與多種表面活性劑配伍。能加強清潔效果、可用作添加劑、泡沫安定劑、助泡劑。在水中形成一種不透明的霧狀溶液，在一定的攪拌下能完全透明，在一定濃度下可完全溶解於不同種類的表面活性劑中，在低碳和高碳中也可完全溶解。

④三聚磷酸鈉：

性能：洗滌劑中不可缺少的優良助劑，提高洗滌劑的去污效果。三聚磷酸鈉具有螯合鈣、鎂、鐵等離子的性質，能軟化水；也是洗滌劑的膠溶劑、乳化劑，對蛋白質有膨潤、增溶作用，有明顯的解膠效果，對脂肪物質起促進乳化作用，對塵土等固體污垢有分散作用，增強表面活性劑的表面活性，降低臨界膠束濃度，起到降低表面活性劑用量和增強去污力的雙重作用；能使液態、固態微粒更好的溶於液體(如水)介質中，使溶液外觀完全透明，好像真溶液一樣，即增溶作用。同時，三聚磷酸鈉水溶液呈弱鹼性(1%水溶液的PH值約爲9.7)，也是良好的緩衝劑，所以，即使有酸性污垢存在，三聚磷酸鈉也能使洗滌液保持一定的鹼度，有利於酸性污垢的除去；它還可以吸收水分防止洗滌劑結塊。

用途：主要用作合成洗滌劑的助劑，用於肥皂增效劑和防止條皁油脂析出和起霜。對潤滑油和脂肪有強烈的乳化作用，可用於調節緩衝皁液的PH值。

⑤氫氧化鈉：

作洗滌助劑，保持洗滌液的pH值在鹼性範圍，可以提高表面活性劑。對污垢特別是油性污垢的洗淨能力。因爲多種表面埔活性劑的去污能力都受pH值的影響，而在鹼性介質中去污能力較強。另一方面天然油脂污垢噌中含有30%左右的遊離脂肪酸，在洗滌劑中加入一定量鹼，可以與脂肪酸反應生成肥皂，有利於把油脂乳化、分散達到去污目的。以這種目的加入的洗滌助劑有碳酸鈉、三聚磷酸鈉等。碳酸鈉的鹼性作用較強，缺點是有時它會與水中鈣離子生成碳酸鈣沉澱。而各種磷酸鹽和硅酸鹽它們耐硬水性能好在水中還能形成活性膠體因此使用效果較好

⑥檸檬酸：

調節洗滌劑PH值至6.5-7.5.作爲助洗劑，能有效改善洗滌產品的性能，是一種優良的鰲合劑。工業生產中，檸檬酸和改性檸檬酸可製成一種無甲醛防皺整頓劑，用於純棉織物的防皺整理。不僅防皺效果好，而且成本低。

⑦粗鹽：

氯化鈉和硫酸鈉等中性電解質鹽類本身並沒有洗滌能力，但它們加入表面活性劑水溶液中會促進表面活性劑臨界膠束濃度的降低，促進膠束形成、表面活性的提高，有使表面活性劑水溶液的表面張力降低，使表面活性劑在污垢和清洗物體表面的吸附能力增強，從而使表面活性劑的洗滌能力提高。

⑧水：作爲溶劑，能使各組分混合均勻

2、本實驗的去污效率DE=36.97% ，偏低。分析原因，可能有：

①洗滌劑本身去污效果不佳。投料順序可能沒有按最佳的順序加入，導致在配製過程中某些原料相互間發生了化學反應等，從而降低了它的功效。

根據部分文獻資料顯示，投料的順序應爲：

先加表面活性劑，如十二烷基苯磺酸鈉（加熱溶解到水中，慢慢攪拌，使其完全溶解）、脂肪酸聚氧乙烯醚、椰子油酸，氫氧化鈉、檸檬酸等洗滌助劑稍後加，鹽最後加入，作用調節到所需粘度。調節之前應把產品冷卻到室溫或測粘度時的標準溫度。

②白布上的污染物併爲標準污染液，污染成分可能單純爲某種物質，不均勻且時間久，此外，白布本身污染度不高，所以污物不易洗去，且洗滌時間短，若增加洗滌浸泡時間效果會更好。

③實驗所測原始白布白度R0並非污布沾污前的白度，計算結果有誤差。

　　七、【注意事項】

本實驗的關鍵在於洗滌劑配方的選擇，配方中每一種藥品所起的作用是多方面的，有時會有協同效果，有時也會有不好的作用。所以配製洗滌劑時，要根據藥品的性能特點，使用具有同樣功能的藥品進行替換，也可達同樣洗滌效果。

　　八、【提問與思考】

1、洗滌劑中加入鹼性物質有何作用，有何弊端？

答：洗滌劑中加入鹼性物質，能有效去除衣物上的污漬，因爲衣物上的常見污垢大多是有機污漬，顯酸性，故洗衣粉洗衣液中大多加入了一定數量的鹼性物質；但過量的鹼性物質會對皮膚和衣物帶來傷害，同時，鹼性物質易與硬水形成沉澱，所以洗衣粉中過多的鹼性物質便會導致洗滌時形成大量的沉澱，直接影響洗滌效果。

2、三聚磷酸鈉的作用是什麼？現在的替代品有哪些？

三聚磷酸鈉（STPP）是最早的工業化生產並廣泛使用的洗滌助劑，它與十二烷基苯磺酸鈉等表面活性劑配合使用時可以產生理想的協同作用，能賦予洗滌劑極佳的去污能力及洗滌效果，而且其價格低廉，因此一度被視爲洗滌劑的“黃金搭檔”。但含磷洗滌廢水等生活污水排放對某些特定水體的富營養化貢獻較大由此掀起了代磷洗滌助劑研發與應用的高潮。

目前，代磷助劑的技術發展方向主要是離子交換劑，主要有一下幾大類：

① 4A沸石

是人工合成的鋁硅酸鹽白色晶體，最早替代三聚磷酸鈉並工業化生產應用的無磷洗滌助劑，也是目前在世界各國得到廣泛應用的代磷助劑。目前，4A沸石因其生產成本低、原料來源豐富、工藝成熟、無污染等優點已成爲代磷洗滌助劑的首選。但同時，4A沸石生產中還應該加大資源綜合利用率，在合成4A沸石的同時聯產其他化工原料，進一步提升綜合效益。

② 層狀結晶二硅酸鈉

是在高溫處理下由非晶態無定型二硅酸鈉經加工處理轉化爲硅氧四面體有序排列的晶態硅酸鹽，它伴生的有δ、β、α及γ四種晶型。其中，δ晶型的助洗效果最好，而且熱穩定性強、容易生成。由於它具有層狀結構，粉末手感細滑，加入到洗衣粉中對織物無損害。晶層中的鈉離子還能與水中的鈣、鎂離子進行交換，將其牢牢吸附到晶層中，其軟化水的能力強於4A沸石。同時，δ晶型還具有乳化分散能力好、鹼性大、緩衝能力強、抗沉積、使用安全等特點，因此作爲洗滌助劑極具商業價值，也是繼4A沸石後最具發展潛力的代磷助劑。

③聚丙烯酸鈉

是一種線狀、可溶性的高分子化合物。其分子鏈上聚集了高密度的羧酸根，對Ca2+、Mg2+的螯合能力很強，對固體污垢有吸附作用，並可抑制污垢在織物上的沉積。聚丙烯酸鈉還具有很好的鈣皁分散力、冷水速溶、熱穩定性良好等特性，其生產原料來源廣泛且安全無毒，綜合性能要顯著優於其他無磷洗滌助劑。但分子主鏈上的C-C結構決定了聚丙烯酸鈉的生物降解性較差，高濃度使用時其去污能力會降低且易導致絮凝。所以。目前聚丙烯酸鈉的研究熱點主要集中在改善聚丙烯酸鈉的生物降解性，通常經過化學改性的辦法在聚丙烯酸鈉中引入酯基或醚基等基團來實現這一目標。目前，多侷限於特殊要求的洗滌劑應用中，作爲普通洗滌劑的助劑代價大、經濟效益低。

④澱粉

是聚合的多糖類物質，受到其自身化學結構的侷限，目前難以工業化應用。但是，澱粉經過適當化學處理，引入某些化學基團使分子結構及理化性質發生變化，生成改性澱粉。

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　　一、洗滌劑的組成

1.1表面活性劑及其分類

洗滌劑的主要成分爲表面活性劑。通常在水爲溶劑的系統中，表面活性劑可被吸附在該系統的界面上，使界面的.表面張力或表面自由能明顯降低。表面活性劑的分子結構具有不對稱性，是由具有親水性的極性基團和具有憎水性的非極性基團所組成的有機化合物。其中它的非極性基團又稱爲親油基團，一般爲8~18個碳的直鏈烴或環烴。

表面活性劑一般按照其化學結構來進行分類。即當表面活性劑溶於水時，能電離出離子的歸爲離子型表面活性劑，而在水中不能電離的則歸爲非離子型表面活性劑。離子型表面活性劑還按其生成的活性基團爲陽離子或陰離子再進行分類。

1.2輔助成分

洗滌劑中除了其主要成分表面活性劑，還含有助洗劑。目前, 全球的三大助洗劑是三聚磷酸鈉( STPP) 、4A 沸石和D-層狀硅酸鈉[ 1] ( SKS-6)，有的洗滌劑中還含有抗再沉積劑、熒光增白劑、香料和酶等。助洗劑的主要性能包括有( 1) 能降低洗滌用水中的Ca2+ 、Mg2+ 濃度, 軟化水硬度; ( 2) 具備酸鹼緩衝能力; ( 3) 能提高污垢分散力和抗再沉積性; ( 4) 能增加漂白劑、加工助劑、載荷液體量的穩定性。（5）抗腐蝕性。

　　二、表面活性劑具有洗滌作用的機理

污垢一般由油脂和灰塵等物質組成，去污過程可看做是帶有污垢（D）的固體（s），浸入水（w）中，在洗滌劑的作用下，降低污垢與固體表面的粘附功Wa，從而使污垢脫落達到去污目的。用如下式子表示：

Wa = γs-D — γs-w — γD-w

Wa的絕對值越小，污垢與固體表面結合越若，污染物越容易去除。因爲粘附功相當於在等溫等壓下污垢粘附在固體表面這一過程的吉布斯自由能的變化值，若是自發粘附，則有Wa < 0，其絕對值越大，說明粘附趨勢越強烈黏的越牢。

當水中加入洗滌劑後，洗滌劑的憎水基團吸附在污物和固體表面，從而降低了γD-w和γs-w，使得Wa的絕對值變小。然後用機械攪拌等方法使污物從固體表面脫落，洗滌劑分子在污物周圍形成吸附膜而懸浮於溶液中，洗滌劑分子同時也在潔淨的固體表面形成吸附膜而防止污物重新在固體表面上沉積。

　　三、洗滌劑的配製原則

配製洗滌劑時，紀要保證所配製產品的性能，同時也要考慮生產成本和製備工藝。洗滌劑的成本主要由所使用原料的價格來決定，而性能則由配方所使用原料的性質及不同組分之間的配合。除了價格因素外，配方原料的選擇需綜合考慮以下原則：

（1）從洗滌的角度來看，配製的洗滌劑要具有洗滌、潤溼、增溶、起泡和消泡、乳化等作用，以滿足去除污垢的作用。並且能在潔淨固體表面形成保護膜防止污物重新沉積。

（2）爲使所配製的洗滌劑發揮作用，需要添加一些具有特定性質的組分，來調節洗滌劑的酸鹼度以及來雜質雜誌元素的影響。

（3）爲了使所配製的洗滌劑具有好的應用性能，有時還需要通過在洗滌劑中加入特別組分，如使其具有漂白、消毒燈作用；

（4）從環保的角度出發，要求所使用的藥品具有較好的生物易降解性能。

　　四、多用洗潔精的配製

4.1多用洗潔精配方

4.2配製過程及現象描述

　　五、洗滌劑洗滌效果的表徵與評價

5.1新制洗滌劑外部表徵描述

靜置後的新制洗滌劑分層，上層爲白色泡沫，下層爲灰白色濁液，有香氣。泡沫柔軟細滑，而濁液略感粗糙。

5.2新制洗滌劑洗滌效果評價

（1）取一塊乾淨白布，用數顯白度儀測其白度爲59.9%。

（2）將白布弄髒，使其粘附大量黑色污垢。烘乾後，測其白度爲13.8%。

（3）用新制成的洗滌劑清洗白布，烘乾。從外觀上看，與弄髒前無異。測其白度爲55.9%。

洗滌效果評價：根據配方做出來的洗滌劑具有一定的洗滌效果，可有效除去粘附在白布上面的灰塵、泥土等黑色污垢。但是洗滌後的白布的白度比原始白度略小，說明白布上還有一些污垢並未完全去除。該洗滌劑的去污性能有待進一步提高。

　　六、洗滌劑各配料的作用討論

6.1十二烷基苯磺酸鈉

十二烷基苯磺酸鈉爲陰離子型表面活性劑，具有優良的乳化性能，，對水硬度較敏感，不易氧化，起泡力強，去污力高，易與各種助劑復配。而且對顆粒污垢，蛋白污垢和油性污垢有顯著的去污效果，對天然纖維上顆粒污垢的洗滌作用尤佳，去污力隨洗滌溫度的升高而增強，對蛋白污垢的作用高於非離子表面活性劑，且泡沫豐富。在洗滌劑中使用的烷基苯磺酸鈉有支鏈結構(ABS)和直鏈結構(LAS)兩種，支鏈結構生物降解性小，會對環境造成污染，而直鏈結構易生物降解，生物降解性可大於90%，對環境污染程度小。因其生產成本低、性能好，因而用途廣泛，是家用洗滌劑用量最大的合成表面活性劑。

6.2粗鹽

氯化鈉具有皁析、護色、增稠、殺菌等多種功效，廣泛應用於洗滌用品行業。首先，在洗滌劑中假如少量氯化鈉，可減少洗滌對織物染料的損傷，減少衣物的色澤變化。另外，氯化鈉是一種常用的增稠劑，也是最廉價的一種。氯化鈉對液體洗滌劑的增稠作用是通過與表面活性劑的協同效應來實驗的，氯化鈉的存在使膠束的締合數增加，使球形膠束向棒形膠束轉化，從而使粘度增大。氯化鈉還具有消炎、殺毒、止癢、殺菌燈功效，對大腸桿菌、金黃色葡萄球均有一定的抑制作用。本次實驗使用了粗鹽以節約實驗成本。

6.3三聚磷酸鈉

三聚磷酸鈉在洗滌劑中作爲輔助劑, 它對金屬離子的整合作用強，有效降低水的硬度，大大節約洗滌劑的用量。而且具有很強的分散能力和乳化能力， 與表面活性劑有較強的協同效應, 對溶液的p H 值有很強的緩衝作用, 在漂洗過程中具有強的防止再吸附作用等諸多優點。

6.4脂肪酸聚氧乙烯醚

脂肪酸聚氧乙烯醚是一種新型非離子表面活性劑，是以脂肪酸甲酯爲原料，經相應催化劑作用下，直接與環氧乙烷(EO)發生加成反應制得，與傳統的脂肪醇乙氧基化物(AE)相比，具有原料便宜、低泡、水溶速度快、對油脂增溶能力強、皮膚刺激性小、生物降解性好等特點，是配製衣用洗滌劑、餐具洗滌劑、清潔劑等安全、高效的優質原料。

6.5椰子油酸

椰子油酸爲乳黃色蠟狀或油狀液體，是由八酸、十酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸等組成。主要應用於洗滌劑的助劑，具有潤溼、淨洗、柔軟、抗靜電等性能，對水溶液有增稠作用，能夠穩定其他洗滌液的泡沫， 對動植物油和礦物油具有良好的脫油力，還具有防止鋼鐵生鏽的能力。與其他表面活性劑配合使用具有良好的增效、分散污垢的作用。毒性與肥皂相當；對皮膚刺激性小。

6.6檸檬酸

檸檬酸與洗滌液中的其他金屬離子結合形成檸檬酸鹽，能夠清除水、紡織品或泥土中的鹼土離子，能夠增強表面活性劑的作用，防止污垢再沉積。檸檬酸鹽具有適當的緩蝕性，可與其他表面活性劑相匹配。而在環保健康方面，對人無毒，且優良的生物降解性，對污水處理工廠和地表水的生物系統無負面影響，無富營養化，無重金屬的再遷移。

6.7氫氧化鈉

在洗滌劑中作爲抗污垢再沉積劑。油污屬於酯類物質，酯類在鹼性條件下能夠徹底水解爲，羧酸鹽和甘油，變爲可溶物。

　　七、分析與討論

本次實驗爲在實驗室條件下，利用現有的實驗藥品，根據所提供的配方在短時間內製備出洗滌液，因而製備出來的成品是相對粗糙的，無論從外觀上，還是質感上，與我們日常所購買的洗滌用品相比有比較大的差距。本次實驗只能說是工業製備洗滌液的簡化操作。嚴格來說，工業上製備洗滌劑的所用到的原料和水源要求較高，每一步生產工藝都應該嚴謹執行，這樣纔會得到質量較好的產品。

在實驗室條件下，而且由於實驗時間的限制，我們難以製備高質量的洗滌液，但是製備流程可以進一步優化。例如，原料應先進行預處理，塊狀的固體試劑要事先研碎方便溶解；進一步探究各藥品的加入順序，以得到一個最優化的藥品加入流程；新制洗滌液應濾去不溶物，用活性炭除去灰色使洗滌液看上去更加澄清透明。

　　八、參考文獻

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