洗滌劑的配制與表征

華南師范大學實驗報告學生姓名學號專業(yè) 化學教育 年級、班級課程名稱 物理化學實驗 合作者實驗類型□驗證□設計□綜合實驗時間2013年3月28日室溫 21?5°C大氣壓實驗指導老師實驗評分洗滌劑的配置與表征一、 前言1實驗背景洗滌劑在工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中應用非常廣泛，其主要組成成分表面活性劑則是物理化學課程學習中一個非常重要的概念。由于洗滌劑和表面活性劑在生產(chǎn)生活中具有重要的作用，作為知識性和生活常識性的物質，我們需要了解和熟悉它們。同時，由于圍繞洗滌劑的配置與表征這一實驗課題，我們也可以很好地應用到物理化學課程所學到的很多概念和技術，因此，圍繞表面活性劑和洗滌劑綜合與設計性實驗，無論從專業(yè)學習還是培養(yǎng)我們的學習都很有其價值。2實驗要求2.1了解表面活性劑的結構、性質和應用；2.2掌握洗滌劑各組分的性狀及其配方原理；2.3學會評價洗滌劑的質量，了解一些評價方法。二、 實驗部分1基本原理1.1洗滌劑的組成洗滌劑是由表面活性劑及可提高表面活性劑作用效果的各種輔助成分組成。1.1.1表面活性劑洗滌劑的有效成分是表面活性劑。洗滌劑中常用表面活性劑分為離子型（陽離子型、陰離子型、兩性型）和非離子型，典型的常用的離子型表面活性劑主要是硬脂酸鈉（、"0-匕cq農(nóng)）、十二烷基苯磺酸鈉（'「二一、。*）；非離子型表面活性劑主要是烷基聚氧乙烯醚（R-?FiJH*OhH）。表面活性劑具有兩親結構，可以明顯降低體系的表面張力，使體系產(chǎn)生潤濕、乳化、分散、起泡、增溶某一系列作用，這些作用決定了表面活性劑的一些性質，如表面吸附、定向排列、形成膠束等，使它在日常生活中有廣泛的應用。1.1.2各種輔助成分在洗滌劑中，去污的主要是表面活性劑，并配入一定的輔助劑。輔助劑的加入，不僅降低了洗滌劑成品成本，并能提高洗滌劑的去污能力，改善洗滌劑外觀，使洗滌劑更利于使用。另外，通常還加入少量功能型輔助成分（添加劑）提高洗滌的綜合性能。助劑是指合成洗滌劑中，配入與去污有關的、能增加洗滌特性的輔助成分。助劑大多為無機物，主要有磷酸鹽、4A沸石、硅酸鹽和碳酸鹽。此外，有機螯合劑也屬于助劑范疇。輔助劑可分為無機輔助劑，按其在洗滌劑中的功能，則可分為螯合劑、增泡劑、消泡劑、增稠（黏）劑、增溶劑、珠光劑、防腐劑、漂白劑、殺菌劑（消毒劑）、抗氧化劑、柔軟劑、抗靜電劑、摩擦劑、熒光增白劑（FWA）、溶劑、抗污垢再沉積劑、酶制劑、香精、色素等。1.2表面活性劑具有洗滌作用的機理表面活性劑分子在溶液表面時，由于極性的差別，其親水基團進入水中，親油基團朝向空氣（如圖1）。與污垢接觸后，因為水不易潤濕油污，而表面活性劑的憎水基團朝向織物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脫離表面。之后污垢懸在水中或隨泡沫浮到水面后被去除，潔凈表面被活性劑分子占領（如圖2）。1.3洗滌劑的配置原則從洗滌的角度看，配制的洗滌劑要具有洗滌、潤濕、增溶、氣泡和消泡、乳化等作用，以滿足去除污垢的作用；為使所配制的洗滌劑發(fā)揮作用，需要添加一些具有特定性質的組分，來調(diào)節(jié)洗滌劑的酸堿度以及來自于雜質元素的影響；為使所配制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；從環(huán)保的角度出發(fā)，還要求使所使用的藥品具有較好的生物易降解性能。1.4洗滌劑洗滌效果的表征與評價取白色的棉布，并用標準污染液污染，用SBDY型數(shù)顯白度計測定棉布在洗滌前后的白度變化，以此來說明洗滌劑的洗滌效果。對棉布進行間歇式或連續(xù)浸漬，使人工物污染均勻地染在棉布上并烘干，然后用洗滌劑洗滌污染棉布。洗滌劑去污效率(DE)的計算式如下。DE=(Rw—Rs)/(Ro—Rs)X100%式中，Rw—洗后白度；Rs—污布白度；Ro—染污前的白度。好的洗滌劑應該具備一下特點：有良好的潤濕性能，與被洗表面充分接觸；使用量少，污垢易脫落；有一定的增溶和起泡作用；能保護潔凈表面不被再次污染；洗滌廢水容易降解,不污染環(huán)境，如不含磷。2實驗方案設計本實驗主要是配置了多用洗潔精(100g)，實驗方案設計如下：十二烷基苯磺酸鈉10g椰子油酸3g粗鹽2g檸檬酸1g三聚磷酸鈉4g氫氧化鈉1g脂肪酸聚氧乙烯醚9g水70g3實驗儀器SBDY型數(shù)顯白度儀托盤天平玻璃棒量筒小白布 膠頭滴管 稱量紙 燒杯4實驗步驟4.1洗滌劑配制前的準備：用量筒量取70mL的去離子水備用。用托盤天平分別稱量10g的十二烷基苯磺酸鈉、4g的三聚磷酸鈉、2g的粗鹽、1g的氫氧化鈉，用稱量紙包好，備用。用小燒杯在托盤天平上分別稱量9g的脂肪酸聚氧乙烯醚液體、1g檸檬酸液體4.2洗滌劑配制時試劑加入順序及現(xiàn)象記錄：⑴試劑加入順序：十二烷基苯磺酸鈉一粗鹽一檸檬酸一三聚磷酸鈉一氫氧化鈉一椰子油酸一脂肪酸聚氧乙烯醚一水實驗現(xiàn)象：將所有試劑按上述順序加入后，用玻璃棒攪拌，混合液呈白色粘稠狀，有香味，溫度略升高，且有泡沫產(chǎn)生。4.3洗滌劑洗滌效果的表征：接通電源打開在儀器后面的電源開關，黑筒放在測量空上用儀器調(diào)零電位器調(diào)零，待儀器零位穩(wěn)定后，取下黑筒，放上標準白度板用儀器校標電位器調(diào)整標準白度值(校正是83.7)。儀器校準后取下標準白度板，取一小塊干凈的白布，測量其白度值。取下小白布，在窗口處抹臟，再進行測量其白度值，記錄數(shù)據(jù)。再取下抹臟后的小布塊，用本實驗配制好的洗滌劑進行浸泡洗滌，洗滌十凈后，烘干小布塊，再進行測量白度值，記下相應數(shù)據(jù)，如表1所示。表1樣品的白度值樣品 原白布 弄臟后 洗滌后白度值 58.0 28.8 44.2三、結果與討論1洗滌劑洗滌效果計算DE=(44.2-28.8)/(58.0-28.8)X100%=52.7%2討論2.1影響洗滌效果的因素從以上計算結果可知，本次實驗所配制的洗滌劑的洗滌效果并不是很好。為了找出自己配制的洗滌劑與工業(yè)生產(chǎn)的洗滌劑洗滌效果存在差異的原因，我通過查找文獻，得知洗滌劑中影響洗滌效果的因素，具體如下。（1） 表面活性劑中疏水劑的影響：鏈長的影響：在一定的濃度下，親水基相同的表面活性劑，疏水基（烷基）越長，吸附量就越大，去污效果也越好。洗滌溫度對表面活性劑分子中鏈增長的影響：陰離子表面活性劑：疏水基鏈越長，去污能力越好，但是，烷基鏈越長，在水中的溶解度會降低，不能達到臨界膠束的濃度，就不能達到好的去污效果。因此，如果要配制在較低溫度下使用的洗滌劑，就不能選擇疏水基（R）過長的表面活性劑。水的硬度：陰離子表面活性劑隨水的硬度的增加而增高，溶液中生成的鈣鎂鹽的量也逐漸增多，并且這種陰離子表面活性劑的鈣鹽在水中溶解度也降低。非離子表面活性劑，對于鈣鎂離子的敏感性較低，一般不受其影響，但是非離子表面活性劑其疏水基的鏈長也有一個最佳范圍，因為疏水基過長，水溶性下降，濁點降低，去污性能隨之下降。支鏈的影響：由于支鏈的增加，空間位阻相應增大，使吸附量降低，也使得臨界膠束濃度值升高，不利于形成膠束，達不到最佳去污值。另外，也由于分子中支鏈的增大，使表面活性劑在水溶液中的表觀擴散系數(shù)增加，而使?jié)櫇駮r間縮短。（2） 表面活性劑中親水基的影響不同親水基對水硬度的敏感性按照如下順序排列：醇（酚）醚孑醇（酚）醚硫酸鹽＜a-烯基磺酸鹽＜a-磺酸基脂肪酸甲酯鹽〈烷基硫酸鹽Q烷基苯磺酸鹽＜羧酸鹽（3） 助劑在洗滌過程中的影響：①去除鈣鎂等金屬離子：由于鈣離子對陰離子表面活性劑性能的影響是由于生成的陰離子表面活性劑鈣鹽在水中的溶解度差，降低其去污性能，甚至使其完全失去污能力。因此，必須在洗滌劑中加入能螯合鈣鎂離子的螯合劑作為助劑。在高硬度水中：碳酸鈉對降低鈣鎂離子濃度，具有較強能力，而且價格便宜。在低硬度水中：STPP(三聚磷酸鈉)具有明顯優(yōu)勢。提供堿源，穩(wěn)定洗滌劑的pH值：對于各種洗滌劑，如果保持洗滌液偏堿性，具有三點優(yōu)勢：因為洗滌液中的表面活性劑通常以陰離子為主，如果洗滌液偏堿性，可分顯示充出陰離子的性質。若PH不夠，使表面活性劑以酸的形式存在，降低溶解度，影響去污力。助劑的螯合能力受洗滌劑中的PH影響，只有PH=10時，助劑的螯合性能最好洗滌劑pH偏堿性，有利于纖維織物的溶脹，使污垢在織物表面容易脫落，從而增加了去污效果。雖然，隨pH上升，去污效果增大，但是作為家用洗滌劑的配方中，助劑的堿性太強，導致洗滌液堿性增大，損傷織物和皮膚，也是不能采用的。對污垢的分散效果在洗滌劑配方中，洗滌劑不但有好的去污效果，同時有利于污垢分散，懸浮于水溶液中，防止重新污染，助劑具有分散，懸浮污垢的輔助功能2.2各配料的作用本實驗所用到的八種配料的作用分別如下。十二烷基苯磺酸鈉：陰離子型表面活性劑，具有良好的去污、濕潤、乳化、分散能力，能產(chǎn)生豐富的泡沫，增溶效果顯著，且有很好的生物降解性，所以廣泛應用于洗衣粉、餐具洗滌劑及工業(yè)清潔劑中。粗鹽：是一種輔助原料，氯化鈉能對陰離子表面活性劑的水溶液增稠，但應適量。過量的氯化鈉將使表面活性劑不溶，導致洗潔精變渾濁和變稀。檸檬酸：調(diào)節(jié)洗滌劑PH值至6.5-7.5.作為助洗劑，能有效改善洗滌產(chǎn)品的性能，是一種優(yōu)良的鰲合劑。工業(yè)生產(chǎn)中，檸檬酸和改性檸檬酸可制成一種無甲醛防皺整頓劑，用于純棉織物的防皺整理。不僅防皺效果好，而且成本低。三聚磷酸鈉：洗滌劑中不可缺少的優(yōu)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；同時，也是良好的緩沖劑，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堿度，有利于酸性污垢的除去；它還可以吸收水分防止洗滌劑結塊。氫氧化鈉：助劑，調(diào)節(jié)pH在在堿性范圍內(nèi)，提高洗潔精去污能力。椰子油酸：合成各種表面活性劑的中間體。脂肪酸聚氧乙烯醚：非離子表面活性劑，在水中不電離，其表面活性是由溶于水的極性基團及不溶于水的非極性基團共同提供的。其親水基團為含有能與水生成氫鍵的醚基、自由羥基等，而親油基則是長鏈的烷基、醇基、脂肪胺等。非離子表面活性劑具有較高的表面活性，其表面張力、臨界膠束濃度都較低，從而導致有很好的潤濕、乳化、分散、滲透、抗硬水、脫脂及增溶能力，與陰離子表面活性劑相比，非離子表面活性劑泡沫較低。在使用上，非離子表面活性劑的另一顯著的特點就是它有濁點。在低于它濁點的溫度下有良好的洗滌去污能力，所以甩它配制的洗滌劑能滿足低溫低泡耐硬水的要求。水：溶劑，使各組分混合均勻。四、結論本次實驗是配制洗滌劑的綜合與設計性實驗，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中都具有重要的意義。我不僅親手配制了生活中非常常用的洗滌劑——洗潔精，而且還通過查找文獻，了解了很多關于洗滌劑的知識，如影響洗滌劑洗滌效果的因素、洗滌劑中各配方的作用等。而從本次實驗結果來看，我們小組配制的洗潔精的洗滌效果并不理想，結合文獻資料，我認為可能是所稱試劑的量并不十分準確，且加入試劑的順序不正確