关于肥皂和合成洗涤剂的比较.pdf

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1、人们为了整洁、美观就要经常将衣服、被褥及日用餐具、茶具进行洗涤。因此，肥皂和各种各样的洗涤剂就和我们结下了不解之缘。肥皂的发明要比洗涤剂早得多，据说早在三千多年前，罗马城外的圣波山上，就被人们无意中制造出来了。在这座圣山上，人们燃烧贡品时，油脂顺势滴落到草木灰上成为最原始的肥皂，这些肥皂渗入到周围的粘土中。人们发现，当他们坐在这些粘土上，衣服沾上了粘土后反而比以前更容易洗干净。人们开始奉为圣土，后来才知道这是人们无意中的劳动收获。公元 70 年，罗马的学者蒲林尼（Pliny）描述了用山羊油脂和柴灰制造肥皂的过程。在这个过程中要加入另一种东西-海盐。它能使肥皂浮在混合液上面，这就是我们今天所说的

2、盐析作用。这个记载恐怕是对肥皂工业最早的描述了。由 于当时产量很低，因而只能供有钱人使用，是污秽者的奢侈品。1791 年法国化 学家尼考尔斯菜布兰兹（NicolasLeblanc）用氯化钠水溶液电解制得氢氧化钠，从此以后，肥皂才成为平民百姓都用得上的东西。然而，并非每个人都知道肥皂是什么东西。从 18111823 年柴夫卢尔（MEChevrenl）对肥皂产品进行研 究后，令人满意地解释了什么是肥皂以及制造肥皂的化学反应。随着科学家弄清 肥皂去污原理之后，各式各样的合成洗涤剂也就应运而生了。化学性质肥皂实际上是长链有机羧酸的钠、钾或三乙醇胺 N（CH2CH2O）H3 的盐。其它羧酸的这些盐也是工

3、业肥皂，但它们没有去污、清洁作用。因为三乙醇胺的盐可溶解于有机溶剂，可以作干洗剂。制造肥皂的方程式是：上面的反应就可以解释古罗马人制造肥皂的过程。作祭品的动物脂肪中含有 甘油三酸酯，柴灰的水解物中含有氢氧化钾或氢氧化钠，当它们一起被加热时脂 肪就被分解生成少量的甘油和肥皂。在制造肥皂的粘稠混合液中加些盐，肥皂就浮在液面上。这个过程，工业上叫盐析。然后就可以把它刮下来。这样得到的肥皂含 5060水，是糊状的。把它继续加热脱水，当剩下约 30水时就可以制成固体、糕状的棒，再把它风 干到只剩下 1015水分时，就可切成块。再进一步干燥到含水仅 510 时就可作成粉末。天然原料制的肥皂使用 4 种脂肪

4、：牛油、棕榈油、椰子油和橄榄油。有机酸要有洗涤本领必须含有 9 个碳以上的长链，而且洗涤本领随着碳链的 增长而增强。然而，分子含 18 个碳以上的肥皂是不溶于水的，即使在热水中也 不溶解。油酸（恰好含 18 个碳）是十分好的洗涤剂，因为它的顺式双链在第九 和第十个碳原子之间，即在分子的正中间。因此，含 1 8 个碳的肥皂具有较好的洗涤本领，而分子含 12 个碳的肥皂在水中的溶解性就增强了。由含 1 8 个以上碳的长链分子组成的肥皂只用作擦洗的填 充剂。这种擦洗剂需要有去污本领而无须溶解性。自从肥皂去污原理被人们认识之后，人们就试图改进它们的性能。因为肥皂存在不少弊病。例如，它在冷水中溶解得不好

5、，在热水中才能较好地溶解，在酸 性溶液中它不能很好地发挥洗涤作用，因为它在酸性溶液中会分解成不溶性的酸 性肥皂和脂肪酸的团块。另外，肥皂会与水中的钙、镁、铝及铁等元素反应（生 成所谓金属皂）。这就是盆、桶盛了肥皂水后出现环状污垢，织物用肥皂洗后出 现一层不明显的薄膜的原因。肥皂在软水中是很好的清洗剂。但遗憾的是我们日 常生活中使用的水，尤其是广大农村所用的水常常是硬水。要改进肥皂的洗涤性能，化学家们就必须先弄清肥皂能去污的原理。去污的 过程是用很薄的膜除去脏物和油污-这层薄膜把脏物带到溶液中，乳化或呈悬浮 状除去。此外，作为洗涤剂要能降低水界面的表面张力，从而使洗涤液能渗入到 织物细小的缝隙中

6、，从而加快织物湿润的过程。事实上，大多数有机洗涤剂都制成偶级分子，分子是由1218 个碳原子组成的长链。一端含疏水基团（排斥水的），另一端是亲水基团（吸引水的）。那么，肥皂和洗涤剂是怎样去污的呢？去污原理一个物质要具有去污能力，首先必须能降低溶液的表面张力。纯水的表面 张力为每厘米 272 个达因。但作为有效的洗涤剂必须把表面张力降低到每厘米 230 达因，把表面张力降到这个值只需要很少洗涤剂就足够了。作用在一个水分子上的典型的作用力，可使水面上的分子进入溶液中-这就 产生了表面张力。肥皂的分子被加到水中时，它会浮到水面上，因为在有机物的 那端（疏水的）受极性的水分子所排斥。由于肥皂分子在水表

7、面受水分子排斥，从而产生了一个对抗水分子相互吸引的力，结果就减少了表面张力。当肥皂水加 到织物纤维中时，附在织物表面的油就 聚成小油滴并离开织物表面。肥皂中有机 物的那一端溶解在油中并使它离开织物纤维。与此同时，水在下面不断蠕动，加 快了油滴离开的速度。在棉纤维中的极性基团（如 纤维素中的羟基-OH）能吸引 水，使水扩散（渗透）整个织物。总的来说，除污去垢的反应大体是相似的。然而，因为污物可能是电中性的，或带正电荷的或带负电荷的。所以，对这个简单的理论进行一些修正也是必要的。合成洗涤剂虽然肥皂是相当好的洗涤剂，但化学家还是想改进它。最早的尝试是在 1860 年进行的，科学家把蓖麻油磺化成磺化蓖

8、麻油（土耳其红油）。由于第一次世界大战时德国油脂短缺，促使科学家们研究新的洗涤剂。弗利 斯肯德（Fritz Gunter）发明了 1,4-二异丙基萘-6 磺酸和二丁基萘磺酸钠。虽然它们都并不是很理想的洗涤剂，但是足以满足当时德国工业上对洗涤剂的需 求。在 1933 年，波罗特（Procter）和卡马波（Gample）制出第一个家庭用的合 成洗涤剂。这种合成洗涤剂渗到被弄脏的织物中的面积要比肥皂大，也不会留下 干扰染色的薄膜。而且它在冷水中也能溶解，硬性溶液和硬水对它都无影响。从那以后，随着合成纤维工业的发展及妇女从家务劳动中解放出来的呼声越 来越强，合成洗涤剂工业就应运而生，并迅猛发展起来。现

9、在，家用洗涤剂通常 包括下列成分中的一部分或全部：合成洗涤剂；除去钙、镁离子的助洗剂；乳化 剂；漂白剂；抗腐蚀剂；抗板结剂；软化剂；染料；香料；有的还有少量酶。合成洗涤剂合成洗涤剂的分子结构与肥皂相似，都含有亲水基因和憎水基 因。亲水的一端可以是阳离子、阴离子或非离子型的。因为大多数织物在洗涤过程中都带上负电荷，所以市售的洗涤剂中绝大多数 都是阴离子型的洗涤剂。阳离子型洗涤剂则是工业用的，例如，清洗装饮料的瓶 子和酿酒用的各种器皿。非离子型的洗涤剂多用于洗衣机中，因为用洗衣机洗衣 物时总希望产生的泡沫少些，过多的泡沫会影响波轮的转动和降低清洗能力。把 2-辛醇硅酮或 2-乙基己烷硅酮加入 阴离

10、子洗涤剂中，也可以达到减少泡沫的目 的。助洗剂（增效剂）它是用来络合那些导致水质变硬的离子（主要是钙、镁离 子还有铁、铝等离子），使它们进入到溶液中，从而使污物在溶液中悬浮，阻止 它们沉淀下来。同时助洗剂可以使洗涤水有适当的碱性，从而有助于溶解酸性污 物。最常用的助洗剂是磷酸盐，但有时也用碳酸盐、硅酸盐或硼酸盐。最好的助 洗剂是三聚磷酸钠（Na5P3O1J0 和焦磷酸钠（Na4P2O）7。碳酸钠（Na2C0）不 能将钙、镁络合进溶液中，反之生成颗粒状碳酸盐沉淀，沉积在洗衣机底部。这 点高中的化学课已谈到了。乳化剂它的作用是阻止污垢的颗粒重新沉积在织物上，使污垢悬浮于水中漂走。最普通的乳化剂是羧

11、甲基纤维素，其结构是：纤维-0CH2C00-Na+它能使 污垢的颗粒带上一个负电荷，从而使污垢互相排斥，也使它们与通常负电荷的织 物纤维互相排斥。因而它们既不聚集形成沉淀，也不易沾在织物上。漂白剂当衣服中的颜料暴露于太阳、氧气及空气的污染物中时，它们的化学 结构会发生变化，从而导致衣物褪色或变暗。但次氯酸的钙盐 Ca（ClO）2，或钠盐NaOClO在水中能产生氯气，氯气可以使颜料保持原来的色泽。所以，这些次氯酸盐常用作漂白剂。抗腐蚀剂硅酸钠（Na2Si3O7 是一种防水剂，它能在金属表面形成一层不透 水的薄膜，从而保护了这部分金属不被腐蚀。如果把它加到洗涤剂中，它可以防 止洗衣机、金属钮扣和拉

12、链等金属部件被腐蚀。硅酸钠不仅有抗腐蚀作用，同时 它也是一种助洗剂。当然，它也保护了我们的资源。因为有了它，洗衣机的寿命 延长了，我们就无须生产更多新的洗衣机。抗板结剂洗涤剂如果在贮存过程中受潮而板结，使用时就会增加洗涤剂的用量。这不仅是因为结块的洗涤剂不易完全溶解，同时也因它易于沉淀在织物上。这样既造成洗涤剂的浪费，又缩短了织物的寿命。通常，加入少量硫酸钠（Na2SO4 就可以有效地阻止板结。软化剂大多数软化剂是阳离子型的物质。织物在洗涤时纤维常带上负电荷。这样，阳离子试剂加入后就有与织物纤维相结合的趋势。软化剂又有一条长的有 机物链状尾巴，其作用像润滑剂一样使人产生柔软的手感。软化剂也有乳

13、化作 用，并能保持水分，从而减少静电荷在织物表面的 聚集。因此，改善了手感性能。着色剂和香精如果将肥皂和洗涤剂全部都制成白色的，消费者必然会感到很 枯燥。如果我们把少量颜料加进去，使这些洗涤剂呈现浅蓝色、粉红色的话，消 费者就会觉得比较舒服。另外，肥皂和洗涤剂存放时会发生缓慢的化学反应，从 而产生令人不愉快的气味。为了抵消这些气味就要加进些香精。酶几年前国内市场上开始出现含酶的洗涤剂。使用这种洗涤剂时，我们常常 要把衣服在温水中浸泡一下。因为酶在热水中是不活泼的。酶是蛋白质类的化学 反应催化剂，它能将蛋白质和碳水化合物这样的大分子打破，从而加快了洗涤剂 洗涤的速度。汁渍多的衣物特别适宜用含酶的

14、洗涤剂。通常用的酶是用于降解蛋 白质的朊酶和用于分解淀粉的淀粉酶。有一段时期，曾经由于这些酶引起一些人严重的皮肤过敏，而使含酶的洗涤 剂一度从市场上消失。现在，由于克服了这些缺点，同时因它具有良好的洗涤能 力，所以，它又重新回到市场上，并深受广大消费者欢迎。发泡剂泡沫可以使悬浮的油或污垢浮于水面上而被漂洗掉。一般来说，表面张力降低就会增加泡沫，非离子型洗涤剂发泡是不太理想的。有一类不起发泡作 用的非离子型化合物它们产生泡沫的时间很短。当含有这种洗涤剂的溶液流入沟 渠时，泡沫就消失了。有些发泡剂加入仅是为了满足消费者的心理。因为消费者总认为洗涤水没有泡沫就没有洗涤能力。这个看法对肥皂来说是对的，

15、而对合成 洗涤剂来说就未必尽然了。去污剂人们发现当玻璃器皿放在洗液中洗涤后，上面的污渍就被漂洗干净 了。这些污渍是由漂洗水中少量不溶性盐引起的。若洗涤剂中含有用氯气与磷酸 三钠作用生成的氯化磷酸三钠，它就可以溶解那些不溶性的盐，从而使玻璃器皿 干净得闪闪发亮。环境污染问题近年来，肥皂与合成洗涤剂的使用量与日俱增。在美国平均每人每年消费的 肥皂和洗涤剂达 28 磅之多。在我国近年来除了日常洗衣粉外，洗洁精、洗发膏、香浴液等各种新型的洗涤剂不断涌入市场。这就产生了一个新问题-环境污染问 题。使用最早的阴离子合成洗涤剂尤其是烷基苯磺酸钠（ABS 存在这个污染问 题。因为它分子中的烃基是有支链的，所以

16、它很难被细菌分解（又称降解）。因 而在污水处理工厂的污水中这种洗涤剂的浓度往往很高。1965 年美国政府公布：生产的合成洗涤剂必须能被生物降解。直链型的烃 易被细菌分解成只含两个碳的短链，有支链的烃就不易被细菌分解成只含两个碳 的短链，有支链的烃就不易被细菌分解。目前普通使用的是线型烷基苯磺酸（LASoLAS 洗涤剂比 ABS 便宜，而且可以从石油副产品中制得。由于阴离子型合成洗涤剂能杀死细菌，而得到广泛使用，但是它的污水处理 却成为了一个头痛的事。污水中的洗涤剂常用活性污泥里的细菌把它们降解。当阴离子洗涤剂的浓度为 150 至 200ppm 时就有致命危险。幸而一般废水处理厂中 它的浓度很少

17、高于几个 ppm 这个浓度可以杀死那些令人讨厌的肠型细菌，还可 以还原下水道中的污泥残渣，这样就清洁了管道，使水畅通无阻。此外，洗涤剂中所含的助洗剂三 聚磷酸钠和焦磷酸钠是很好的化学肥料，它可以促进藻类等水生植物的生长。这叫水质的富营养化。然而，物极必反，水 生植物的疯狂生长会阻塞河道、湖汊，严重地影响水上交通，另外，大量水生植 物死亡时会消耗水中的氧气，还会释放出甲烷、硫化氢等有毒气体毒化水质，使 鱼类和其它水生动物无法生存。据英、美等国统计城市污水中磷有30%70%来源于洗涤剂。富营养化的结果使生机勃勃的水域变成死湖、阴沟o总之，随着人们生活水平的提高，各种新型的洗涤剂不断投入市场。这些产 品丰富了我们的生活，给我们带来了整洁、干净、舒适的环境。但与此同时，我 们必须对洗涤水造成的水质污染问题引起足够的重视，防患于未然。