洗涤剂
洗净过程中用于清洗而配制的化学品
洗涤剂(Detergent)是洗净过程中用于清洗而配制的化学品。具有去污能力,在水溶液中能降低水的表面张力,并发生润湿、乳化、分散和发泡等作用,从而可用以洗净皮肤、纤维、金属等表面上所附着的污垢。
洗涤剂主要分为天然洗涤剂和合成洗涤剂两大类。其中肥皂为天然洗涤剂的主要种类,主要成分为高级脂肪酸盐。由于其原料是天然油脂,属于可再生资源。因此,肥皂使用后随水排出,很快就可被微生物分解。合成洗涤剂是指以去污为目的而设计配制的产品,主要是由表面活性剂和各种辅助剂按照一定比例配置而成的。肥皂和合成洗涤剂都是通过润湿、吸附性、渗透、乳化、增溶等作用去除污垢的。
洗涤剂在日常生活中主要用于织物、厨房、居室、盥洗室、个人清洁护理等方面;工业领域主要用于纺织印染行业中原料、织物等的清洗,以及车辆、电机、仪器等的清洗;此外,洗涤剂还可用于生物医学方面,如酶洗涤剂、含有抗菌物质的洗涤剂等可用来清洗消化道内镜,以去除人体分泌的某些生物物质。洗涤剂不仅对环境有影响,对人体也会产生一定危害。由于洗涤剂难以被微生物降解,导致洗涤剂在自然界中蓄积数量急剧上升,不仅污染了环境,而且也能破坏自然界的生态平衡。家庭用洗涤剂,如洗发液、沐浴液、餐具洗净液、洗衣粉等,在一定的限量下使用是安全的。工业用洗涤剂可以分解成亚硝胺,可能引发肿瘤。同时,洗涤剂也可能损伤皮肤以及刺激眼黏膜。
相关历史
早期发展
根据历史资料记载,至少是在2500年以前,人类就已经懂得用草木灰和碱石进行洗涤了,这类物质就是“原始洗涤剂”。
洗涤剂的发展历史是从肥皂开始的。肥皂是人类创造出来的最古老的化学制品之一。从公元前2500年人类文化发源地之一的美索不达美亚平原挖掘出的古迹中发现,当时人们已使用类似肥皂的物质清洗羊毛和衣物。公元前600年,腓尼基人把山羊脂和草木灰混在一起造就了最原始的肥皂。腓尼基人发现了表面活性剂的优越性能,表面活性剂能削弱水的表面张力,使水能更好地渗入织物,分解污垢并让它漂流到表面,直到最终被洗刷掉。在古罗马时代,祭坛上奉献的生兽肉烧烤时,肉中的脂肪滴落到下面灼热的草木灰中形成了肥皂,被当时的人认为是“有魔法的土”,并被用于洗涤。在古罗马的博物志中记载着用油脂、草木灰和生石灰混合制成肥皂的方法,并特别指出用羊油和山毛榉树的灰制成的肥皂质量最好,还记载着加入食盐可以得到较硬的肥皂,适合洗头发和用于美容。
中原地区古代有也很多种洗涤用品。如先秦至秦汉时使用的洗涤剂主要有:淘米水、灰水(草木灰的水浸液)。其中灰水是中国古代使用最久的一种洗涤剂。根据《史记·外戚世家》记载,刘恒的皇后太穆皇后年幼时,因家境贫寒,曾向人家乞讨米潘(淘米水)为弟弟洗头;《考工记》曾提到,丝织品在染色之前必须“以水沤其丝”,这里的水就是草木灰的水浸液。《考工记》还记载了:“练帛,以栏为灰,渥淳其帛,实诸泽器,淫之以蜃。”这里的蜃,指的是贝壳灰,它与栏木灰作用可以生成氢氧化钾,可用它的水溶液洗涤丝织品。魏晋隋唐时期出现的洗涤剂主要有皂角和澡豆。后来改进了澡豆的制作工艺,生产出了“胰子”,其化学组成上和香皂极为相似。此外,中国古代曾用的洗涤剂还有碱和茶粕(俗称“茶籽饼”)。
中世纪地中海沿岸许多城市已小规模生产肥皂。16世纪,马赛成为制皂业中心,虽然制造肥皂的原料之一脂肪很丰富,但是由于纯净状态的纯碱很难找到,所以肥皂的生产受到限制。1791年,以食盐为原料制备碳酸钠的路布兰制碱法发明后,碳酸钠的产量和供应量大大提高;用电解食盐水生成氢氧化钠之后,使大量生产价廉质硬的十八酸钠(肥皂)成为可能,进一步推动了肥皂的生产。
另一种常被作为洗涤剂使用的是天然矿物碳酸钠,又叫纯碱,在降雨量稀少的干旱地区或沙漠边缘地区的湖泊中含有这种天然矿物,但产量不多。1791年,法国人发明以食盐为原料的制碱法,碳酸钠产量有了迅速提高,它才被广泛用作洗涤剂。
后续发展
合成洗涤剂是20世纪随着化学工业特别是石油化学工业的发展而发展起来的。最早生产的拉开粉Bx(二丁基磺酸钠)不适合作洗涤剂,只可作纤维渗透剂、润湿剂;又如土耳其红油(太古油)是用蓖麻油以硫酸处理,再用碱中和制得一种水溶性油状物,由于它可以用作一种叫土耳其红的染料的媒染剂而得名。后来人们用硫酸处理其它各种油,如椰子油牛油也得到它们的硫酸酯盐。这些硫酸酯盐的渗透、润湿能力强,但清洗力不如肥皂,只适合作纤维油剂。
第一次世界大战以前,洗涤剂的生产主要是以煤和油脂为原料的。大战后开发的洗涤剂主要是高级脂肪醇的硫酸酯盐,这类表面活性剂耐酸、耐碱、耐硬水、海水的性能好,清洗力强,适合作洗涤剂用。但由于以天然油脂为原料,产品价格高。在二次大战前后逐渐转向以石油产品为基础,由于石油产品原料丰富,价格低廉,首先开发出了烷基苯磺酸钠这种价低而清洗性能优良的合成洗涤剂。接着开发出α-烯烃硫酸酯盐、高级醇硫酸酯盐烷基磺酸盐阴离子合成洗涤剂以及高碳醇聚氧乙烯醚烷基酚聚氧乙烯醚等非离子合成洗涤剂品种。
德国汉高在1907年以硼酸盐硅酸盐为主要原料,首次发明了粉状洗涤剂(合成洗衣粉)。1950年以后,人们又找到了合适的助剂三聚磷酸钠,大大提高了合成洗涤剂也就是洗衣粉的去污能力,从此以后洗衣粉得到了长足的发展。洗衣液是20世纪80年代才出现的新一代织物洗涤产品。
分类
洗涤剂有天然洗涤剂和合成洗涤剂两大类。按照去除污垢的类型,又可分为重垢型洗涤剂和轻垢型洗涤剂;按照产品的外形可分为粉状、块状、膏状、浆状和液体等多种形态,通常可分为肥皂、合成洗衣粉、液体洗涤剂、固体状洗涤剂及膏状洗涤剂几大类。
天然洗涤剂
肥皂为天然洗涤剂的主要种类。它所用的原料是天然油脂,属于可再生资源,肥皂使用后随水排出,并很快就可被微生物分解。它包括洗衣皂、香皂、金属皂、液体皂等,用途很广,除了可用来洗衣服之外,还广泛地用于纺织工业。通常以高级脂肪酸钠盐用得最多,一般叫作硬肥皂;其钾盐叫作软肥皂,多用于洗发、刮脸等;其铵盐则常用来做雪花膏。肥皂还可用来除味,如要预防抽屉、壁柜、衣箱里有霉气味,可在其中放一块肥皂。
合成洗涤剂
合成洗涤剂是指以去污为目的而设计配制的产品,其主要原料是通过化学合成而得到的,因此人们为了区别于天然洗涤剂,把由人工合成的洗涤用品统称为合成洗涤剂。这类洗涤剂属于表面活性剂,洗衣粉、洗发膏便属此类。
按化学性质分类
合成洗涤剂按活性物不同可分成为阴离子洗涤剂、阳离子洗涤剂、非离子洗涤剂和两性离子洗涤剂四类。
阴离子洗涤剂是一种碱性物质,属碱性表面活性剂,是最大的一类洗涤剂,主要有烷基芳基磺酸盐、烯基硫酸盐和磺酸盐、单甘油酯硫酸盐、醚硫酸盐、磺基丁二酸酯等种类。其中烷基芳基磺酸盐类洗涤剂在洗涤剂中约占40%。这些洗剂适合于清洗棉、麻、化纤织物,它们也能洗丝、毛类织物,但洗时有轻微损伤。阴离子洗涤剂洗涤效果好,洗涤时温度也可高一些,被洗织物洗涤后较柔软。在阴离子洗剂中加一些Caspase-3,洗涤效果可以显著提高,特别对奶渍、血渍、汗液、果汁渍去除效果更好。
阳离子洗涤剂是酸性表面活性剂,去污力较差,它主要的用途是作杀菌剂,织物软化剂和专用乳化剂。阳离子洗涤剂几乎全是胺基化合物,最有效的是上附有一长碳链的第七代季铵盐,或季吡啶的盐类,例如十六基三甲基氯化物等。其适合清洗羊毛、丝一类蛋白纤维,对蛋白纤维损伤比较小。由于阳离子洗涤剂呈酸性,对棉花、麻、粘胶等类纤维损伤很大,故这类纤维的织物不能用。
非离子洗涤剂呈中性,大部分是环氧乙烷和硫水物的缩合产物。这种硫水物都是分子量较高的物质,有一活性氢离子。非离子活性物有长链脂肪醇的缩合产物、脂肪酸缩合物、环氧乙烷和胺的缩合物等。从理论上讲,非离子洗涤剂对织物损伤最小,但洗涤效果不理想,应用也较少。
两性化合物作洗涤剂,它兼有季铵和阴离子两种基团,阴离子可以是羧基磺酸盐,也可以是羧基硫酸盐,因此两性化合物兼有阴离子洗涤剂和阳离子织物软化剂的性质。但由于其结构复杂,其生产技术往往有专利保护,一般洗涤剂不易生产。
按物理形状分类
合成洗涤剂按物理性状可分为块状洗涤剂、粉状洗涤剂、膏状洗涤剂和液体洗涤剂等。例如,洗衣净是以松香皂滑石石蜡等制成的块状洗涤剂。它与肥皂不同,可以耐硬水,也不会因水解产生碱性,可以代香皂使用。洗衣粉为粉状洗涤剂,适合于洗涤棉、麻和化纤织物,具有去污力强、溶解或分散性能好和使用方便等特点。洗涤膏为膏状洗涤剂,去污力大于一般洗衣粉指标,故可用于纤维、金属、瓷器等表面上所附着的污秽、油垢。液体洗涤剂由表面活性剂、助剂和水等配制而成,有洗衣液、洗洁精、香波等,具有去污力强,使用方便,能以任意比例溶于冷热水等特点,用以洗涤衣物及餐具等。
按使用目的分类
合成洗涤剂按使用目的可分为衣用洗涤剂、发用洗涤剂、皮肤用洗涤剂、厨房用洗涤剂等。
按污垢洗涤难易分类
合成洗涤剂按污垢洗涤难易可分为重垢型洗涤剂和轻垢型洗涤剂。重垢型洗涤剂是指产品中含有大量的多种助剂,其作用是去除难以脱落的污垢,如无机盐助洗剂、肥皂粉、固体磨擦剂等。轻垢型洗涤剂是指产品中所含助剂很少或不含助剂,去除容易脱落的污垢,如洗涤丝、毛等精细织物的洗涤剂,以及洗涤蔬菜、水果等的洗涤剂。
组成成分
肥皂是脂肪酸金属盐的总称,主要成分为高级脂肪酸盐,其通式为RCOOM,式中RCOO-为硬脂酸根,M为金属离子。常用肥皂中的高级脂肪酸碳数一般为10~18,金属离子主要是钠或钾等碱金属离子。其辅助原料主要有助洗剂、着色剂、香料、防腐剂、抗氧化剂、发泡剂、硬化剂、黏稠剂、界面活性剂等。也有用氨及某些有机碱如乙醇胺、三乙醇胺等制成特殊用途(作为水包油型乳化剂)肥皂。
合成洗涤剂主要是由表面活性剂和各种辅助剂按照一定比例配置而成的。表面活性剂在洗涤剂中称为活性物,是洗涤剂中起去污作用的主要成分,主要作用是降低水的表面张力、改善织物的湿润性能、脱除纤维表面的油渍和污物,并使其分散在洗涤液中。它的分子结构中含有亲水基团和亲油基团,很少量的表面活性剂能显著降低溶剂的表面张力,改变体系界面状态,从而产生润湿或反润湿、乳化或破乳化、起泡或消泡、增溶等一系列作用。
辅助剂是指在去污过程中能增强洗涤剂去污能力的辅助原料。它可以使洗涤性能得到明显改善并减少表面活性剂的使用量,是洗涤剂的重要组成部分。在合成洗涤剂配方中,表面活性剂和助洗剂的种类及含量因洗涤剂的用途不同以及污垢、织物性质的差异而有所变化。
在合成洗涤剂中表面活性剂约占10%~30%,助洗剂约占30%~80%。合成洗涤剂主要包括洗衣粉和液体洗涤剂。洗衣粉主要是在直链烷基苯磺酸钠、烷基苯磺酸钠中加入大量无机化合物助剂,如三聚磷酸钠硅酸钠碳酸钠硫酸钠等,通过喷雾制成蓬松干燥的粉末,然后混合添加洗涤助剂等装袋使用。
去污原理
肥皂
肥皂有一个长的直链烃基和一个羧基阴离子。烃基是非极性基团,羧基是极性基团。非极性的烃基不溶于水而溶于弱极性或非极性有机溶剂,因此被称为疏水基团。极性的羧基负离子能溶于水,因此被称为亲水基团。当肥皂溶于水后,排列在水表面的肥皂(十八酸钠)分子的亲水部分插入水中,而疏水部分被排斥在水的外面,这样使一些水分子被肥皂分子隔开,削弱了水表面的水分子之间的引力,即降低了水的表面张力,所以把肥皂这一类物质称为表面活性剂。在水中的肥皂分子遇到油脂,疏水(亲油)的烃基就进入油内,亲水的羧基则伸在油外的水中,经机械搅拌或搓洗,可把油脂分散为细小的油滴。这种油滴的表面都排列着一层肥皂分子,这就降低了油的界面张力,同时每个油滴表面带有相同的电荷,相互排斥,并吸附一层水膜,所以不会相互结合,形成了稳定的乳浊液。当沾有油污的积物浸入肥皂水中时,肥皂的烃基就进入了油污内,羧基伸在水中,经搓洗就可以把油污分散成稳定的油滴,随水成乳浊液漂洗而去。同时织物上也吸附了一层肥皂分子,使油滴不再能沉积到织物土,所以肥皂有去污作用。
合成洗涤剂
洗涤剂要具备良好的润湿性、吸附性、机械性、渗透性、乳化性、分散性、增溶性及发泡与消泡等性能。在洗涤过程中,洗涤剂溶液首先将污垢及被洗物的表面润湿,并向其孔隙内部渗透。在洗涤时的机械力(如揉搓、刷洗搅拌、加压喷淋、超声波振动等)的作用下,表面活性剂通过界面吸附乳化、分散、增溶等过程,将污垢分散成亲水性粒子,从被洗物的表面脱离出来。
应用领域
日常生活领域
日常生活中,洗涤剂用量大,占合成洗涤剂总量的80%以上,主要用于织物、厨房、居室、盥洗室、个人清洁护理等方面。其中用于织物的有洗衣粉、洗衣液、柔顺剂、过氧化钠、衣领净等;用于厨房的有餐具洗洁精、果蔬洗洁精、油烟机清洗剂、洗碗机用清洁剂、水垢去除剂等;用于居室的有家具与地板清洁上光剂、玻璃清洁剂、地毯清洁剂;用于盥洗室的有卫生洁具清洁剂如洁厕剂、浴室清洁剂、下水道疏通剂、异味去除剂;个人清洁护理方面有香波、沐浴露、洗手液、洗面奶、口腔清洁用品等。
工业领域
工业用洗涤剂主要用于纺织印染行业中原料、织物等清洗,以及金属表面油物、涂料的清洗等。此外,工业洗涤剂还包括食品工业用洗涤剂,车辆用洗涤剂,印刷工业用洗涤剂,机械、电机用洗涤剂,电子仪器、精密仪器、光学器材用洗涤剂,锅炉垢清除剂以及其他洗涤剂(如建筑物、家用机械、集装箱、放射线沾污等不同工业领域专用洗涤剂)。
生物医学领域
在生物医学方面,酶洗涤剂可通过清洁刷和冲洗来加强去除生物物质。由于人体内分泌的物质多种多样,消化道内镜及附件所接触的人体分泌物主要为有机化合物,如蛋白质、脂肪、糖类纤维素等。酶洗涤剂经过表面活性剂增溶后,能有效地松动黏附在内镜附件上的有机物和无机化合物残骸,并使物质分子链断裂,以便水流冲洗将它们有效去除。
采用不同的洗涤剂对内镜进行清洗时,由于其所含的化学去污成分不一样,它的起效时间也有所不同。如果条件容许,在初洗时可采用含酶洗涤剂对内镜进行各种有机物的去除,然后在终末清洗时采用特殊的含有抗菌物质的洗涤剂进行最后的清洗。但是在选择内镜洗涤剂时,根据《内镜消毒国际规范》要求:不建议使用含醛类的洗涤剂,因它可以使蛋白质变性与凝固;也不建议使用含胺类化合物和糖蛋白的洗涤剂,因它可以与戊二醛发生反应,导致着色。
危害
环境影响
洗涤剂是人工合成的有机高分子化合物聚合物,在世界范围内已广泛使用,产量逐年增多。由于洗涤剂难以被微生物降解,导致洗涤剂在自然界中蓄积数量急剧上升,不仅污染了环境,而且也能破坏自然界的生态平衡。因此,洗涤剂是最引人注目的环境污染的公害之一。
洗涤剂引起的环境问题并不是由于改善水的润湿性的表面活性剂,而是由于加入了洗涤剂助剂。大多数洗涤剂仍含有聚磷酸盐,它与钙离子络合起到洗涤剂助剂的作用。洗涤剂的其他组分包括防腐性的硅酸钠酰胺泡沫稳定剂,固体悬浮剂羧基甲基纤维素,稀释剂Na2SO4和其他吸附水的成分,所有这些物质中聚磷酸盐是最引人关注的环境污染物。磷酸盐洗涤剂被认为是水中磷酸盐的主要来源,是天然水体中最易控制的必需的藻类营养物。助洗剂磷酸盐能与水体中的氮素联合作用,引起水质富营养化,严重时可使鱼类大批死亡。从洗涤剂中去除磷酸盐已成为改善环境的主要目标。
人体危害
洗涤剂已经成为人们生活中不可缺少的日用化学品,只要合理适度使用,通常是安全的。洗涤剂的毒性一般都很低,家庭用洗涤剂,如洗发液、沐浴液、餐具洗净液、洗衣粉等,在一定的限量下使用是安全的。家庭用的清洗剂中主要配有表面活性剂,为了加强洗涤作用,只加入了少量的碱盐氧化剂和其他助洗剂,对人体的危害较小。
但工业用洗涤剂和家庭用洗涤剂有很大的不同。工业用清洗剂要求作用快、去污强度大,往往使用强酸、强碱强氧化剂和生物化学物质等,这些洗涤剂如果未清洗干净,就会引起中毒事故。长时间接触洗涤剂的洗碗工也有可能受洗涤剂的影响,导致健康状况下降。工业清洗剂中常添加亚硝酸钠三乙醇胺等以提高洗涤力度,还能除锈,保持光洁度,但是它们可以分解成亚硝胺,亚硝胺能引发肿瘤。
使用清洗剂去除污垢的操作,有许多是手工进行的,在这个过程中,洗涤剂会对人体的皮肤造成不同程度的损伤。洗涤剂对眼黏膜的刺激作用也是非常大的。当洗涤剂溅入眼睛时,它的碱性物质会和眼睛的蛋白质等发生反应而影响视力。无论何种洗涤剂,都会对眼睛产生不同程度的损害,特别是重垢型洗涤剂,造成的损伤更大。
参考资料
洗涤剂.中国大百科全书.2024-06-18
目录
概述
相关历史
早期发展
后续发展
分类
天然洗涤剂
合成洗涤剂
按化学性质分类
按物理形状分类
按使用目的分类
按污垢洗涤难易分类
组成成分
去污原理
肥皂
合成洗涤剂
应用领域
日常生活领域
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危害
环境影响
人体危害
参考资料