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公司动态


洗洁精与表面活性剂

1.   引言

随着化学工业的的发展,人们的生活水平不断提高,但是在生活得到了极大的改善同时也造成了严重的环境问题,甚至影响人类自身的健康与安全。随着人们对于健康的要求逐渐提高,生活中无处不在的化学制品的安全性则引起了广大人民的关注。而洗洁剂作为一种在生活及工业上大量使用的化学品其安全性更是引起了人民的高度重视。


化学制品的安全性曾一度陷入到信任危机中,造成这种局面的的原因,一方面是洗涤剂的生产高度依赖传统原料,而另一方面则是公众对化学生产缺乏相关的专业知识。


基于此背景,我们基于绿色化学的核心—“从源头减少和消除对环境的污染”,对洗涤剂的配方进行了设计以及开发。在这款洗涤剂中,我们使用了环境友好型的表面活性剂以及对水中微生物有抑制作用的相关化学试剂。

2.洗涤剂的发展现状

人类自从进入文明社会以来,洗涤活动便一直是人类生活不可或缺的一部分。大约5000年前,人类就采集植物皂角和草木灰中的碱性物质等自然界中有利于洗涤的物质进行洗涤活动。三百年后,人类便制造出了表面活性剂。一百多年前,肥皂就被人类创造了出来,自此之后由油脂、碱、盐、香料、色素制成的肥皂也就成为了传统的洗涤剂。首个人工合成的洗涤剂烷基萘磺酸盐出现在第一次世界大战期间,其于1917年由德国的巴斯夫公司开发,并于1925年正式投入生产。合成洗涤剂的推广则是1935年到1939年间烷基苯磺酸钠和四聚丙烯烷基苯被发现并正式投入生产以后。


我国的洗涤产业开始的则相对较早,起始于1906年由宋则久建立的天津皂胰公司。而我国的合成洗涤剂的研制则开始于1957年。由于合成洗涤制品的性能优越,其被人类投入大量精力研制,发展速度非常的迅速。现今合成洗涤剂已成为洗涤用品中的主导产品,无论是种类还是数量上,合成洗涤制品都远远超过肥皂。改革开放以来,我国的经济结构不断调整,轻工业在国民经济中的占比越来越大。与人类生活息息相关的日化行业的产品结构也随着国人消费意识的日益变化而不断完善,21世纪的中国日化行业的发展空间也是巨大的。


3.   洗涤剂的有效成分及作用机理

3.1 洗涤原理

通常意义上的洗涤是指从载体表面去除污垢的过程。在洗涤时,通过洗涤剂的作用以减弱或消除污垢与载体之间的相互作用,使污垢和载体的结合转变为污垢与洗涤剂的结合,最终通过清洗等方法使污垢与载体脱离。洗涤作用的基本过程可用下面的简单关系表示:

载体·污垢 + 洗涤剂

载体 + 污垢·洗涤剂

污垢在物体上的黏附有物理性黏附与化学性黏附两种,物理性黏附又分为机械性黏附和静电黏附两种。


化学黏附主要指通过化学键实现的黏附作用,例如纤维物品上黏附的蛋白质、和铁锈就是化学黏附。这类黏附由于化学作用力一般都比较强,所以污垢与基质结合的较为牢固,非常难以去除,需要通过特殊方法进行处理。


通过物理黏附的的污垢与基质的作用力比较弱,相对于化学黏附来讲,去除比较简单。机械力粘附的污垢易去除,只有当污垢的质点较小(<0.1 um)时才难去除。静电力粘附表现在带电的污垢粒子在异性电荷上的作用,这种作用力比机械力要强,因而污垢的去除相对困难。

去除污垢的洗涤的过程一般认为有以下几种:


A.吸附,洗涤剂中的表面活性剂在污垢及载体的界面发生定向吸附

B.润湿与渗透,由于表面活性剂的界面定向吸附,洗涤剂可渗透到污垢和载体之间,是洗涤剂润湿载体,降低污垢与载体的附着力

C.污垢的分散于稳定,从载体表面脱落的污垢被分散、被乳化或被增溶在洗涤剂溶液中,保证脱落的污垢不在附着于洗净的表面主体。


3.1.1  污垢的种类

污垢是指黏附在载体上的油脂类物体以及油脂类物体的粘附物,其成分非常的复杂,但是根据形态的不同大致可以分为固体污垢、液体污垢以及特殊污垢。


最常见的固体污垢有铁锈、灰尘、炭黑颗粒等,这些物体表面一般都带有负电荷,因此非常容易吸附在基质上。一般的固体颗粒类污垢都是难溶于水的物质,但是它们却很容易在加了洗涤剂的水溶液中被分散,质点越大的固体颗粒越易于被去除。常见的液体污垢大都是油溶性的,它们大都能与碱液发生皂化作用,这也是为什么洗涤剂多呈碱性。特殊的污垢主要是血渍、植物汁液、人体分泌物等难以被去除的物质,这一类的污垢主要靠漂白剂来去除,因为漂白剂的强氧化性可以破坏其生色基团。


3.2 洗涤剂中的有效成分

在洗涤剂中其主要作用的是表面活性剂,也称为表面活性物质。它们在水中能迅速溶解,并能显示出良好的去污、发泡、增溶乳化、润湿、分散等性能。


3.2.1  表面活性剂及其前世今生

实验发现,在水中加入一些物质时,可使水的表面张力发生改变,加入的物质不同,对水的表面张力的影响不同。


就降低表面张力这一性质而言,我们把能够使溶剂的表面张力降低的性质称之为表面活性,具有表面活性的物质则称之为表面活性物质。我们把加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质,称为表面活性剂。


表面活性剂是这样一种物质,在溶剂中加入很少量既能显著降低其表面张力,改变体系界面状态,从而产生润湿或反润湿、乳化或破乳、分散或凝聚、起泡或消泡、增溶、保湿、杀菌、柔软、拒水、抗静电、防腐蚀等一系列作用,以满足实际需要。


皂基表面活性剂最早发现在公元前2500年左右的古埃及,古埃及人使用羊油及草木灰的混合物制造清洗用品,到了公元70年左右由罗马帝国的普林尼制造出第一块羊油皂。直到1971年,法国化学家卢步兰发现了利用电解氯化钠法制取烧碱的方法后,肥皂才普及开来2。

表面活性剂发展的第二个时期的产物是土耳其红油(Turkey Red Oil)又叫太古油,是由蓖麻和浓硫酸在较低的温度下反应,再由氢氧化钠中和而成,土耳其红油的乳化性、渗透性、润湿性、扩散性都非常优秀,并且其在耐硬水、耐酸、耐金属盐、等方面的性能都比肥皂要好。


3.2.2  表面活性的结构

表面活性剂的独特性质源于其特殊的分子结构。表面活性剂一般是线形分子,其分子同时含有亲水性极性基团和亲油性的非极性疏水基团。


疏水基可以有有许多不同的结构,如直连、支链、环状等,常见的是碳氢链,可以是烷烃、烯烃、环烷烃、芳香烃,碳原子数大都在8到20范围内。其他疏水基还有脂肪醇、烷基酚、含氟或硅以及其他元素的原子团等。

亲水性基团则有阴离子型、阳离子型、;两性离子型、非离子型等种类。其中离子型的能够在水中电解从而带电荷,非离子型的不能在水中电离,但是却具有极性和水溶性。


3.2.3  常见有害表面活性

表面活性剂在人类的生活中大量应用,但不可否认的是其仍是一种化学制品。有很多表面活性剂的原料都具有一定的毒性与污染性。不可避免的,其会对于环境造成危害,接触到人体的话也会对人的皮肤造成一定的刺激,有些甚至带有较强的毒性和腐蚀性,会对人体造成很大的损伤,以下是对于几种常见的有害的表面活性剂的介绍:


A.      APEO:APEO是常见的非离子表面活性剂中的一种,它是由烷基部分和乙氧基部分组成,随着前者碳链的长度不同与后者加成数量不同,APEO会有许多不一样的存在形式,而且不同形式的性能的差异也很大。APEO合成中,其主产物并没有致癌性,但其副产物却会对皮肤和眼睛造成一定的腐蚀性,严重的甚至能致癌。虽然并不直接对生物造成危害,但是APEO却有环境激素问题。化学物质通过各种方式进入人体,并且在人体内发挥类似雌性激素的作用,扰乱人体的正常的激素分泌,从而使得男性产生的精子量减少。不只是对人类有危害,据报道称其合成原料NPEO对鱼类也有较大的危害3。


B.      PFOS:PFOS的全称是全氟辛烷磺酰基化合物,PFOS是一类全氟表面活性剂的统称,它具有环境放大效应,由于PFOS的特殊的理化性质,它相当的难以降解,被认为是最难降解的物质之一。它通过食物链进入动物及人体后大量积累从而对生物的健康造成较大的影响。


C.      LAS:LAS能对环境造成较大的危害,它是一种重要有机污染物,因为它能改变土地的理化性质,例如它会改变土壤的PH值和含水量。使植物难以生长。除此之外在进入水体后,LAS还能与其他污染物结合成分散胶体颗粒,并且其对高等生物的幼体以及低等生物表现出毒性。


D.      氟碳表面活性剂:PFOA和PFOS是传统的氟碳表面活性剂的主要两种。但是有相关研究称这类化合物的毒性较高。其能对环境造成持续的污染,并能在生物体内大量积累。因此被联合国与2009年列为持久性有机污染物(POSs)。


4.  一些绿色环保型以及新型表面活性剂

A.      氨基酸型表面活性剂:氨基酸类表面活性剂的主要原料为生物质,其来源广泛。并且氨基酸类表面活性剂具有毒副作用比较小,性能比较温和,对生物的刺激性小,生物降解性能好等优点。氨基酸类表面活性剂同样可以按照在水中电离后亲水基的电荷性质分为阳离子型、阴离子型、非离子型、两性型四种。常见的氨基酸类表面活性剂有N-烷基氨基酸型、氨基酸酯型、N-酰基氨基酸型。


B.      凤梨酵素表面活性剂:凤梨酵素表面活性剂是利用油茶籽榨油后剩下的茶粕和油饼、凤梨皮加入酵母粉果胶酶以及其他菌类发酵制成,其有效成分的分子结构虽然尚不明确,但是实验数据表明,其具有良好的洗涤性能。


C.      SAA:SAA是棕榈油衍生物,SAA作为可再生植物原料的生产物,其收到了广泛的关注,不仅其生产过程绿色环保,而且在含有较多钙镁离子的硬水中析出钙盐的速度较常用的表面活性剂(LAS、AS)等要慢很多,也就是说,在实际应用中,其洗净能力也较优秀。


5.  对洗涤剂未来的展望

纵观全球的洗涤产品的市场,尽管不同的国家的发展重点不同,发展趋势也不同,但是洗涤产品的大致研究方向是一样的。洗涤产品的浓缩化8、液体化已经成为了主流,而节水、安全、节能、安全、专业、环保、多功能等更是成为了洗涤产品发展的热门方向。而洗涤剂的原料—表面活性剂,更是向着温和型、复配型、环保型发展,其中,拥有高效、专一、环保等优点酶制剂则更是洗涤剂发展的热点。总体说来,洗涤行业的发展趋势主要有以下几种:


1.洗涤制品的多样化、专业化、产品的细分化。洗涤产品的根据状态分为固态、粉状、液态以及凝胶状。根据有效成分的含量又可分为浓缩型和普通型。也可以根据包装的不同、颜色的不同以及香味的不同分为多种不同形式。


2.液体的洗涤产品会成为最有发展潜力的一种。因为同固体的洗涤产品相比,液体的洗涤产品的低温洗涤效果更好,配方也更为灵活,制造工艺更为简单,同时生产液体洗涤产品所需要的设备投资更少,更加的节省能源。


3.洗涤产品会逐渐趋于浓缩化,自2009年以来,洗涤剂浓缩化产品便逐渐的形成了三大类——浓缩洗衣粉、浓缩洗衣凝珠、浓缩洗衣液8。浓缩化的洗涤产品与传统的产品相比具有具有显著的优点——活性物含量高、去污能力强、节约能源。由于是经过浓缩的产品,因此其还具有节省包装材料、运输成本低、仓储空间需求较小等优点。


4.人体安全化。如前文所述,随着生活水平的提高人们对洗涤产品好坏的评价标准不再是是否能够将污渍清洗干净,洗涤剂是否对人体安全无毒、温和不刺激也成为了人们选择洗涤剂的重要参考条件。


5.产品环保化。由含磷洗涤剂引起的富营养化问题、漂白剂引起的负环境效应引起了人们的普遍关注,应绿色化学的要求,洗涤剂的原料选择逐渐趋于环境友好型、温和型。


6. 多功能化。多功能化是社会各种产品发展的趋势,一物多用成了人们生活各种物品的普遍现象,因此未来洗涤剂在去污的同时也会兼有杀菌、消毒、漂白等作用。



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