表面活性剂去污效果的研究Word格式.docx
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4.2危害14
第五章表面活性剂与洗涤剂的发展16
5.1国内外的发展16
5.1.1国外洗涤剂用表面活性剂的发展与世界潮流16
5.1.2国内洗涤剂用表面活性剂现状与发展趋势16
5.2洗涤剂用表面活性剂发展动向17
5.3新型表面活性剂的开发与应用17
第六章结论18
参考文献19
致谢20
摘要
对于表面活性剂，在不同的类型，不同浓度，不同温度下，它们所产生的效果也各不同。
我们对不同的表面活性剂，进行了不同的条件下的去污实验。
测定了它们的去污值，并且进行了去污效果的对比，找出了不同表面活性剂的最佳配方，以及不同温度下的最佳浓度。
实验中还选用了市售的洗涤剂进行测定，为新产品的开发提供了确实可信的参考数据。
另外，表面活性剂对人体的危害，也加深了我们对新型表面活性剂的研究和开发，新型高效的、可再生的优质表面活性剂的开发越来越受到重视。
特别是无磷、无毒、环保型的绿色表面活性剂的开发更是大受人们的欢迎。
加强技术研发的脚步，从使用条件、环境影响、量小高效等各方面，研究出适宜环境的，高效的，对环境友好的新型洗涤剂。
关键词：
表面活性剂，去污实验，去污效果，开发，新型洗涤剂
Surfactantdetersiveeffect'
sresearch
Abstract
Forthesurfaceactiveagent,indifferenttypes,differentconcentrations,differenttemperatures,theeffectstheyproducearealsodifferent.UsOfdifferentsurfaceactiveagentwascarriedoutthedecontaminationexperimentsunderdifferentconditions.Measuringtheirdecontaminationvalue,Anddecontaminationeffectcontrast,tofinddifferentsurfactant'
sbestformulations,andtheoptimumtoprovideacrediblereferencedataforthedevelopmentofnewproducts.Inaddition,thesurfactantharmtothehumanbody,butalsodeepentheresearchanddevelopmenttofnewsurfactant,newandefficientqualityrenewablesurfactantsdevelopmentmoreandmoreattention.InparticularPhosphate-free,non-toxic,environmentallyfriendlydevelopmentofgreensurfactantsisgreatlypeoplewelcomed.Strengthenthefootstepsoftechnologyresearchanddevelopment,Conditionsofuse,EnvironmentalImpact,highquality,Developedsuitableenvironment,efficient,andenvironmentallyfriendlynewdetergents.
Keywords:
Surfactant,Decontaminationexperiment,Decontaminationeffect,Develop,newdetergents
第一章前言
表面活性剂（surfactant），是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。
表面活性剂的分子结构具有两亲性：
一端为亲水基团，另一端为憎水基团；
亲水基团常为极性的基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等；
而憎水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。
表面活性剂是由两种截然不同的粒子形成的分子，一种粒子具有极强的亲油性，另一种则具有极强的亲水性。
溶解于水中以后，表面活性剂能降低水的表面张力，并提高有机化合物的可溶性。
在许多行业配方中被用作性能添加剂，如个人和家庭护理，以及无数的工业应用中：
金属处理、工业清洗、石油开采、农药等。
去污性能是表面活性剂的基本应用特性之一．它不仅与其润湿作用、增溶作用、乳化分散作用密切相关，还是判定其表面活性效能的重要参数．开发去污效能优良的表面活性剂对纺织印染、金属加工等工业应用领域具有重要实用价值，尤其对各类民用洗涤剂制造和新产品开发具有重要意义。
日用化学洗涤剂正在逐步地成为当今社会人们离不开的生活必需品。
不管是在公共场所、豪华饭店，还是在每个家庭、大众小吃摊，我们部可以看到化学洗涤剂的踪迹。
每天的新闻媒介如广播、电视、报刊上也在大量地做着化学洗涤剂的广告。
在这些被包装得多彩多姿的化学洗涤剂的使用过程中，人们正在不知不觉地如同吸毒般地依赖着它。
在不能自拔地使用着化学洗涤剂的同时，化学污染便通过各种渠道对人类的健康进行着危害。
所以有些科学家们以对人类负责的精神，提出对化学洗涤剂进行再认识的问题。
第二章表面活性剂的种类及结构、性质
2.1种类
2.1.1阳离子表面活性剂：
季铵化合物
该类表面活性剂起作用的部分是阳离子，因此称为阳性皂。
其分子结构主要部分是一个五价氮原子，所以也称为季铵化合物。
其特点是水溶性大，在酸性与碱性溶液中较稳定，具有良好的表面活性作用和杀菌作用。
常用品种有苯扎氯铵（洁尔灭）和苯扎溴铵（新洁尔灭）等。
2.1.2阴离子表面活性剂：
硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠
阳离子表面活性剂，是其分子溶于水发生电离后，与亲油基相连的亲水基是带阳电荷的面活性剂。
亲油基一般是长碳链烃基。
亲水基绝大多数为含氮原子的阳离子，少数为含硫或磷原子的阳离子。
分子中的阴离子不具有表面活性，通常是单个原子或基团，如氯、溴、醋酸根离子等。
阳离子表面活性剂带有正电荷，与阴离子表面活性剂所带的电荷相反，两者配合使用一般会形成沉淀，丧失表面活性。
它能和非离子表面活性剂配合使用。
2.1.3两性离子表面活性剂：
卵磷脂，氨基酸型，甜菜碱型
两性表面活性剂是指同时具有两种离子性质的表面活性剂。
然而通常所说的两面型表面活性剂，系指由阴离子和阳离子所组成的表面活性剂，即在疏水基一端既能有阳离子，是二者结合在一起的表面活性剂，在不同pH值介质中可表现出阳离子或阴离子表面活性剂的性质。
2.1.4非离子表面活性剂：
脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦（司盘），聚山梨酯（吐温）
非离子表面活性剂溶于水时不发生解离，其分子中的亲油基团与离子型表面活性剂的亲油基团大致相同，其亲水基团主要是由具有一定数量的含氧基团（如羟基和聚氧乙烯链）构成。
2.2结构与性质
2.2.1结构
传统观念上认为，表面活性剂是一类即使在很低浓度时也能显著降低表（界）面张力的物质。
随着对表面活性剂研究的深入，目前一般认为只要在较低浓度下能显著改变表（界）面性质或与此相关、由此派生的性质的物质，都可以划归表面活性剂范畴。
无论何种表面活性剂，其分子结构均由两部分构成。
分子的一端为非极亲油的疏水基，有时也称为亲油基；
分子的另一端为极性亲水的亲水基，有时也称为疏油基或形象地称为亲水头。
两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，便又不是整体亲水或亲油的特性。
表面活性剂的这种特有结构通常称之为“双亲结构”（amphiphilicstructure），表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”。
根据所需要的性质和具体应用场合不同，有时要求表面活性剂具有不同的亲水亲油结构和相对密度。
通过变换亲水基或亲油基种类、所占份额及在分子结构中的位置，可以达到所需亲水亲油平衡的目的。
经过多年研究和生产，已派生出许多表面活性剂种类，每一种类又包含众多品种，给识别和挑选某个具体品种带来困难。
因此，必须对成千上万种表面活性剂作科学分类，才有利于进一步研究和生产新品种，并为筛选、应用表面活性剂提供便利[20]。
2.2.2性质
表面活性剂通过在气液两相界面吸附降低水的表面张力，也可以通过吸附在液体界面间来降低油水界面张力。
许多表面活性剂也能在本体溶液中聚集成为聚集体囊泡和胶束都是此类聚集体。
表面活性剂开始形成胶束的浓度叫做临界胶束浓度或CMC。
当胶束在水中形成，胶束的尾形成能够包裹油滴的核，而它们的（离子/极性）头能够形成一个外壳，保持与水接触。
表面活性剂在油中聚集，聚集体指的是反胶束。
在反胶束中，头在核，尾保持与油的充分接触。
表面活性剂通常分为四大类：
阴离子，阳离子，非离子和两性离子（双电子）。
表面活性剂系统的热动力学很重要，不论是理论上还是实践上。
因为表面活性剂系统代表的是介于有序和无序物质状态之间的系统。
表面活性剂溶液可能含有有序相（胶束）和无序相（自由表面活性剂分子和/或离子）。
胶束——表面活性剂分子的亲脂尾端聚于胶束内部，避免与极性的水分子接触；
分子的极性亲水头端则露于外部，与极性的水分子发生作用，并对胶束内部的憎水基团产生保护作用。
形成胶束的化合物一般为两亲分子，因此一般胶束除可溶于水等极性溶剂以外，还能以反胶束的形式溶于非极性溶剂中。
比如，常用的洗涤剂能够提高水在土壤中的渗透能力，但是效果仅仅持续数日（许多标准洗衣粉含有一定量的化学品，比如钠和溴,由于它们会破坏植物，不适于土壤）。
商业土壤润湿剂会持续起效果一段时间，最终还是会被微生物降解。
然而，有一些会对水生物的生物循环产生影响，因此必须小心防止这些产品流入地表径流，过量产品不应该洗消。
第三章表面活性剂去污能力测定实验
3.1实验主要材料
N一酰基二乙醇胺、N—十六烷基乙二胺二乙酸钠、α一磺基脂肪酸甲酯钠盐（MES）、淀粉基十二烷基多苷（APGs）、邻苯二甲酸单醇醚钠盐（PAES）、脂肪酶（Lip）、脂肪酸甲酯磺酸钠，以及某些市售洗涤剂。
3.2去污力测定[1,3]
按GB／T13174—91方法，先向去污瓶内分别倒人300mL配好的试样与标样洗涤剂溶液（用250×
10mol·
L硬水配制的质量分数为0.2%的溶液），在预热槽中预热到43℃，各放人一片测定过白度的染污圆布片，再将去污瓶装入转轴托架中，在45℃下转动1h，取出布片用自来水冲洗，按次序排放在搪瓷盘中，晾干后测白度，计算去污值R：
3.2.1N一酰基二乙醇胺[1]
1、6个化合特的去污效果比较
6个表面活性剂的去污值与多肽酰胺和市场上效果最好的某干洗精进行比较（表1）。
从表1可以看出，合成的化合物中，十二酰基二乙醇胺不但溶液无色透明，而且去污值明显高于多酞酰胺和市售某干洗精。
样品名称
去污值
颜色
十二酰基二乙醇胺
84.8
无色
十六酰基二乙醇胺
76.1
乳白
十八酰基二乙醇胺
63.1
十二酰基二乙醇胺的氧化物
56.2
红色
乙酰基二乙醇胺
11.4
丁酰基二乙醇胺
4.3
多肽酰胺
69.8
黄色
市售某干洗精
50.6
蒸馏水
8.1
表16个化合特的去污效果比较
2、不同浓度的去污值比较
表面活性剂浓度太低，去污效果差；
浓度过高，则造成不必要的浪费。
为了找到适合的浓度范围，我们做了不同浓度的十二酰基二己醇胺的去污值测定，并以市售某干洗精作为对照（表2）。
从表1可以看出十二酰基二乙醇胺的最佳使用浓度在0.08%～0.20%之间，而市售某干洗精的最佳使用浓度为0.40%～0.60%。
样品浓度（%）
去污值（%）
0.00
0.02
41.2
0.08
81.2
0.14
81.9
0.20
84.7
0.40
83.8
0.60
83.2
0.80
82.0
表2不同浓度的去污值比较
3、水的硬度对去污值的影响
水的硬度是影响表面活性剂去污B力的重要因素一般天然水的硬度为10～40，我们配制了0～50。
六种含0.2%的十二酰基=乙醇胺的硬水溶液，以市售某干洗精为对照，在相同的条件下进行了去污值的测定（表3）。
从表3可见：
水的硬度对十二酰基二乙醇胺和市售某干洗精都有明显影响，但我们合成的样品在硬水中的去污效果均明显好于市售某干洗精。
水硬度
（德度）
去污值/%
某干洗精
80.6
58.8
8.0
10
70.8
48.3
20
67.2
31.3
30
66.7
32.5
40
54.6
26.9
50
51.8
25.3
表3水的硬度对去污值的影响
3.2.2N—十六烷基乙二胺二乙酸钠[2]
按下述配方配制洗衣粉：
表面活性剂15份
STPP25份
碳酸钠3份
CMC1份
硫酸钠56份
按m（
）m（
）=32的比例配制250mg／L的硬水（以
含量计），在1000mL烧杯中加入500mL此硬水和1.0g洗衣粉，用框式搅拌器搅拌（转速110r／min～120r／min）。
洗衣粉溶解后加入直径6cm的棉污布和的良圆污布各一块，室温搅拌1h，取出布片，用自来水冲洗后晾干，重复3次。
测定原布、污布及洗后污布的反射率，分别取它们的平均值计算去污值。
在各条件完全相同的情况下，用产物和LAs所配制洗衣粉的有关测试数据（表4）表明，产物所配制的洗衣粉对棉污布和的良污布的去污能力较LAs好。
在相同测试条件下，产物的发泡能力远低于LAS，属于低泡表面活性剂[19]。
名称
R（的确良）
R（棉布）
发泡力/cm
PH
产物
45.5
36.5
4.0
10.2
LAS
42.9
30.8
16.8
10.1
表4配方洗衣粉去污值
3.2.3α一磺基脂肪酸甲酯钠盐（MES）[3]
α一磺基脂肪酸甲酯钠盐（MES），是采用天然椰子油、棕榈油等油脂原料经磺化、中和后得到的产品，是一种性能良好的表面活性剂，具有优异的钙皂分散能力、低刺激性和良好的生物降解性。
MES在pH3.5～9.0，温度80℃以下时水解极少。
由此，在应用MES时，将配方pH值控制在适当范围内，产品的储存稳定性问题就可得到妥善解决，而这一问题的解决意味着MES将具有更多的应用途径。
在水硬度较低（
）时，MES配方产品在去污力方面并无优势，只强于LAS；
但在高硬度水中（
），MES显示出强大的洗涤去污优势，去污力及钙皂分散能力均优于LAS、AOS及AES的配方产品。
由于pH值得到控制，抑制了MES水解生成二钠盐的速度，所以使产品具有优良的稳定性，储存半年后，钙皂分散能力仍优于其他产品。
因此可以说：
MES在粉状清洗剂中应用前景十分看好。
以下表5为MES的去污能力的对比：
阴离子表
面活性剂
去污力/%
钙皂分能力/%
半年后去
污能力/%
半年后钙皂
分散能力/%
MES
35.25
69.90
34.66
74.75
34.25
147.72
33.55
155.84
AOS
34.68
77.05
34.38
91.81
AES
35.08
79.35
34.45
93.65
表5α一磺基脂肪酸甲酯钠盐
3.2.4淀粉基十二烷基多苷（APGs）[4,18]
烷基多苷（APGs）是一类新型非离子表面活性剂，由天然可再生资源脂肪醇和葡萄糖、淀粉为原料合成，具有表面张力低、表面活性高、生物降解快而完全、配伍性能好、增效作用显著等优点。
烷基多苷对人体的皮肤几乎无刺激，在较低浓度下具有较好的清洗作用。
因此，烷基多苷完全适用于皮肤清洗的浴液和洗面奶中，表6为研究自制的淀粉烷基多苷在浴液中的配方。
其中，配方一～配方五为传统浴液配方。
组分号
组分
浓度/%
1
2
3
4
5
APG
0.70
6
-
AEO
0.75
25
CAB
硬脂酸甘油酯
水
余量
5.5
表6配方
按表6将溶液配好。
白布白度=87.40，洗前白度由白度仪测定，将污布经去污仪洗涤，晒干后测定洗后白度，白度的测定结果及去污值计算结果见表7。
配方一
配方二
配方三
配方四
配方五
标准粉
APGs
样品APG
17.74
18.69
16.71
13.15
20.74
16.53
16.77
16.76
18.04
18.46
16.85
19.96
21.19
17.34
16.44
17.12
平均值/%
17.89
18.58
16.78
16.56
20.97
16.93
15.34
15.86
去污比值
1.056
1.097
0.9907
0.9776
1.238
表7对比去污力
由表7中的去污比值可知，淀粉基APGs与样品烷基多苷的去污力相差不大，且与阴离子表面活性剂（AES）、两性表面活性剂（CAB）复配后会产生协同增效提高表面活性，改善应用性能。
其中，配方五的去污相对其他单体和配方具有更好的去污力，配方五的特点在于加人了硬脂酸甘油酯作为助表面活性剂，利用微乳相原理可解释加人助表面活性剂改善应用性能。
配方五即为“二合一”浴液，不但具有极好的清洗作用，同时具有护肤作用。
3.2.5邻苯二甲酸单醇醚钠盐（PAES）[5]
1、PAES不同浓度下的去污能力
表8记录了40℃时不同浓度PAES的水溶液的去污值．从表6可以看出：
PAES在很小的溶液浓度下就具有较高的去污能力．且随着溶液中PAES浓度的增大，去污性能显著增强；
当PAES溶液浓度达到0.20以上时，其去污指数在0.38以上，达到了常用同类表面活性剂的较高水平这表明PAES去污性能较佳的使用浓度应≥0.20%．当溶液浓度在0.50%以上，PAES可作为强力重垢洗涤剂活性成分。
40℃不同浓度PAES溶液的去污值
重量百分浓度/%
0.05
0.10
0.25
0.50
1.0
去污值R/%
32.7
38.5
39.5
57.2
64.3
表8PAES不同浓度下的去污能力
2、不同温度下PAES溶液的去污性能
表9记录了浓度为0.20的PAES水溶液在不同温度下的去污值．从表7可以看出，温度的变化对PAES去污性能会产生显著的影响．室温下的PAES去污性能一般，但随着体系温度的升高，去污性能显著增强；
在50℃以上，PAES的去污值可较室温提高40%以上，这一实验结果对指导应用具有重要意义。
导致这一结果的原因，一方面应归于温度的提高有助于PAES表面活性的发挥，另一方面与其高温下润湿渗透性的增强有直接关系。
浓度为0.20的PAES溶液在不同温度下的去污值
温度/℃
60
34.2
35.6
47.8
49.2
表9不同温度下PAES溶液的去污性能
3、与同类表面活性剂的去污性能比较
表10列出了PAES与月桂醇聚氧乙烯（3）醚硫酸（AES）、月桂酵聚氧乙烯（3）醚琥珀酸单酯磺酸钠（AESM两种同类表面活性剂在40℃，0.20%浓度下的去污性能测定对比结果．结果显示出PAESM与AES、AESM去污力基本相当。
均属中轻垢类洗涤剂活性原料，适于配制去污要求相对较弱的皮肤与毛发清洗剂、丝毛织物洗涤剂以及专用液体清洗剂等。
PAES与AES、AESM去污值对比
活性剂品种
PAES
AESM
39.0
37.0
表10与同类表面活性剂的去污性能比较
表面活性剂的应用理论表明：
表面活性剂去污作用与其临界胶束浓度（CMC）紧密相关。
在低于CMC的情况下，其去污作甩的发挥主要依靠表面活性剂的润湿渗透作用和乳化作用。
去污作用相对较弱；
而在CMC以上时，随着溶液中胶束的增多，表面活性剂的增溶作用和分散作用是去污作用充分发挥的重要原因。
对于PAES而言，其临界胶束浓度为0.10％～0.15％，本实验的测定结果正确体现了这一规律。
在PAES的CMC前后，其去污效能发生显著变化,且随着应用浓度的提高而不断增强。
与此同时，PAES的润湿作用在其CMC前后也相应发生突变：
其润湿时间从0.05%浓度下的209.3s提高到0.15%浓度下的25.5s。
润湿渗透作用的显著增强对PAES的去污作用的提高同样发挥了重要的协同作用。
3.2.6脂肪酶（Lip）[6,17]
脂肪酶由于能分解、脱除普遍存在的油脂污垢，是成了碱性蛋白酶外用量最大的洗涤剂用酶。
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