• 清洁剂的化学

    清洁剂的化学




    清洁剂的化学

    律晓鑫1,陈凯*1,张凤2

    1. 南京晓庄学院教师教育学院  江苏南京  211171

    2. 南京晓庄学院生物化工与环境工程学院学院 江苏南京  211171

    摘要:清洁剂是重要的日化用品,种类繁多,功能多样化。本文从化学角度出发,介绍几种常见的清洁剂的成分、清洁原理以及其对人体和环境的影响;同时介绍一些自制环保清洁剂的方法。

    关键词:清洁剂;化学;刺激性;环保

    从最原始的天然物质作为清洁之用,到如今市场上琳琅满目的合成清洁剂,清洁剂着实经历了漫长的功能拓展和演变过程。随着人们生活质量的提升,除了关注清洁效果之外,也越来越关注其对人体是否有刺激以及对环境的影响。

     清洁剂简介

    人类最早使用皂荚清洁衣物,在公元前2500年,肥皂用草木灰和动物脂肪共煮的方法被制造出来,它在当时作为一种高效的去污剂,可以从廉价、易得到的原料中制出,从而开创了清洁剂的新时代[1]。直到20世纪20年代,大多数人还是用肥皂进行洗涤,但是,肥皂也有某些缺点,例如使用后它会留下一层浮垢,在硬水中肥皂不产生大量的泡沫等,而且会使白色物质发黄。

    意想不到的是,在第一次世界大战期间,协约国的封锁造成了德国的油脂短缺。冈瑟和希策尔这两位为一家德国大化学公司工作的化学家,接受了寻找一种肥皂替代物的任务。1917年,他们最先制作出了合成清洁剂,给它取名为内卡尔。直到战争结束,内卡尔才被证明是一种可用的肥皂替代物,但效果不佳,而且在东西洗干净之前还需要大量揉搓。销售内卡尔的德国法尔本公司继续深入清洁剂的研究工作,同时英国尤尼利弗公司也投入了大量研究。到1929年,法尔本公司的化学家们在肥皂粉内加入发荧光的化学药品,这些药品将光线反射出一点蓝色,起到增白的效果。

    此后,各个国家用不同的方法来改进清洁剂的制造方法,终于发展成为我们现在常见的价格低廉、供应充足的固态、液态的用于各种各样用途的合成洗涤剂。

     清洁剂分类

    清洁剂在生活中的常见在于其分类的丰富多彩,几乎每个角落的污垢都可以用针对性的清洁剂来去除。清洁剂按照其功能可以分为(餐具)洗洁精、洗手液、洁厕剂、管道疏松剂、衣物清洁剂、皮肤清洁剂、车用清洁剂和金属清洗剂等等。具体类别以及其化学原理见下表小结:

    1 清洁剂分类

    种类

    主要化学成分

    用途

    注意事项

    洗洁精

    烷基磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠、泡沫剂、增溶剂、香精、水、色素等

    由洗涤方法分为手洗和机洗型,前者用于餐具,后者用于瓷、玻璃、塑胶等的清洁与消毒。

    避免误食,减少与皮肤接触,防止化学毒素积在体内。

    洗手液

    矿物油、液体蜡、油酸皂、甘油、色素等

    分为消毒和去油污型,前者用于抗菌、抑菌或杀菌,后者用于清洁去污。

    揉搓30s以上,流水冲洗,干毛巾或纸巾擦较好,最好不要烘干,避免造成皮肤干燥。

    洁厕液(商品名又名:洁厕灵)

    酸(盐酸、磷酸以及其他复合酸、混合酸等)、表面活性剂、香精、缓蚀剂等

    洁厕、杀菌并抑制细菌再生,有的还有清香作用。

    使用注意不要接触皮肤,避免受到腐蚀;禁止与漂白剂混用。

    管道疏通剂

    表面活性剂、氢氧化钠(火碱、苛性碱)等

    快速分解菜渣、油脂、皂垢、毛发等堵塞物,疏通管道。

    具有一定的腐蚀性,勿接触眼睛、皮肤;更不可吞食,若发生危险,用大量清水冲洗,并咨询医生。

    皮革清洗剂

    表面活性剂、富脂剂、保湿剂、上光剂等

    清洁、润泽及保护皮革并且不缩、不伤皮革。

    碱度的PH值在57.5之间。

    金属清洁剂

    表面活性剂、湿润剂、穿透剂等

    各种冷凝器、换热器和过滤器、反渗透设备等。

    要考虑清晰的条件和浓度,掌握好清洁剂温度。

    瓷砖清洁剂

    新型表面活性剂、杀菌剂、抛光剂、渗透剂以及光亮因子等

    瓷砖,各类陶瓷,各类地砖表面及深层内部孔隙的情节。

    使用后将瓶盖拧紧,储存于阴凉、干燥、通风处。

    洗衣机清洁剂

    过碳酸钠、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、缓蚀剂、进口香精等

    去除洗衣机内胆与洗衣机夹层槽内积存顽垢、污渍、霉菌及异味。

    若洗衣机长时间未清洗,应延长浸泡时间或者加大用量,且不能与衣物共同洗涤。

    厨房清洁剂

    表面活性剂、溶剂、乳化剂、香料、水等。清除油污功能强的还添加适量强碱

    可用于厨房排油烟机、排气扇、煤气灶表面、厨房工作台、餐桌等有重油污渍的地方。

    使用时请通风要良好、避免大量吸入气体;勿靠近火源及高温处。

    玻璃清洁剂

    表面活性剂,略带碱性或具中性

    各类光滑硬表面的清洗,尤其是玻璃表面,使其表面光亮,并减少再污染。

    运输时轻装轻卸,防止碰撞;储存于阴凉干燥通风处。

    当然,生活中还有电脑清洁剂、空调清洁剂、家具清洁剂、布艺清洁剂、汽车清洁剂、地毯清洁剂等,所含成分与上所列大同小异,在此不再赘述。

     清洁剂的清洁原理

        不同的污渍可以采用不同类型的去污剂,反应原理主要包括溶解、氧化和酸碱反应等。

    清洁方法可以是物理原理,如利用去污剂成分与污垢互相溶解而有效去污,是属于物理方式;巧克力或油腻食物造成的污渍一般可由著名的干洗剂四氯乙烯(Cl 2C=CCl2)去除,但因含氯的溶剂有毒性,所以在生活中还可以利用汽油来代替,或利用表面活性剂的乳化作用来去除该类污渍。

    化学清洁方法更为多样化,既有表面污垢的去除,也有深层细菌的杀灭——但都涉及化学反应。

    2.1  氧化反应

    以氧化反应为机理的清洁剂都具有一定的漂白和消毒作用,有氧系和氯系之分。

    氯系消毒液中的次氯酸盐具有强氧化性,常用于白色衣物上有色污迹的漂白。NaClO在工业中是利用Cl2NaOH反应生成NaClNaClO和水来制备的。反应方程式为:2NaOH+Cl2 = NaCl+NaClO+H2O

    另外,在搅拌条件下,电解NaCl稀溶液可直接制备消毒液,通电时氯气被溶液完全吸收,反应原理为:

    2NaCl+2H2O = Cl2↑+H2↑+2NaOH

    生成的Cl2NaOH重复上面反应。

    消毒液可用于多种医疗器械、布类、墙壁、地面、便器等的消毒,在使用过程中要注意:消毒液有一定的刺激性与腐蚀性,必须稀释以后才能使用,一般稀释浓度为千分之二到千分之五,即1000毫升水里面放25毫升84消毒液,浸泡时间为1030分钟;被消毒物品应该全部浸没在水中,消毒以后用清水冲洗干净后才能使用;消毒液的漂白作用与腐蚀性都较强,因此偶尔可以用于小面积的漂白,但最好不要用于衣物的消毒,且使用时浓度必须要低,浸泡的时间不要太长。

    由于要对织物纤维的颜色有良好的稳定性,所以彩漂在普通洗涤剂配方中添加了一定的氧系漂白剂,代表性的氧系漂白剂有过氧化氢、过硼酸钠和过碳酸钠等。过碳酸钠化学式为2Na2CO3·3H2O2,亦可写作Na2CO3·H2O2Na2CO4·H2O,又称过氧碳酸钠,俗称固体双氧水,是一种呈白色颗粒状粉末的无机盐,可以分解为碳酸钠过氧化氢。过碳酸钠通常用作洗衣粉的助剂,有氧系漂白的作用,并且在鱼塘管理中可以有效增加溶解氧,在商业使用时,通常用硫酸盐和硅酸盐等物质加以包裹,用得到的有包衣的过碳酸钠来提高洗衣粉的存储稳定性。比较传统的洗衣漂白助剂为过硼酸钠,化学式NaBO3·4H2O,起漂白作用而不影响纤维本身,但在水溶液中不稳定,温度稍高时即可放出初生态氧。过硼酸钠的优点在于其存储稳定性和与其它洗衣粉成份的配伍性能良好,这一点是过碳酸钠无可比拟和不可取代的。从化学结构上来说,它们的本质差别在于过碳酸钠具有加合物的性质,而过硼酸钠是则是键态结合的产品。

    彩漂洗涤剂不仅可以氧化衣物上的污垢,而不损坏衣物原来的色彩,使原来的色彩更加鲜艳,有光泽,使白色织物更加洁白,还能去除茶锈、汗迹、血迹、咖啡等难以洗净的顽固污垢。但如果衣物过于破旧或比含有较娇嫩的纤维,如丝毛等,应慎重选用彩漂洗涤剂。毕竟在漂白的同时,氧化剂会对织物纤维产生一定的破坏作用。

    另外,以氧化反应为机理的清洁剂对皮肤也有一定刺激作用,因此,最好戴乳胶手套洗涤或用洗衣机洗涤。

    2.2  酸碱反应

    2.2.1  浴厕清洁剂

    去除顽强的污渍,常用具有强烈腐蚀性的强酸或强碱性的清洁剂。例如浴室、厕所清洁剂主成分为盐酸,还添加有磷酸与草酸,它可以溶解大部分的矿物质所造成的水垢(大部分为碳酸盐类)和铁锈,将铁锈溶解成可溶性的离子后,由排水管排出。除垢方程式如下:

    Fe2O3 + 6H3PO4 = 2Fe(PO4)36- + 3H2O + 12H+

    Fe2O3 + 6H2C2O4 = 2Fe(C2O4)33- + 12H+ + 3H2O

    Fe2O3 + 6HCl = 2 FeCl3 + 3H2O

    此类清洁剂的pH低于2,具备的强酸性对皮肤和眼睛有很大的伤害,使用时必须相当小心。此外,也不能用在金属管道的清洁,避免管道受到强酸腐蚀。

    2.2.2  管道疏通剂

    家庭排水管阻塞通常是因油脂、头发等所造成,阻塞严重时,可能要拆卸水管,这是一个相当麻烦的工作,可能要交由专业的水管工人才能解决。其实,一般家庭可以选择具有强腐蚀性的强碱性清洁剂来疏通与保养水管。强碱性清洁剂主要成分为氢氧化钠(NaOH),氢氧化钠会与动植物油脂发生皂化反应,酯基破坏后形成水溶性脂肪酸钠,再用流水将它冲走即可。头发或其他的蛋白质也可以与氢氧化钠发生水解反应而分解,同样借大量的水流冲刷而去除水管中阻塞的部分。超市里购买的水管清洁剂中含的NaOH,有颗粒状、片状或浓溶液,液态的一般较容易使用,但可能会因为稀释效应而减弱其清洁效果。

                         1  皂化反应

    某些疏通剂配方中则会加入一些铝粒,铝会与氢氧化钠水溶液反应产生氢气,可搅动阻塞物,加速反应进行,使水管尽速畅通。反应方程式如下:

    2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2

    还有一些疏通剂会添加过碳酸钠作为助剂——遇水作用可产生大量氧气产生的气流疏通搅拌的同时,还利用氧气的氧化作用消毒杀菌、清除异味。

    2.2.3  厨具清洁剂

    厨具清洁剂可以用在厨房排油烟机、排气扇、煤气罩表面以及工作台等常接触油烟的地方。这种清洁剂一般包括表面活性剂、溶剂、乳化剂香料等,大部分是以喷雾方式使用,当清洁剂喷在物体表面时,会与污垢结合或发生溶解,经流水冲洗即可;而泡沫清洁剂的流动性较弱,增加了作用时间,使得其去污能力加强,也便于清洁剂渗入炉具内部以利清洁工作进行。有的强去油配方中选用的主洗涤剂是氢氧化钠,它有较强去污、去油作用,在一定温度下亦有消毒作用。助剂种类很多,各有特点:磷酸钠增加碱浓度,可做软水、防锈和去污之用。三聚磷酸钠能提高表面活性,降低表面张力,鳌合钙、镁离子,抗污垢再沉积。无水硫酸钠与其他助剂配伍可提高一些表面活性,降低表面张力。九水偏硅酸钠有良好的防腐性能,保持碱浓度,使油性污垢易溶,有抗油污再沉积的作用,在一定温度下有消毒作用。焦磷酸钠的去污能力极强,在洗涤溶液中能稳定各种离子,有利于鳌合、渗透、润湿、增亮。

     清洁剂对人体影响及选择

    人们很注重清洁剂的清洁效果,殊不知,清洁剂并不是清洁效果越好、使用越安全。大众常见的误区[2]包括:

    2 清洗常见误区

    常见误区

    原因

    马马虎虎用清水冲洗

    流动的水只能将部分洗涤剂洗掉

    没完没了清水泡

    洗涤剂在水中溶解只需15s左右,时间过长会使洗涤剂的水重新渗入蔬菜

    手有伤口勉强洗

    洗涤剂会加倍进入身体

    以为用干燥的毛巾擦干水分就会很干净

    毛巾将水吸干,增大洗涤剂的表面残留

    家用清洁剂中含有许多的有害物质,虽然其本身对人体的危害不大,但是一旦商家使用劣质原料就会使得洗涤剂中含有的铅、汞、砷等物质超标,长期接触,会使人体内部重金属超标;或者是食物用具上残留甲醇等有害物质,被人体摄入过多,也会产生副作用。这些在实验室中,我们可以对样品的pH值、重金属、甲醇、荧光增白剂、微生物等物质的含量选择相应的方法进行分析[3]。此外,合成洗涤剂富含环境荷尔蒙、烷基磺酸盐和氯化物,这些对人体皮肤以及内部器官的正常代谢都有影响,严重者甚至导致癌症及不孕不育症。

    依据污渍的类型和被清洁物的种类选择衣物洗涤剂才能更加有效地去处污渍,并且减小对衣物等的伤害。就常用的衣物来讲,丝绸制品的可染度极高但丝质较脆弱,不宜使用碱性洗涤剂和洗衣机,要用中性的丝毛洗涤剂;棉织物易缩水、褪色、脱毛,虽然改良的面料已经克服这些缺点,但是在清洗其不同部位如衣领、袖口等处时,洗涤时间与相应的洗涤剂的选择也很重要,不然易使衣物变形[7]   

     环保清洁剂的开发展望

    哥本哈根世界气候大会让低碳成为现代工业、经济等发展的焦点,在清洁剂的领域内,最主要的措施是浓缩化[4]。这样可以减少包装、贮存和运输的费用,节约能源和资源,减少白色污染和温室排放,实现洗涤液自身和社会的可持续发展。现代化的磷酸法活性炭生产工艺改变了国内耗酸多、污染大、成本高的现状。

    还有一些公司选择从材料根本上来改进,在材料中加入二氧化钛,利用二氧化钛的光敏性和亲水性,使得黏稠物质不宜堆积其上,或者即使堆积也很容易清洁[5]。为了加强废物的利用,以大豆制取生物柴油的副产物甘油作为原料,经一系列的反应制取的不同聚合度的十二胺聚甘油醚表面活性剂有连号的乳化、润湿及泡沫性能[6]。利用甲壳素完全降解的产物氨基葡萄糖酸盐与癸酰氯反应得到一种两性化合物癸酰化氨基葡萄糖(英文简称C-GLuN),具有良好的起泡和乳化作用,是一种良好的表面活性剂[7]。此外,一些新型的非离子表面活性剂如被称为21世纪的绿色表面活性剂的APG也由谷、麦、马铃薯淀粉和动植物油脂为起始原料的工业生产出来[8],它可以保护皮肤和头发,主要用于个人护理用品如香波、浴液等中。

    代表了最新型技术的洗衣凝胶[9],包含SAA(主要为a-SAAc-SAAn-SAA)、助剂、光学增白剂、酶、漂白剂、酸、碱、染料、抗菌剂、香料、聚合物、赋形剂、防腐剂、溶剂等。尽管在技术上它有很大的优势,但其较高的价格和产品的溶解性的原因限制了它的普及。

     清洁剂的自制

    清洁剂的环保、安全是未来家居生活的趋势,懂一些化学知识,在生活中自制清洁剂,环保无害、便捷好用。例如:浓盐水加少许醋,可用于清洁茶杯上的污垢;将小苏打60g与水500毫升混合均匀,可以代替洗洁精洗刷碗筷;用牙膏盒白醋按照14配比,可以洗去不锈钢外壁上的黑印渍;淘米水擦拭地板可以让地板光泽持久;用牛奶、洗洁精、酒精按照一定的比例混合轻刷沙发,再用橄榄油擦拭,可以对沙发等皮制品进行保养。将小苏打粉和醋倒在锅里混合均匀来清洗锅内的一般污垢,对于锅内顽垢,可以将小苏打粉、柠檬酸粉和水混合均匀导入锅内,小火煮沸,水冷却后倒掉,再用海绵蘸上小苏打粉清洗。对于切菜板上的污垢和异味,可以将醋和热水倒在铺在菜板表面的纸巾上即可。若厨具生锈,用淘米水浸泡3个小时以后进行清洗,会轻松很多。常遇到的咖啡、口红和可乐,可以分别用漂白水、异丙醇和澄清的柑橘类饮料来清除,这些都利用了化学上所说的溶解原理,将污渍溶解在溶液中而从原来的附着体上去除。而用过氧化氢来清洁黏着的浆果、水果和用次氯酸钠来清洁芥末、青草、烟草类污渍则涉及到化学上常提到的氧化反应。提到衣物等上的血迹,很多人都会觉得难以去除,其实只要将衣物浸泡在滴加了适量过氧化氢的冷水中即可,在该过程中涉及到的处理有溶解原理,还涉及到了氧化反应。

    本文由全国教育科学“十一五”规划2008年度重点课题“基础教育学科资源保护开发与应用研究”(DHA080332)化学子项目“中国基础教育化学学科资源保护、开发与应用研究”、2011年江苏省高等学校大学生实践创新训练计划立项项目“基于信息技术平台的化学师范生备课组行动研究”资助。

    *本文发表于《化学教学》2012年第六期

    参考文献:

    [1]罗希权,魏斌.洗涤剂与洗涤科普知识讲座(一)[J].知识世界,20085):81~82.

    [2]贤惠.生活洗涤剂与健康[J].健身科学,200952~53.

    [3]刘亚丽,王旭强,许菲菲.家用洗涤剂中常见的有害物质[J].科技信息,20111:50~53.

    [4]康根旺,陈海兰.浓缩化洗涤剂的低碳经济”[J].日用化学品科学,2010,334):7~8.

    [5]金江.神奇新涂料 光照可除垢[J].中国洗涤用品工业,20063):72.

    [6]刘学民,冯耀平,董月珍.聚甘油醚表面活性剂的合成及性能[J].大豆科学,2009,285:894~897.

    [7]王亚琴,王洪敏,范金石.癸酰化氨基葡萄糖表面活性剂的合成与性能[J].广东化工,2010,37206:90~91.

    [8]梁梦兰.一些新型非离子表面活性剂的制备和应用[J].表面活性剂工业,20004):1~7.

    [9]岳霄.新颖的洗涤剂——洗衣凝胶[J].新技术新产品,2007(2):39~41.

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  • 作者:氧泡泡 2015年10月25日, 下午10:09

    2013年9月1日接到杭州市西湖区人才管理服务办公室短信,根据《西湖区鼓励支持留学回国人员和高校毕业生创业实施意见》(西政办[2008]197号),经企业申报、相关部门初审和审核、确定2013年第一批西湖区大学生(留学生)创业房租补贴,我们确定可以补贴36500元。

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