探究洗衣粉机理
摘要：洗衣粉是一种碱性的合成洗涤剂，洗衣粉的主要成分是阴离子表面活性剂：烷基苯磺酸钠，少量非离子表面活性剂，再加一些助剂，磷酸盐、硅酸盐、元明粉、荧光剂、酶等。
汉高（德国）在1907年以硼酸盐和硅酸盐为主要原料，首次发明了洗衣粉。
由于洗衣粉能在井水、河水、自来水、泉水、甚至是海水等各类水质都表现出良好的去污效果，并广泛使用于各类织物，所以其生产和使用就迅速发展起来。
现在，洗衣粉几乎是每一个家庭必需的洗涤用品。
Part1.洗衣粉成分及作用机理：
1.成分
洗衣粉的成份共有五大类：活性成份、助洗成份、缓冲成份、增效成份、辅助成分。
(1)活性成份: 活性成分在洗涤剂中去污起主要作用。
洗涤活性成分是一类被称作表面活性剂的物质，它作用就是减弱污渍与衣物间的附着力，在洗涤水流以及手搓或洗衣机的搅动等机械力的作用下，使污渍脱离衣物，从而达到洗净衣物的目的。
(2) 助洗成份:助洗剂是洗衣粉中含量最多的成分，一般占到总组成的15%-40%。
助洗剂的主要作用就是通过束缚水中所含的硬度离子，使水得以软化，从而保护表面活性剂使其发挥最大效用。
所谓含磷、无磷洗涤剂，实际上就是指所用的助洗剂是磷系还是非磷系物质，而也正是助洗剂为磷系的洗衣粉给我国环境造成了巨大污染，所以我们要坚决杜绝含磷洗衣粉的生产与使用。
(3) 缓冲成份: 由于洗涤剂处于碱性状态下去污能力最好，而衣物上常见的污垢，一般为酸性的有机污渍，如汗渍、食物、灰尘等，所以洗衣粉中都配入了相当数量的碱性物质，一般常用的是纯碱和水玻璃。
(4) 增效成份: 为了使洗涤剂具有更好的和更多的与洗涤相关的功效，越来越多的洗涤剂含有特殊功能的成分，这些成分能有效地提高和改善洗涤剂的洗涤性能。
如：提高洗净效果的，酶制剂、漂白剂、漂白促进剂等；改善白度保持的，抗再沉积剂、污垢分散剂、酶制剂、荧光增白剂、防染剂；保护织物改善织物手感的，柔软剂、纤维素酶、抗静电剂、护色剂等。
(5) 辅助成分: 这类成分一般不对洗涤剂的洗涤能力起提高改善作用，但是对产品的加工过程以及产品的感官指标起较大作用，比如使洗衣粉颜色洁白、颗粒均匀、无结块、香气宜人等。
2.机理
1 表面活性剂起主要洗涤作用
(1)表面活性剂简介
1.几个相关概念
疏水基：（1）脂肪烃：（2）芳香烃（3）混合烃（4）带有弱亲水性基（5）全氟烃基疏水性大小：（5）>（1）>（3）>（2）>（4）
亲水基：具有易溶于水，或容易与水亲和性质的原子团
HLB值：HLB值越大代表亲水性越强，HLB值越小代表亲油性越强，一般而言HLB值从1 ~ 40之间。
亲水亲油转折点HLB为10。
HLB小于10为亲油性,大于10为亲水性。
下面是不同HLB值的一些用途：
1~3作消泡剂
3~6作W/O型乳化剂
7~9作润湿剂；
8~18作O/W型乳化剂，也叫吐温型乳化剂，
13~-18作增溶剂。
2.分类：（1）阴离子表面活性剂：硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠
（2）阳离子表面活性剂：季铵化物
（3）两性离子表面活性剂：卵磷脂，氨基酸型，甜菜碱型
（4）非离子表面活性剂：脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦，聚山梨酯
3.表面活性剂的结构
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。
表面活性剂分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为疏水基团。
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”，表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”。
如下图所示：
双亲分子结构使表面活性剂具有特殊的性质，因此表面活性剂容易从溶液内部迁移到溶液表面或油-水界面，通过分子中不同部分分别对于两相的亲和，使两相均将其看作本相的成分，分子排列在两相之间，使两相的表面相当于转入分子内部。
从而降低表面张力。
由于两相都将其看作本相的一个组分，就相当于两个相与表面活性剂分子都没有形成界面，就相当于通过这种方式部分的消灭了两个相的界面，就降低了表面张力和表面自由能。
如下图(1)所示：
（1）（2）
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（表面活性剂分子缔合形成胶束的最低浓度。
当其浓度高于CMC值时，表面活性剂的排列成球状、棒状、束状、层状/板状等结构）。
特别的，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，这也是洗衣粉主要运用的特性。
如上图(2)所示：
（2）洗衣粉中常用表面活性剂及作用机理
机理：
因为表面活性剂水溶液界面张力低于一般纤维的临界表面张力，因此，当织物浸泡在洗涤剂溶液时，将很快地被润湿，进而表面活性剂会渗透到织物纤维内部，铺展在织物表面的油性液体污垢上，将油膜包住，产生乳化作用，从而使油膜逐渐卷曲成油株，在机械力的作用下，使污垢脱离织物。
而对于那些附着在织物上的固体污垢，它们在被表面活性剂在污垢及织物表面吸附后，会降低黏附强度，从而使它们更容易被洗去。
正是由于表面活性剂能降低界面张力的效果，使洗涤液产生润湿、渗透、乳化、吸附、起泡等现象，从而达到洗净织物的目的。
常用表面活性剂：
阴离子表面活性剂是产量最大也是家用洗涤剂中用量最大的种类。
（1）直链烷基苯磺酸钠（LAS）
烷基苯磺酸钠是当今世界各地生产洗涤剂用量最多的表面活性剂，市场上各种品牌的洗衣粉几乎都是用其作主要成分而配制的，他的优点是：它的溶解度良好，具有较强的去污能力和较好泡沫性质；生物降解性好，能与其他表面活性剂进行良好的配伍；工艺成熟，价格
较低；对硬水的敏感性可通过加入螯合剂或离子交换剂加以克服，产生的丰富泡沫可用调节剂进行控制。
LAS的缺点是抗硬水性不佳。
于是在洗衣粉中, 生产方采用LAS与STPP配合，互补不足,具有很强的协同增效作用。
（三聚磷酸钠(STPP)作为软水剂性能）。
然而，由于STPP 是含磷助剂,对水体会造成一定的富营养化。
（2）高碳脂肪酸甲酯磺酸盐（MES）
对硬水敏感性低，具有良好的钙皂分散能力和较好的去污力，生物降解性好，毒性低，可以用作肥皂粉、块状皂、液体洗涤剂等的配制。
在配方中加入MES，特别适宜于低温及在高硬度水中的洗涤。
用天然原料生产的MES，由于其性能优良，正日益为人们所重视。
2.磷酸盐及4A沸石的软化硬水作用
由于洗涤衣物用水中有一定量的硬金属离子如:Ca+2、Mg +2 、Fe+3，等,硬金属离子与表面活性剂形成不溶性的盐,如烷基苯磺酸钙,脂肪酸钙等,这不仅增加了洗涤剂的耗量,而且洗后织物会呈现灰暗色。
于是在洗衣粉中加入三聚磷酸钠进行硬水软化,三聚磷酸钠可与水中的钙、镁、铁等金属离子生成可溶性的环状络合物并较为稳定,反应方程式如下:
Na[Na4（P3O10）] + Ca+2 = Na[Na2Ca（P3O10）] +2Na+1
除此之外，三聚磷酸钠具有碱性，能缓冲溶液的PH值，保障了洗衣粉等洗涤剂对油性污垢的乳化作用，以及对无机固体离子的胶溶作用。
但是，由于三聚磷酸钠中的磷会造成水质的富营养化，所以部分地区颁布洗衣粉禁用磷酸盐作为助洗成分。
所以目前主要用4A沸石作为代磷助剂。
3.碱性助剂、酶制剂的作用
洗涤剂配方中加入一定的碱剂，例如：纯碱、泡化碱。
其作用是维持洗涤溶液有一定的PH值，稳定的PH值可使洗涤剂不会因遇到酸性污垢而失去活性，因为烷基苯磺酸钠（LAS）只有在碱性的条件下才有效。
而且纯碱在对脂肪污垢发生皂化作用时会产生肥皂，进一步祛除油性污垢，达到更好的清洁效果。
酶是生物体内活细胞产生的一种有催化作用的蛋白质或RNA，能加快化学反应的速率。
由于衣物上大多都有用餐时造成的污垢，所以在洗涤剂配方中加入蛋白酶，以分解衣物上的蛋白污垢，加入淀粉酶以分解食物残迹，加入脂肪酶分解油脂污垢。