华南师范大学实验报告学生姓名学号专业化学（师范）年级、班级课程名称物理化学实验实验项目洗涤剂的配制及表征实验类型综合设计实验实验时间 2014年 5 月 7 日实验指导老师李国良实验评分一、前言1 实验背景洗涤剂在工业生产和人们的日常生活中应用非常广泛，其主要组成成分表面活性剂则是物理化学课程学习中一个非常重要的概念。

由于洗涤剂和表面活性剂在生产生活中具有重要的作用，作为知识性和生活常识性的物质，我们需要了解和熟悉它们。

同时，由于围绕洗涤剂的配置与表征这一实验课题，我们也可以很好地应用到物理化学课程所学到的很多概念和技术，因此，围绕表面活性剂和洗涤剂综合与设计性实验，无论从专业学习还是培养我们的学习都很有其价值。

2 实验要求2.1了解表面活性剂的结构、性质和应用；2.2掌握洗涤剂各组分的性状及其配方原理；2.3学会评价洗涤剂的质量，了解一些评价方法。

二、实验部分1 基本原理1.1 洗涤剂的组成洗涤剂是由表面活性剂及可提高表面活性剂作用效果的各种辅助成分组成。

1.1.1 表面活性剂洗涤剂的有效成分是表面活性剂。

洗涤剂中常用表面活性剂分为离子型(阳离子型、阴离子型、两性型)和非离子型，典型的常用的离子型表面活性剂主要是硬脂酸钠（）、十二烷基苯磺酸钠（）；非离子型表面活性剂主要是烷基聚氧乙烯醚（）。

表面活性剂具有两亲结构，可以明显降低体系的表面张力，使体系产生润湿、乳化、分散、起泡、增溶某一系列作用，这些作用决定了表面活性剂的一些性质，如表面吸附、定向排列、形成胶束等，使它在日常生活中有广泛的应用。

1.1.2各种辅助成分在洗涤剂中，去污的主要是表面活性剂，并配入一定的辅助剂。

辅助剂的加入，不仅降低了洗涤剂成品成本，并能提高洗涤剂的去污能力，改善洗涤剂外观，使洗涤剂更利于使用。

另外，通常还加入少量功能型辅助成分（添加剂）提高洗涤的综合性能。

助剂是指合成洗涤剂中，配入与去污有关的﹑能增加洗涤特性的辅助成分。

助剂大多为无机物，主要有磷酸盐﹑4A沸石﹑硅酸盐和碳酸盐。

此外，有机螯合剂也属于助剂范畴。

辅助剂可分为无机辅助剂，按其在洗涤剂中的功能，则可分为螯合剂﹑增泡剂﹑消泡剂﹑增稠（黏）剂﹑增溶剂﹑珠光剂﹑防腐剂﹑漂白剂﹑杀菌剂（消毒剂）﹑抗氧化剂﹑柔软剂﹑抗静电剂﹑摩擦剂﹑荧光增白剂（FWA）﹑溶剂﹑抗污垢再沉积剂﹑酶制剂﹑香精﹑色素等。

1.2 表面活性剂具有洗涤作用的机理表面活性剂分子在溶液表面时，由于极性的差别，其亲水基团进入水中,亲油基团朝向空气(如图1)。

与污垢接触后，因为水不易润湿油污，而表面活性剂的憎水基团朝向织物表面和吸附在污垢上，使污垢逐步脱离表面。

之后污垢悬在水中或随泡沫浮到水面后被去除，洁净表面被活性剂分子占领(如图2)。

1.3 洗涤剂的配置原则①从洗涤的角度看，配制的洗涤剂要具有洗涤、润湿、增溶、气泡和消泡、乳化等作用，以满足去除污垢的作用；②为使所配制的洗涤剂发挥作用，需要添加一些具有特定性质的组分，来调节洗涤剂的酸碱度以及来自于杂质元素的影响；③为使所配制的洗涤剂具有好的应用性能，有时需要通过在洗涤剂中加入特别组分，如使其具有漂白、消毒等作用；④从环保的角度出发，还要求使所使用的药品具有较好的生物易降解性能。

1.4 洗涤剂洗涤效果的表征与评价取白色的棉布，并用标准污染液污染，用SBDY型数显白度计测定棉布在洗涤前后的白度变化，以此来说明洗涤剂的洗涤效果。

对棉布进行间歇式或连续浸渍，使人工物污染均匀地染在棉布上并烘干，然后用洗涤剂洗涤污染棉布。

洗涤剂去污效率(DE)的计算式如下。

De＝（Rw－Rs）/（Ro－Rs）×100％式中，Rw—洗后白度；Rs—污布白度；Ro—染污前的白度。

好的洗涤剂应该具备一下特点：①有良好的润湿性能,与被洗表面充分接触；②使用量少，污垢易脱落；③有一定的增溶和起泡作用；④能保护洁净表面不被再次污染；⑤洗涤废水容易降解,不污染环境，如不含磷。

2 实验方案设计本实验主要是配置了多用洗洁精（100g），实验方案设计如下:十二烷基苯磺酸钠10g 椰子油酸3g粗盐2g 柠檬酸1g三聚磷酸钠4g 氢氧化钠1g脂肪酸聚氧乙烯醚9g 水70g3 实验仪器SBDY型数显白度仪托盘天平玻璃棒量筒小白布胶头滴管称量纸烧杯4 实验步骤4.1 洗涤剂配制前的准备：①用量筒量取70mL的去离子水备用。

②用托盘天平分别称量10g的十二烷基苯磺酸钠、4g的三聚磷酸钠、2g的粗盐、1g 的氢氧化钠，用称量纸包好，备用。

③用小烧杯在托盘天平上分别称量9g的脂肪酸聚氧乙烯醚液体、1g柠檬酸液体4.2 洗涤剂配制时试剂加入顺序及现象记录：(1)试剂加入顺序：十二烷基苯磺酸钠→粗盐→柠檬酸→三聚磷酸钠→氢氧化钠→椰子油酸→脂肪酸聚氧乙烯醚→水(2)实验现象：4.3 洗涤剂洗涤效果的表征：①接通电源打开在仪器后面的电源开关，黑筒放在测量空上用仪器调零电位器调零，待仪器零位稳定后，取下黑筒，放上标准白度板用仪器校标电位器调整标准白度值（校正是84.7）。

仪器校准后取下标准白度板，取一小块干净的白布，测量其白度值。

②取下小白布，在窗口处抹脏，再进行测量其白度值，记录数据。

③再取下抹脏后的小布块，用本实验配制好的洗涤剂进行浸泡洗涤，洗涤干净后，烘干小布块，再进行测量白度值，记下相应数据，如表1所示。

表1 样品的白度值三、结果与讨论1 洗涤剂洗涤效果计算De=(47.9-18.0)/(49.7-18.0)×100%=94.32%2 讨论2.1 影响洗涤效果的因素从以上计算结果可知，本次实验所配制的洗涤剂的洗涤效率达到了94.32%具有良好的洗涤效果。

但本次实验所用的洗涤剂配方是否能适用于大规模工业生产，能否达到同样良好的洗涤效果，还需要进一步的验证和改良。

为探究影响洗涤剂洗涤效果的因素，从而对实验配方和流程进行改进，以达到最佳的洗涤效果。

我通过查找文献，得知洗涤剂中影响洗涤效果的因素，具体如下。

(1)表面活性剂中疏水剂的影响：①链长的影响：在一定的浓度下，亲水基相同的表面活性剂，疏水基（烷基）越长，吸附量就越大，去污效果也越好。

a.洗涤温度对表面活性剂分子中链增长的影响：阴离子表面活性剂：疏水基链越长，去污能力越好，但是，烷基链越长，在水中的溶解度会降低，不能达到临界胶束的浓度，就不能达到好的去污效果。

因此, 如果要配制在较低温度下使用的洗涤剂，就不能选择疏水基（R）过长的表面活性剂。

b.水的硬度:阴离子表面活性剂随水的硬度的增加而增高，溶液中生成的钙镁盐的量也逐渐增多，并且这种阴离子表面活性剂的钙盐在水中溶解度也降低。

非离子表面活性剂，对于钙镁离子的敏感性较低，一般不受其影响，但是非离子表面活性剂其疏水基的链长也有一个最佳范围，因为疏水基过长，水溶性下降，浊点降低，去污性能随之下降。

②支链的影响：由于支链的增加，空间位阻相应增大，使吸附量降低，也使得临界胶束浓度值升高，不利于形成胶束，达不到最佳去污值。

另外，也由于分子中支链的增大，使表面活性剂在水溶液中的表观扩散系数增加，而使润湿时间缩短。

(2)表面活性剂中亲水基的影响不同亲水基对水硬度的敏感性按照如下顺序排列：醇（酚）醚≈醇（酚）醚硫酸盐<α-烯基磺酸盐<α-磺酸基脂肪酸甲酯盐<烷基硫酸盐≈烷基苯磺酸盐<羧酸盐(3)助剂在洗涤过程中的影响：①去除钙镁等金属离子：由于钙离子对阴离子表面活性剂性能的影响是由于生成的阴离子表面活性剂钙盐在水中的溶解度差，降低其去污性能，甚至使其完全失去污能力。

因此，必须在洗涤剂中加入能螯合钙镁离子的螯合剂作为助剂。

在高硬度水中：碳酸钠对降低钙镁离子浓度，具有较强能力，而且价格便宜。

在低硬度水中：STPP（三聚磷酸钠）具有明显优势。

②提供碱源，稳定洗涤剂的pH值：对于各种洗涤剂，如果保持洗涤液偏碱性，具有三点优势：a. 因为洗涤液中的表面活性剂通常以阴离子为主，如果洗涤液偏碱性，可分显示充出阴离子的性质。

若PH不够，使表面活性剂以酸的形式存在，降低溶解度，影响去污力。

b. 助剂的螯合能力受洗涤剂中的PH影响，只有PH＝10时，助剂的螯合性能最好c.洗涤剂pH偏碱性，有利于纤维织物的溶胀，使污垢在织物表面容易脱落，从而增加了去污效果。

虽然，随pH上升，去污效果增大，但是作为家用洗涤剂的配方中，助剂的碱性太强，导致洗涤液碱性增大，损伤织物和皮肤，也是不能采用的。

③对污垢的分散效果在洗涤剂配方中，洗涤剂不但有好的去污效果，同时有利于污垢分散，悬浮于水溶液中，防止重新污染，助剂具有分散，悬浮污垢的辅助功能2.2 各配料的作用本实验所用到的八种配料的作用分别如下。

（1）十二烷基苯磺酸钠：阴离子型表面活性剂，亲水基团（磺酸基）与疏水基团（烷基苯）间的连接是C-S键，在酸、碱介质中、在较宽的pH值范围内稳定。

耐水解，不易氧化或还原，耐电解质，但对酶的稳定性影响较大，因而具有良好的去污、湿润、乳化、分散能力，能产生丰富的泡沫，增溶效果显著，且有很好的生物降解性。

但其去污能力受溶剂影响较大，在软水中具有很强的去污能力，但随着水硬度的增加，去污能力显著下降。

（2）三聚磷酸钠：洗涤剂中不可缺少的优良助剂，提高洗涤剂的去污效果。

三聚磷酸钠具有螯合钙、镁、铁等离子的性质，能软化水。

也是洗涤剂的胶溶剂、乳化剂，对蛋白质有膨润、增溶作用，有明显的解胶效果，对脂肪物质起促进乳化作用，对尘土等固体污垢有分散作用，增强表面活性剂的表面活性，降低临界胶束浓度，起到降低表面活性剂用量和增强去污力的双重作用；同时，也是良好的缓冲剂，所以，即使有酸性污垢存在，三聚磷酸钠也能使洗涤液保持一定的碱度，有利于酸性污垢的除去；它还可以吸收水分防止洗涤剂结块。

（3）椰子油酸：合成各种表面活性剂的中间体。

（4）脂肪酸聚氧乙烯醚：非离子表面活性剂，在水中不电离，其表面活性是由溶于水的极性基团及不溶于水的非极性基团共同提供的。

其亲水基团为含有能与水生成氢键的醚基﹑自由羟基等，而亲油基则是长链的烷基﹑醇基﹑脂肪胺等。

非离子表面活性剂具有较高的表面活性，其表面张力﹑临界胶束浓度都较低，从而导致有很好的润湿﹑乳化﹑分散﹑渗透﹑抗硬水﹑脱脂及增溶能力，与阴离子表面活性剂相比，非离子表面活性剂泡沫较低。

在使用上，非离子表面活性剂的另一显著的特点就是它有浊点。

在低于它浊点的温度下有良好的洗涤去污能力，所以甩它配制的洗涤剂能满足低温低泡耐硬水的要求。

（5）粗盐：是一种辅助原料，大部分洗涤剂均要求有一定的稠度或粘度，它不但提高感观效果，使用时也方便。

一般说来，无机盐只对阴离子表面活性剂有增稠作用，而对非离子表面活性剂的黏度影响不大。

氯化钠能对阴离子表面活性剂的水溶液增稠，但应适量。

过量的氯化钠将使表面活性剂不溶，导致洗洁精变浑浊和变稀，降低产品的粘度。