第三节 肥皂与合成洗涤剂
人们要经常洗衣服、被褥及日用餐具、茶具，而不可避免的用上肥皂与合成洗涤剂。因此，肥皂和各种各样的洗涤剂就和我们结下了不解之缘。
1．皂类洗涤剂
从广义上讲，皂类洗涤剂是脂肪酸跟无机碱、有机碱起皂化反应得到的产物。肥皂是洗涤剂的祖先，远在五千年前就问世了。我国《礼记》中已记载周朝使用草木灰清洁衣垢的历史。肥皂发展至今，种类繁多，大体上分为碱金属皂、其他金属皂和有机碱皂。我们在日常生活中所指的肥皂，主要是高级脂肪酸的钠盐或钾盐。其中的钠皂硬度较高，一般用于制造香皂、洗衣皂、药皂和工业皂。钾皂硬度低，易溶于水，用于制造软皂和液体皂。
（1）香皂 香皂是兼有护肤、治疗、除臭作用的洗涤剂。香皂中含高级脂肪酸（一般用牛油、椰子油和羊油为原料）达80%左右，还有1%～2．5%的香精和少量着色剂，1%～1．5%用作防止酸败的泡花碱，以及0．5%～1%的杀菌剂。
（2）药皂 药皂是洗涤剂，又是消毒杀菌剂。有的药皂里加入的消毒杀菌剂或中草药，具有治病的性能。药皂中的杀菌剂含量为0．5%～2%。常用的杀菌剂有三混甲酚（邻、对、间甲酚的混合物）、香芹酚（2－甲基－5－异丙基苯酚）、麝香草酚（5－甲基－2－异丙基苯酚）和3，4，5－三溴水杨酰苯胺。
（3）软皂 软皂是用氢氧化钾中和脂肪酸后所得的肥皂，也叫钾皂。钾皂比钠皂易溶于水，较浓的水溶液冷却后也不固化，能制成液体肥皂。钾皂常用于理发店或医院。用钾皂洗汽车或其他油漆表面，干燥后表面清洁光亮。
（4）有机碱皂 它是用乙醇胺、三乙醇胺等有机碱制成的肥皂，主要用来制造固体肥皂、化妆品和擦亮剂等。
（5）特色肥皂 世界上有形形色色的特色肥皂。有一种营养皂，内含蜂蜜、维生素、谷氨酸等，可用于营养皮肤。德国生产的大理石皂，彩纹美丽，像大理石一样。还有能够浮在水面的浮水藻，人们用不着担心不慎掉入水中寻不见。
2．肥皂
肥皂的发明要比洗涤剂早得多，据说早在三千多年前，罗马城外的圣波山上，肥皂就被人们无意中制造出来了。在这座圣山上，人们燃烧贡品时，油脂顺势滴落到草木灰上成为最原始的肥皂，这些肥皂渗入到周围的黏土中，人们发现，当他们坐在这些黏土上，衣服沾上了黏土后反而比以前更容易洗干净。人们开始奉为圣土，后来才知道这是人们无意中的劳动收获。
公元70年，罗马的学者蒲林尼（Pliny）描述了用山羊油脂和柴灰制造肥皂的过程。在这个过程中要加入另一种东西——海盐。它能使肥皂浮在混合液上面，这就是我们今天所说的盐析作用。这个记载恐怕是对肥皂工业最早的描述了。由于当时产量很低，因而只能供有钱人使用，是贵族们的奢侈品。
1791年法国化学家尼考尔斯·菜布兰兹（NicolasLeblanc）用氯化钠水溶液电解制得氢氧化钠，反应方程式是：
从此以后，肥皂才成为平民百姓都用得上的东西。然而，并非每个人都知道肥皂是什么东西。1811—1823年柴夫卢尔（ME Chevrenl）对肥皂产品进行研究后，令人满意地解释了什么是肥皂以及制造肥皂的化学反应。随着科学家弄清肥皂去污原理之后，各式各样的合成洗涤剂也就应运而生了。
3．化学性质
肥皂实际上是长链有机羧酸的钠、钾或三乙醇胺［N（CH2CH2OH）3］的盐。其他羧酸的这些盐也是工业肥皂，但它们没有去污、清洁作用。因为三乙醇胺的盐可溶解于有机溶剂，可以作干洗剂。
制造肥皂的方程式是：
上面的反应就可以解释古罗马人制造肥皂的过程。作祭品的动物脂肪中含有甘油三酸酯，柴灰的水解物中含有氢氧化钾或氢氧化钠，当它们一起被加热时脂肪就被分解生成少量的甘油和肥皂。
在制造肥皂的黏稠混合液中加些盐，肥皂就浮在液面上。这个过程，工业上叫盐析。然后就可以把它刮下来。这样得到的肥皂含50%～60%水，是糊状的。把它继续加热脱水，当剩下约30%水时就可以制成固体、糕状的棒，再把它风干到只剩下10%～15%水分时，就可切成块。再进一步干燥到含水仅5%～10%时就可作成粉末。
天然原料制的肥皂使用4种脂肪：牛油、棕榈油、椰子油和橄榄油。
有机酸要有洗涤本领必须含有9个碳以上的长链，而且洗涤本领随着碳链的增长而增强。然而，分子含18个碳以上的肥皂是不溶于水的，即使在热水中也不溶解。油酸（恰好含18个碳）是十分好的洗涤剂，因为它的顺式双链在第九和第十个碳原子之间，即在分子的正中间。
因此，含18个碳的肥皂具有较好的洗涤本领，而分子含12个碳的肥皂在水中的溶解性就增强了。由含18个以上碳的长链分子组成的肥皂只用作擦洗的填充剂。这种擦洗剂需要有去污本领而无须溶解性。
自从肥皂去污原理被人们认识之后，人们就试图改进它们的性能。因为肥皂存在不少弊病。例如，它在冷水中溶解得不好，在热水中才能较好地溶解，在酸性溶液中它不能很好地发挥洗涤作用，因为它在酸性溶液中会分解成不溶性的酸性肥皂和脂肪酸的团块。另外，肥皂会与水中的钙、镁、铝及铁等元素反应（生成所谓金属皂）。这就是盆、桶盛了肥皂水后出现环状污垢，织物用肥皂洗后出现一层不明显的薄膜的原因。肥皂在软水中是很好的清洗剂，但遗憾的是我们日常生活中使用的水，尤其是广大农村所用的水常常是硬水。
要改进肥皂的洗涤性能，化学家们就必须先弄清肥皂能去污的原理。去污的过程是用很薄的膜除去脏物和油污——这层薄膜把脏物带到溶液中，乳化或呈悬浮状除去。此外，作为洗涤剂要能降低水界面的表面张力，从而使洗涤液能渗入到织物细小的缝隙中，从而加快织物湿润的过程。
事实上，大多数有机洗涤剂都制成偶级分子，分子是由12～18个碳原子组成的长链。一端含疏水基团（排斥水的），另一端是亲水基团（吸引水的）。那么，肥皂和洗涤剂是怎样去污的呢？
4．去污原理
一个物质要具有去污能力，首先必须能降低溶液的表面张力。纯水的表面张力为每平方厘米72个达因，但作为有效的洗涤剂必须把表面张力降低到每平方厘米30达因，把表面张力降到这个值只需要很少洗涤剂就足够了。
作用在一个水分子上的典型的作用力，可使水面上的分子进入溶液中——这就产生了表面张力。肥皂的分子被加到水中时，它会浮到水面上，因为在有机物的那端（疏水的）受极性的水分子所排斥。由于肥皂分子在水表面受水分子排斥，从而产生了一个对抗水分子相互吸引的力，结果就减少了表面张力。当肥皂水加到织物纤维中时，附在织物表面的油就聚成小油滴并离开织物表面。肥皂中有机物的那一端溶解在油中并使它离开织物纤维。与此同时，水在下面不断蠕动，加快了油滴离开的速度。在棉纤维中的极性基团（如纤维素中的羟基－OH）能吸引水，使水扩散（渗透）到整个织物。
总的来说，除污去垢的反应大体是相似的。然而，因为污物可能是电中性的，或带正电荷的或带负电荷的。所以，对这个简单的理论进行一些修正也是必要的。
5．合成洗涤剂
虽然肥皂是相当好的洗涤剂，但化学家还是想改进它。最早的尝试是在1860年进行的，科学家把蓖麻油磺化成磺化蓖麻油（土耳其红油）。
由于第一次世界大战时德国油脂短缺，促使科学家们研究新的洗涤剂。弗利斯·肯德（Fritz Gunter）发明了1，4－二异丙基萘－6磺酸和二丁基萘磺酸钠。虽然它们都并不是很理想的洗涤剂，但是足以满足当时德国工业上对洗涤剂的需求。
在1933年，波罗特（Procter）和卡马波（Gample）制出第一种家庭用的合成洗涤剂。这种合成洗涤剂渗到被弄脏的织物中的面积要比肥皂大，也不会留下干扰染色的薄膜。而且它在冷水中也能溶解，硬性溶液和硬水对它都无影响。
从那以后，随着合成纤维工业的发展及妇女从家务劳动中解放出来的呼声越来越强，合成洗涤剂工业就应运而生，并迅猛发展起来。现在，家用洗涤剂通常包括下列成分中的一部分或全部：合成洗涤剂；除去钙、镁离子的助洗剂；乳化剂；漂白剂；抗腐蚀剂；抗板结剂；软化剂；染料；香料；有的还有少量酶。
（1）合成洗涤剂 合成洗涤剂的分子结构与肥皂相似，都含有亲水基因和憎水基因。亲水的一端可以是阳离子、阴离子或非离子型的。
因为大多数织物在洗涤过程中都带上负电荷，所以市售的洗涤剂中绝大多数都是阴离子型的洗涤剂。阳离子型洗涤剂则是工业用的，例如，清洗装饮料的瓶子和酿酒用的各种器皿。非离子型的洗涤剂多用于洗衣机中，因为用洗衣机洗衣物时总希望产生的泡沫少些，过多的泡沫会影响波轮的转动和降低清洗能力。把2－辛醇硅酮或2－乙基己烷硅酮加入阴离子洗涤剂中，也可以达到减少泡沫的目的。
（2）助洗剂（增效剂） 它是用来络合那些导致水质变硬的离子（主要是钙、镁离子还有铁、铝等离子），使它们进入到溶液中，从而使污物在溶液中悬浮，阻止它们沉淀下来。同时助洗剂可以使洗涤水有适当的碱性，从而有助于溶解酸性污物。最常用的助洗剂是磷酸盐，但有时也用碳酸盐、硅酸盐或硼酸盐。最好的助洗剂是三聚磷酸钠（Na5P3O10）和焦磷酸钠（Na4P2O7）。碳酸钠（Na2 CO3）不能将钙、镁络合进溶液中，反之生成颗粒状碳酸盐沉淀，沉积在洗衣机底部。
（3）乳化剂 它的作用是阻止污垢的颗粒重新沉积在织物上，使污垢悬浮于水中漂走。最普通的乳化剂是羧甲基纤维素，其结构是：纤维—OCH2COO－Na＋，它能使污垢的颗粒带上一个负电荷，从而使污垢互相排斥，也使它们与通常负电荷的织物纤维互相排斥。因而它们既不聚集形成沉淀，也不易沾在织物上。
（4）漂白剂 当衣服中的颜料暴露于太阳、氧气及空气的污染物中时，它们的化学结构会发生变化，从而导致衣物褪色或变暗。但次氯酸的钙盐（Ca（ClO）2），或钠盐（NaOClO）在水中能产生氯气，氯气可以使颜料保持原来的色泽。所以，这些次氯酸盐常用作漂白剂。
（5）抗腐蚀剂 硅酸钠（Na2Si3O7）是一种防水剂，它能在金属表面形成一层不透水的薄膜，从而保护了这部分金属不被腐蚀。如果把它加到洗涤剂中，它可以防止洗衣机、金属纽扣和拉链等金属部件被腐蚀。硅酸钠不仅有抗腐蚀作用，同时它也是一种助洗剂。当然，它也保护了我们的资源。因为有了它，洗衣机的寿命延长了，我们就无须生产更多新的洗衣机。
（6）抗板结剂 洗涤剂如果在贮存过程中受潮而板结，使用时就会增加洗涤剂的用量。这不仅是因为结块的洗涤剂不易完全溶解，同时也因它易于沉淀在织物上。这样既造成洗涤剂的浪费，又缩短了织物的寿命。通常，加入少量硫酸钠（Na2SO4）就可以有效地阻止板结。
（7）软化剂 大多数软化剂是阳离子型的物质。织物在洗涤时纤维常带上负电荷。这样，阳离子试剂加入后就有与织物纤维相结合的趋势。软化剂又有一条长的有机物链状“尾巴”，其作用像润滑剂一样产生柔软的手感。软化剂也有乳化作用，并能保持水分，从而减少静电荷在织物表面的聚集。因此，改善了手感性能。
（8）着色剂和香精 如果将肥皂和洗涤剂全部都制成白色的，消费者必然会感到很枯燥。如果我们把少量颜料加进去，使这些洗涤剂呈现浅蓝色、粉红色的话，消费者就会觉得比较舒服。另外，肥皂和洗涤剂存放时会发生缓慢的化学反应，从而产生令人不愉快的气味。为了抵消这些气味就要加进些香精。
（9）酶 几年前国内市场上开始出现含酶的洗涤剂。使用这种洗涤剂时，我们常常要把衣服在温水中浸泡一下。因为酶在热水中是不活泼的。酶是蛋白质类的化学反应催化剂，它能将蛋白质和碳水化合物这样的大分子打破，从而加快了洗涤剂洗涤的速度。渍多的衣物特别适宜用含酶的洗涤剂。通常用的酶是用于降解蛋白质的朊酶和用于分解淀粉的淀粉酶。
有一段时期，曾经由于这些酶引起一些人严重的皮肤过敏，而使含酶的洗涤剂一度从市场上消失。现在，由于克服了这些缺点，同时因它具有良好的洗涤能力，所以，它又重新回到市场上，并深受广大消费者欢迎。
（10）发泡剂 泡沫可以使悬浮的油或污垢浮于水面上而被漂洗掉。一般来说，表面张力降低就会增加泡沫，非离子型洗涤剂发泡是不太理想的。有一类不起发泡作用的非离子型化合物，它们产生泡沫的时间很短。当含有这种洗涤剂的溶液流入沟渠时，泡沫就消失了。有些发泡剂加入仅是为了满足消费者的心理。因为消费者总认为洗涤水没有泡沫就没有洗涤能力。这个看法对肥皂来说是对的，而对合成洗涤剂来说就未必尽然了。
（11）去污剂 人们发现当玻璃器皿放在洗液中洗涤后，上面的污渍就被漂洗干净了。这些污渍是由漂洗水中少量不溶性盐引起的。若洗涤剂中含有用氯气与磷酸三钠作用生成的氯化磷酸三钠，它就可以溶解那些不溶性的盐，从而使玻璃器皿干净得闪闪发亮。
6．几种特殊的洗衣粉
（1）加酶洗衣粉 这是一种新产品。它除了含有洗衣粉中的化学成分外，还含碱性蛋白酶。在人体分泌的皮脂中，蛋白质含量高达30%，这些蛋白质比较牢固地附着在衣物上，普通的洗衣粉不容易洗掉。碱性蛋白酶能水解蛋白质的肽键，生成水溶性的氨基酸，氨基酸容易被水洗掉。加酶洗衣粉不宜久存，1年左右就失效。
（2）增白洗衣粉 增白洗衣粉里添加了荧光增白剂。当这种洗衣粉溶解于水时，荧光增白剂被吸附在衣物的纤维上，使光线中肉眼看不见的紫外线部分变成可见光。紫外线的波长是300～400nm，一般可见光的波长是400～800nm。当荧光增白剂吸收紫外线后，就使它转变成波长是400～500nm的紫、蓝、青可见光，能增加洗涤织物的白度和亮度。
（3）复合洗衣粉 这是用多种表面活性剂配制成的复合洗衣粉。这类产品去污力强，泡沫少，易漂洗，洗涤效果好。它的表面活性剂一般由少量中性离子表面活性剂（如脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚）和烷基苯磺酸钠复配而成。大家熟识的上海白猫牌洗衣粉和北京的北京牌洗衣粉都属于这类产品。
（4）漂白型洗衣粉 漂白型洗衣粉由洗衣粉中添加漂白剂而制成，如加过硼酸钠、过碳酸钠等过氧化物。我国目前的添加物是过碳酸钠。这类洗衣粉在60℃以上的热水中洗涤时能放出活泼的氧，对织物上的污迹产生漂白作用，但不宜在高温下洗涤有色衣物。
除了洗衣粉，还有许多其他的合成洗涤剂。餐具洗涤剂的表面活性剂是少量的聚醚，主要成分有三聚磷酸钠、无水硫酸钠。这类产品有粉状和液体两种，基本无泡，洗涤力主要由无机盐提供。地毯、软垫清洁剂又叫地毯香波。它属于轻垢型洗涤剂，内含焦磷酸等物质。
卫生清洁剂是随着现代卫生设施的出现而发展起来的一种日用化学品，其中含表面活性剂、消毒剂。卫生设施的污垢常有无机盐、金属氧化物和有机物，一般显碱性，因而有些产品由表面活性剂直接配入稀酸，并加入香料和氧化杀菌剂制成。
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