1. 引言
隨著化學(xué)工業(yè)的的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，但是在生活得到了極大的改善同時也造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題，甚至影響人類自身的健康與安全。隨著人們對于健康的要求逐漸提高，生活中無處不在的化學(xué)制品的安全性則引起了廣大人民的關(guān)注。而洗潔劑作為一種在生活及工業(yè)上大量使用的化學(xué)品其安全性更是引起了人民的高度重視。
化學(xué)制品的安全性曾一度陷入到信任危機(jī)中，造成這種局面的的原因，一方面是洗滌劑的生產(chǎn)高度依賴傳統(tǒng)原料，而另一方面則是公眾對化學(xué)生產(chǎn)缺乏相關(guān)的專業(yè)知識。
基于此背景，我們基于綠色化學(xué)的核心—“從源頭減少和消除對環(huán)境的污染”，對洗滌劑的配方進(jìn)行了設(shè)計以及開發(fā)。在這款洗滌劑中，我們使用了環(huán)境友好型的表面活性劑以及對水中微生物有抑制作用的相關(guān)化學(xué)試劑。
2.洗滌劑的發(fā)展現(xiàn)狀
人類自從進(jìn)入文明社會以來，洗滌活動便一直是人類生活不可或缺的一部分。大約5000年前，人類就采集植物皂角和草木灰中的堿性物質(zhì)等自然界中有利于洗滌的物質(zhì)進(jìn)行洗滌活動。三百年后，人類便制造出了表面活性劑。一百多年前，肥皂就被人類創(chuàng)造了出來，自此之后由油脂、堿、鹽、香料、色素制成的肥皂也就成為了傳統(tǒng)的洗滌劑。首個人工合成的洗滌劑烷基萘磺酸鹽出現(xiàn)在次世界大戰(zhàn)期間，其于1917年由德國的巴斯夫公司開發(fā)，并于1925年正式投入生產(chǎn)。合成洗滌劑的推廣則是1935年到1939年間烷基苯磺酸鈉和四聚丙烯烷基苯被發(fā)現(xiàn)并正式投入生產(chǎn)以后。
我國的洗滌產(chǎn)業(yè)開始的則相對較早，起始于1906年由宋則久建立的天津皂胰公司。而我國的合成洗滌劑的研制則開始于1957年。由于合成洗滌制品的性能優(yōu)越，其被人類投入大量精力研制，發(fā)展速度非常的迅速。現(xiàn)今合成洗滌劑已成為洗滌用品中的主導(dǎo)產(chǎn)品，無論是種類還是數(shù)量上，合成洗滌制品都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過肥皂。改革開放以來，我國的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，輕工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的占比越來越大。與人類生活息息相關(guān)的日化行業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也隨著國人消費(fèi)意識的日益變化而不斷完善，21世紀(jì)的中國日化行業(yè)的發(fā)展空間也是巨大的。
3. 洗滌劑的有效成分及作用機(jī)理
3.1 洗滌原理
通常意義上的洗滌是指從載體表面去除污垢的過程。在洗滌時，通過洗滌劑的作用以減弱或消除污垢與載體之間的相互作用，使污垢和載體的結(jié)合轉(zhuǎn)變?yōu)槲酃概c洗滌劑的結(jié)合，最終通過清洗等方法使污垢與載體脫離。洗滌作用的基本過程可用下面的簡單關(guān)系表示：
載體·污垢 + 洗滌劑
載體 + 污垢·洗滌劑
污垢在物體上的黏附有物理性黏附與化學(xué)性黏附兩種，物理性黏附又分為機(jī)械性黏附和靜電黏附兩種。
化學(xué)黏附主要指通過化學(xué)鍵實現(xiàn)的黏附作用，例如纖維物品上黏附的蛋白質(zhì)、和鐵銹就是化學(xué)黏附。這類黏附由于化學(xué)作用力一般都比較強(qiáng)，所以污垢與基質(zhì)結(jié)合的較為牢固，非常難以去除，需要通過特殊方法進(jìn)行處理。
通過物理黏附的的污垢與基質(zhì)的作用力比較弱，相對于化學(xué)黏附來講，去除比較簡單。機(jī)械力粘附的污垢易去除，只有當(dāng)污垢的質(zhì)點較小(<0.1 um)時才難去除。靜電力粘附表現(xiàn)在帶電的污垢粒子在異性電荷上的作用，這種作用力比機(jī)械力要強(qiáng)，因而污垢的去除相對困難。
去除污垢的洗滌的過程一般認(rèn)為有以下幾種：
A.吸附，洗滌劑中的表面活性劑在污垢及載體的界面發(fā)生定向吸附
B.潤濕與滲透，由于表面活性劑的界面定向吸附，洗滌劑可滲透到污垢和載體之間，是洗滌劑潤濕載體，降低污垢與載體的附著力
C.污垢的分散于穩(wěn)定，從載體表面脫落的污垢被分散、被乳化或被增溶在洗滌劑溶液中，保證脫落的污垢不在附著于洗凈的表面主體。
3.1.1 污垢的種類
污垢是指黏附在載體上的油脂類物體以及油脂類物體的粘附物，其成分非常的復(fù)雜，但是根據(jù)形態(tài)的不同大致可以分為固體污垢、液體污垢以及特殊污垢。
最常見的固體污垢有鐵銹、灰塵、炭黑顆粒等，這些物體表面一般都帶有負(fù)電荷，因此非常容易吸附在基質(zhì)上。一般的固體顆粒類污垢都是難溶于水的物質(zhì)，但是它們卻很容易在加了洗滌劑的水溶液中被分散，質(zhì)點越大的固體顆粒越易于被去除。常見的液體污垢大都是油溶性的，它們大都能與堿液發(fā)生皂化作用，這也是為什么洗滌劑多呈堿性。特殊的污垢主要是血漬、植物汁液、人體分泌物等難以被去除的物質(zhì)，這一類的污垢主要靠漂白劑來去除，因為漂白劑的強(qiáng)氧化性可以破壞其生色基團(tuán)。
3.2 洗滌劑中的有效成分
在洗滌劑中其主要作用的是表面活性劑，也稱為表面活性物質(zhì)。它們在水中能迅速溶解，并能顯示出良好的去污、發(fā)泡、增溶乳化、潤濕、分散等性能。
3.2.1 表面活性劑及其前世今生
實驗發(fā)現(xiàn)，在水中加入一些物質(zhì)時，可使水的表面張力發(fā)生改變，加入的物質(zhì)不同，對水的表面張力的影響不同。
就降低表面張力這一性質(zhì)而言，我們把能夠使溶劑的表面張力降低的性質(zhì)稱之為表面活性，具有表面活性的物質(zhì)則稱之為表面活性物質(zhì)。我們把加入少量能使其溶液體系的界面狀態(tài)發(fā)生明顯變化的物質(zhì)，稱為表面活性劑。
表面活性劑是這樣一種物質(zhì)，在溶劑中加入很少量既能顯著降低其表面張力，改變體系界面狀態(tài)，從而產(chǎn)生潤濕或反潤濕、乳化或破乳、分散或凝聚、起泡或消泡、增溶、保濕、殺菌、柔軟、拒水、抗靜電、防腐蝕等一系列作用，以滿足實際需要。
皂基表面活性劑最早發(fā)現(xiàn)在公元前2500年左右的古埃及，古埃及人使用羊油及草木灰的混合物制造清洗用品，到了公元70年左右由羅馬帝國的普林尼制造出塊羊油皂。直到1971年，法國化學(xué)家盧步蘭發(fā)現(xiàn)了利用電解氯化鈉法制取燒堿的方法后，肥皂才普及開來2。
表面活性劑發(fā)展的第二個時期的產(chǎn)物是土耳其紅油（Turkey Red Oil）又叫太古油，是由蓖麻和濃硫酸在較低的溫度下反應(yīng)，再由氫氧化鈉中和而成，土耳其紅油的乳化性、滲透性、潤濕性、擴(kuò)散性都非常優(yōu)秀，并且其在耐硬水、耐酸、耐金屬鹽、等方面的性能都比肥皂要好。
3.2.2 表面活性的結(jié)構(gòu)
表面活性劑的獨(dú)特性質(zhì)源于其特殊的分子結(jié)構(gòu)。表面活性劑一般是線形分子，其分子同時含有親水性極性基團(tuán)和親油性的非極性疏水基團(tuán)。
疏水基可以有有許多不同的結(jié)構(gòu)，如直連、支鏈、環(huán)狀等，常見的是碳?xì)滏?，可以是烷烴、烯烴、環(huán)烷烴、芳香烴，碳原子數(shù)大都在8到20范圍內(nèi)。其他疏水基還有脂肪醇、烷基酚、含氟或硅以及其他元素的原子團(tuán)等。
親水性基團(tuán)則有陰離子型、陽離子型、；兩性離子型、非離子型等種類。其中離子型的能夠在水中電解從而帶電荷，非離子型的不能在水中電離，但是卻具有極性和水溶性。
3.2.3 常見有害表面活性
表面活性劑在人類的生活中大量應(yīng)用，但不可否認(rèn)的是其仍是一種化學(xué)制品。有很多表面活性劑的原料都具有一定的毒性與污染性。不可避免的，其會對于環(huán)境造成危害，接觸到人體的話也會對人的皮膚造成一定的刺激，有些甚至帶有較強(qiáng)的毒性和腐蝕性，會對人體造成很大的損傷，以下是對于幾種常見的有害的表面活性劑的介紹：
A. APEO：APEO是常見的非離子表面活性劑中的一種，它是由烷基部分和乙氧基部分組成，隨著前者碳鏈的長度不同與后者加成數(shù)量不同，APEO會有許多不一樣的存在形式，而且不同形式的性能的差異也很大。APEO合成中，其主產(chǎn)物并沒有致癌性，但其副產(chǎn)物卻會對皮膚和眼睛造成一定的腐蝕性，嚴(yán)重的甚至能致癌。雖然并不直接對生物造成危害，但是APEO卻有環(huán)境激素問題?；瘜W(xué)物質(zhì)通過各種方式進(jìn)入人體，并且在人體內(nèi)發(fā)揮類似雌性激素的作用，擾亂人體的正常的激素分泌，從而使得男性產(chǎn)生的精子量減少。不只是對人類有危害，據(jù)報道稱其合成原料NPEO對魚類也有較大的危害3。
B. PFOS：PFOS的全稱是全氟辛烷磺?；衔铮琍FOS是一類全氟表面活性劑的統(tǒng)稱，它具有環(huán)境放大效應(yīng)，由于PFOS的特殊的理化性質(zhì)，它相當(dāng)?shù)碾y以降解，被認(rèn)為是最難降解的物質(zhì)之一。它通過食物鏈進(jìn)入動物及人體后大量積累從而對生物的健康造成較大的影響。
C. LAS：LAS能對環(huán)境造成較大的危害，它是一種重要有機(jī)污染物，因為它能改變土地的理化性質(zhì)，例如它會改變土壤的PH值和含水量。使植物難以生長。除此之外在進(jìn)入水體后，LAS還能與其他污染物結(jié)合成分散膠體顆粒，并且其對高等生物的幼體以及低等生物表現(xiàn)出毒性。
D. 氟碳表面活性劑：PFOA和PFOS是傳統(tǒng)的氟碳表面活性劑的主要兩種。但是有相關(guān)研究稱這類化合物的毒性較高。其能對環(huán)境造成持續(xù)的污染，并能在生物體內(nèi)大量積累。因此被聯(lián)合國與2009年列為持久性有機(jī)污染物（POSs）。
4. 一些綠色環(huán)保型以及新型表面活性劑
A. 氨基酸型表面活性劑：氨基酸類表面活性劑的主要原料為生物質(zhì)，其來源廣泛。并且氨基酸類表面活性劑具有毒副作用比較小，性能比較溫和，對生物的刺激性小，生物降解性能好等優(yōu)點。氨基酸類表面活性劑同樣可以按照在水中電離后親水基的電荷性質(zhì)分為陽離子型、陰離子型、非離子型、兩性型四種。常見的氨基酸類表面活性劑有N-烷基氨基酸型、氨基酸酯型、N-?；被嵝汀?/p>
B. 鳳梨酵素表面活性劑：鳳梨酵素表面活性劑是利用油茶籽榨油后剩下的茶粕和油餅、鳳梨皮加入酵母粉果膠酶以及其他菌類發(fā)酵制成，其有效成分的分子結(jié)構(gòu)雖然尚不明確，但是實驗數(shù)據(jù)表明，其具有良好的洗滌性能。
C. SAA:SAA是棕櫚油衍生物，SAA作為可再生植物原料的生產(chǎn)物，其收到了廣泛的關(guān)注，不僅其生產(chǎn)過程綠色環(huán)保，而且在含有較多鈣鎂離子的硬水中析出鈣鹽的速度較常用的表面活性劑(LAS、AS)等要慢很多，也就是說，在實際應(yīng)用中，其洗凈能力也較優(yōu)秀。
5. 對洗滌劑未來的展望
縱觀全球的洗滌產(chǎn)品的市場，盡管不同的國家的發(fā)展重點不同，發(fā)展趨勢也不同，但是洗滌產(chǎn)品的大致研究方向是一樣的。洗滌產(chǎn)品的濃縮化8、液體化已經(jīng)成為了主流，而節(jié)水、安全、節(jié)能、安全、專業(yè)、環(huán)保、多功能等更是成為了洗滌產(chǎn)品發(fā)展的熱門方向。而洗滌劑的原料—表面活性劑，更是向著溫和型、復(fù)配型、環(huán)保型發(fā)展，其中，擁有高效、專一、環(huán)保等優(yōu)點酶制劑則更是洗滌劑發(fā)展的熱點。總體說來，洗滌行業(yè)的發(fā)展趨勢主要有以下幾種：
1.洗滌制品的多樣化、專業(yè)化、產(chǎn)品的細(xì)分化。洗滌產(chǎn)品的根據(jù)狀態(tài)分為固態(tài)、粉狀、液態(tài)以及凝膠狀。根據(jù)有效成分的含量又可分為濃縮型和普通型。也可以根據(jù)包裝的不同、顏色的不同以及香味的不同分為多種不同形式。
2.液體的洗滌產(chǎn)品會成為最有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N。因為同固體的洗滌產(chǎn)品相比，液體的洗滌產(chǎn)品的低溫洗滌效果更好，配方也更為靈活，制造工藝更為簡單，同時生產(chǎn)液體洗滌產(chǎn)品所需要的設(shè)備投資更少，更加的節(jié)省能源。
3.洗滌產(chǎn)品會逐漸趨于濃縮化，自2009年以來，洗滌劑濃縮化產(chǎn)品便逐漸的形成了三大類——濃縮洗衣粉、濃縮洗衣凝珠、濃縮洗衣液8。濃縮化的洗滌產(chǎn)品與傳統(tǒng)的產(chǎn)品相比具有具有顯著的優(yōu)點——活性物含量高、去污能力強(qiáng)、節(jié)約能源。由于是經(jīng)過濃縮的產(chǎn)品，因此其還具有節(jié)省包裝材料、運(yùn)輸成本低、倉儲空間需求較小等優(yōu)點。
4.人體安全化。如前文所述，隨著生活水平的提高人們對洗滌產(chǎn)品好壞的評價標(biāo)準(zhǔn)不再是是否能夠?qū)⑽蹪n清洗干凈，洗滌劑是否對人體安全無毒、溫和不刺激也成為了人們選擇洗滌劑的重要參考條件。
5.產(chǎn)品環(huán)?；?。由含磷洗滌劑引起的富營養(yǎng)化問題、漂白劑引起的負(fù)環(huán)境效應(yīng)引起了人們的普遍關(guān)注，應(yīng)綠色化學(xué)的要求，洗滌劑的原料選擇逐漸趨于環(huán)境友好型、溫和型。
6. 多功能化。多功能化是社會各種產(chǎn)品發(fā)展的趨勢，一物多用成了人們生活各種物品的普遍現(xiàn)象，因此未來洗滌劑在去污的同時也會兼有殺菌、消毒、漂白等作用。