清潔劑的小資料(20點) - 社會議題

By Edward Lewis
at 2008-03-17T00:00

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因為小弟我要去參加小論文比賽
我題目是清潔劑之類的
我想知道清潔劑詳細相關性資料
例如"蘇打粉能除臭味、去油垢，
去除鍋子內燒焦的食物、烤箱的污垢
或是哪些清潔劑有害副作用
如
"清潔劑都含有壬基酚影響生育近4成"
可否有人能幫我解釋題目
「壹●前言」
「貳●正文」
「參●結論」
「肆●引註資料」
↑
謝謝

Tags: 社會議題

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By Franklin
at 2008-03-20T19:33

清潔劑

前言
在我們的生活上，都有使用清潔劑的經驗，無論是清潔我們的身體，或者使用的衣、物。水是地球上最多的溶劑，因此在洗滌物品時，我們首先考慮使用的是水。但是有時候，當水無法將污染的物質清除時，就要藉助於一些其他的物質來清除污染。無論這些物質是什麼，清除污染物的物質通稱清潔劑。
在古老的社會中，婦女在河流邊洗衣服。她們將衣服在岩石上用木棍敲打衣服，在河水中洗滌衣服，編織成了一幅詩情畫意的景象。她們在衣服中放著一些植物，利用敲打將植物的汁打出來，清潔衣服。一些植物例如皂草(soapwort) 是天然的清潔劑。
除了天然的清潔劑之外，為了生活上的需要，製造清潔劑。肥皂是最早工業製造出的清潔劑，在十五世紀，在威尼斯已經有肥皂的生產；到了十九世紀，肥皂製造己成為主要的工業。之後，由石化原料製成的界面活性劑取代了肥皂，成為清潔劑的主流。肥皂、界面活性劑是如何清潔衣、物？我們所常用的清潔劑是怎樣清除油污？清潔劑中填加劑又是做什麼用？本文就清潔劑的的作用和演變做簡單的介紹。
肥皂
肥皂是脂肪酸的金屬鹽類，以下式代表，其中M+是金屬離子（通常是鈉離子），負離子部分是由脂肪酸衍生而成的：
肥皂的合成可以追溯到大約2500年前的羅馬時期。當時將動物脂肪和木灰混在一起煮，木灰中的碳酸鉀(K2CO3)會引發一系列的反應，如圖1。在圖1的第一個反應形成的氫氧化鉀使三甘油脂分解成甘油和脂肪酸鹽（笫二個反應）。氫氧根離子使三甘油脂分解稱為皂化。現在的肥皂使用氫氧化鈉取代氫氧化鉀，加入氫氧化鈉使肥皂的溶解度降低而固化（稱為鹽析），成為條狀的肥皂塊，而含鉀的肥皂無法固化是液體肥皂。
典型的肥皂是含14個碳氫鍊脂肪酸的鈉鹽（如圖2）。雖然肥皂是由一個碳氫長鏈和離子組成的鹽類，肥皂的特性和一般的鹽類不相同。通常的鹽類是親水性的（hydrophilic），鹽類中的陽離子和陰離子分別被水分子包圍而溶解於水。而脂肪（和油）是疏水性的（hydrophobic），不溶於水，當油和水混合時由於油的碳氫鏈和水互相排斥而分離，形成兩層。由於肥皂分子結合鹽類的親水特性和油脂的疏水特性，因此肥皂可以同時和油、水作用，更重要的是肥皂可以成為油、水混合的中間物。肥皂使油、水混合是一種很重要的功能，存在油中的髒污因為油阻擋住水，無法用水去除，而肥皂可以克服這個障礙。

界面活性劑
肥皂是界面活性劑的一種，因為肥皂可以使水穿透油滴的表面，把油滴化分成許多小油滴。小油滴和肥皂作用而懸浮在水中，不會互相再結合。
肥皂的界面活性劑作用可以以微觀的肥皂分子來解釋，肥皂在水中互相結合在一起形成微泡（micelles），以疏水端聚結防止和水作用，而親水端在表面和水接觸（如圖3左）。在清潔器物時，被化分成小油滴陷入微泡中（如圖3右），而洗滌時將含小油滴的微泡移除。
肥皂的疏水性和親水性必須平衡才能成為有效的界面活性劑。含14個碳的脂肪酸所製成的疏水性和親水性達到最佳的平衡，當碳氫鏈太長，肥皂的疏水性較大，在水中的溶解性降低，無法溶解、清洗；當碳氫鏈太短，微泡無法有效的捕捉住小油滴。
沒有含14個碳的碳氫鏈天然來源的油脂，但是以椰子油最為相近。許多洗手肥皂廣告以含椰子油為號召，事實也是如此，椰子油含高成分的12個碳、14個碳、16個碳的脂肪酸。另外，椰子油的飽和成分較高（低碘值），不易被氧化也是由椰子油製成的肥皂的特點。
普通肥皂常用牛、羊的油脂製成。牛、羊的油脂含90%的16個碳和18個碳的脂肪酸，通常須要混合一些椰子油。如果用熱水洗衣，長鏈脂肪酸降低溶解度的問題可以因為熱水增加溶解度解決。
肥皂泡沫的現象也可以用肥皂的疏水性和親水性解釋。在水的表面，肥皂的親水端由於溶解於水而在水表之下；而疏水端則豎立在水表之上。由於親水端和水的吸引力很弱，產生泡沫的現象。由椰子油製成的肥皂起泡效果很好。

肥皂的其他用途
當鈉鹽的肥皂以其他金屬例如鋁、鎘、鈷、鎂、鎳、鋅和鉛取代，可以製成不同用途的製品。銅鹽、鋅鹽的肥皂被用做塗料的殺菌劑；有很多金屬鹽的肥皂加入礦物油可以做為潤滑油。

水的硬度
因為洗衣用水的硬度使得肥皂不適合用來洗衣服，洗衣用清潔劑取代肥皂。水的硬度是用於水中含有金屬離子，主要是鈣離子（Ca2+）和鎂離子（Mg2+）。肥皂中脂肪酸的陰離子和鈣離子、鎂離子產生不溶的沉澱物。這些沉澱物會附著在衣服上。發展出烷基苯磺酸（alkyl-benzene sulfonate, ABS）清潔劑解決這個問題。這個合成的清潔劑是由丙烯和苯合成的，合成的反應如圖4。
如同肥皂，這個合成的清潔劑也含有疏水性和親水性，因此可以穩定油-水的乳化。當鈉離子被鈣、鎂離子取代時，仍然溶解在水中，不會產生沉澱。但是當烷基苯磺酸與鈣、鎂離子，它就失去吸取油的能力。
2008-03-17 17:02:29 補充：
清潔劑的填加劑
大多數的家庭沒有軟水裝置，但是水多少含有水硬水成分。在1947年，合成的清潔劑「汰漬」含15-20%界面活性劑和20-65%填加劑（builder）。利用填加劑和鈣、鎂離子結合軟化硬水成分，使清潔劑發揮它的功能。最常用的填加劑為焦磷酸鈉（sodium pyrophosphate）和三磷酸鈉（sodium tripolyphosphate），可以和鈣、鎂離子形成錯離子而溶解於水中。
2008-03-17 17:02:34 補充：
焦磷酸鈉和三磷酸鈉除了可以增強洗淨能力之外，它本身沒有毒性也是優點之一，因此在50年代ABS加磷酸鹽的清潔劑為清潔劑的主流。在60年代的早期發現，ABS在廢水處理時，微生物並無法完全分解，在某些地區含ABS的廢水因此回流到家庭供水系統中。在1965年ABS被線性烷基苯磺酸（linear alkyl-benzene sulfonate, LBS）清潔劑取代。
2008-03-17 17:03:12 補充：
LBS和ABS同樣是石化原料合成，兩者主要結構上的不同在於LBS的碳氫鏈沒有支鏈，而ABS的碳氫鏈有支鏈。沒有支鏈的LBS和脂肪酸相似容易被生物分解及廢水處理，而有支鏈的ABS不易被分解。在1967年另外一個環境上的問題注意到清潔劑中磷酸填加劑對水中藻類生長的問題。磷是控制植物生長重要養分之一，如果過多，會使水中藻類過分繁殖，稱為優養化。雖然藻類可以進行光合作用提供水中動、植物氧氣，但是如果藻類過分繁殖，所製造的氧氣會脫逸到大氣中，而加速水中生物繁殖增加氧氣的需求及藻類過分繁殖覆蓋水表阻斷光合作用，使得水中的氧降低，總結破壞了生態循環，在此極端的情況的湖泊稱為死湖。
2008-03-17 17:04:03 補充：
首先的策略是降低清潔劑中磷酸填加劑的量，到1970年代中期開始有製造廠以晴基三乙酸鹽（sodium nitriloacetate, NTA），取代磷酸填加劑，有效的結合硬水離子。到了1970年代末期，因為NTA也會和水中其他金屬離子，例如鎘和汞結合。考慮到NTA和金屬離子結合，而將環境中的金屬離子集中，造成污染，因此在1980年代，清潔劑中的填加劑還是以磷酸鹽為主，只是含量降。到了1990年代，填加劑以檸檬酸鈉（sodium citrate）, 碳酸鈉（sodium carbonate）和沸石（zeolites），取代。
2008-03-17 17:04:22 補充：
檸檬酸鈉的化學結構和NTA相似，適合和鈣、鎂離子結合，但是結合能力不如磷酸鹽強。由於檸檬酸鈉的溶解度較高，適合用於液體清潔劑，碳酸鈉和沸石只能用在清潔粉劑中。
洗滌蘇打或碳酸鈉可溶於水，但是和鈣、鎂離子產生碳酸鈣、碳酸鎂沉澱：
Ca2+ + Na2+CO32- → CaCO3 + 2Na+
Mg2+ + Na2+CO32- → MgCO3 + 2Na+
2008-03-17 17:04:42 補充：
洗滌蘇打不被採用的原因之一是當碳酸鈉和水作用會產生氫氧化鈉，高鹹度的氫氧化鈉可能對孩童產生危險。
沸石是另外一個磷酸鹽的取代填加劑。在清潔劑中沸石的功能是離子交換，在沸石的三度空間結構中，鈉離子和帶負電荷的鋁原子聯結著。鈣離子很小，能夠穿過沸石架構，由於鈣離子的電荷較大，可以取代鈉離子而被捕捉住。鎂離子雖然比鈣離子小，但是和水分子形成的水合物不能自由進出沸石。雖然沸石不會影響生態的物質，但是它的功效比磷酸鹽填加劑差。
2008-03-17 17:04:59 補充：
新的界面活性劑
面對清潔劑中界面活性劑的不完美，研究單位提供新的界面活性劑，包括陰離子界面活性劑、陽離子界面活性劑和非離子界面活性劑。這些物質目前或者取代LAS，或者混合LAS使用。
兩種取代LAS的陰離子界面活性劑為硫酸醇的界面活性劑（alcohol sulfate, AS）和硫酸醚的界面活性劑（ether sulfate, ES）。AS是由碳氫長鏈的醇類和三氧化硫反應，再和氫氧化鈉作用製造成。由於AS不會對眼睛或皮膚產生敏感，早就被使用於洗髮精和手洗洗碗精上。雖然AS的價格比LAS高，但是AS較適合硬水使用。許多AS產品加入ES增加在硬水中的溶解度。
2008-03-17 17:05:18 補充：
ES由短鏈的碳氫醇類和二到四個單位的環氧乙烷（ethylene oxide）合成後，再和三氧化硫及氫氧化鈉作用製造成。由於醚類的極性較大，ES在水中溶解度較大，適合硬水使用。
現今的液體洗衣精混合了ES和非離子界面活性劑。三種常見的非離子界面活性劑是fatty alcohol ethoxylate, fatty alkanol amide, amine oxide。fatty alcohol ethoxylate不是一種好的發泡產品，通常用在不需要高發泡的液體洗衣精，因為是非離子界面活性劑，不會受到硬水離子的影響，但是以洗靜效果而論，比陰離子界面活性劑差。
2008-03-17 17:05:48 補充：
fatty alkanol amide和amine oxide非離子界面活性劑的價格較高，但是兩者都是高發泡性，適合用在洗髮精或液體手洗洗碗精。
陽離子界面活性劑例如季銨鹽（quaternary ammonium salt），由於價格較高和效果較差，很少用在清潔劑中，但是可以用於纖維柔軟劑中。
其他清潔劑成分
清潔劑中除了界面活性劑和填加劑為主要清潔效果之外，還加入一些其他物質，如纖維柔軟劑、填充劑、光鮮劑、酵素等。
2008-03-17 17:06:02 補充：
纖維柔軟劑（fabric softeners）：陽離子界面活性劑雖然不能用在清潔劑中成為洗靜的目的，但是可以用為纖維柔軟劑和抗靜電劑。很多洗衣機設定在最後一次洗滌時加入液體纖維柔軟劑，纖維帶負電荷吸引帶正電荷的陽離子界面活性劑，即使烘乾後，這些正電荷的陽離子界面活性劑還留在纖維中，使衣服柔軟的感覺並且提供抗靜電的效果。陽離子的纖維柔軟劑不能在陰離子界面活性劑清除之前加入，否則陽離子界面活性劑和陰離子界面活性劑結合產生沉澱。
2008-03-17 17:06:17 補充：
填充劑（fillers）：為了使粉末狀的清潔劑能夠容易的由容器中倒出，不會黏在盒子上，大多數的粉末狀清潔劑都填加了填充劑，通常是硫酸鈉。硫酸鈉容於水，在洗滌時水帶出，不會影響洗滌效果。
光鮮劑（optical brighteners）：洗過的纖維呈現淡黃色，清潔劑中加入光鮮劑是為了克服這個問題。光鮮劑是利用螢光的原理，吸收不可見的紫外光，放出藍光，由於藍光是黃光的互補光，使得纖維看起來更白。
酵素（enzymes）：有些清潔劑加入酵素用分解污垢。兩種常用的酵素是澱粉酵素（amylases）和蛋白質酵素（proteases）；澱粉酵素用於去除澱粉類污垢，蛋白質酵素用於去除蛋白質類污垢。
2008-03-17 17:06:31 補充：
後記
化學是物質的科學，而我們日常生活所用的器、物許多都和化學有關。很多物質除了科技的進步而有所改進之外，因為時空的變化，也會改變成品的改變，例如環境問題。雖然清潔劑在我們日常生活中是一個小小的用品，但是由其改進的歷史，可以看到化學在改進中扮演的角色。
2008-03-17 17:12:37 補充：
http://www.nchu.edu.tw/~infochem/%BD%B2%A9v%A6%F6/...

By Isabella
at 2008-03-21T13:51

大部分的清潔劑並不是真的清除汙垢
而是將汙垢帶走而以，這些汙水流到河川還會破壞環境

清潔劑的小資料(20點) - 社會議題

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