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岡瑟首先制得磺酸鹽?

肥皂被洗衣粉逐漸取代

在埃及首都開羅市西南部黃澄澄的沙漠中矗立著壹座座方錐形的金字塔陵墓,其中規模最大的壹座是古埃及第四王朝法老(Pharaoh的音譯,古埃及國王的稱呼)胡夫(Khufu,約公元前2589-2566)的金字塔。據說有壹次胡夫指令廚師備宴招待賓客,壹位廚師不慎將壹盒牛油打翻在木炭灰裏。他連忙把混有牛油的炭灰捧出扔掉。當他返回用水洗手時,意外地發現手洗得特別幹凈。法老胡夫得知後馬上吩咐仿制,於是人類最早的肥皂就這樣問世了。這是古埃及關於肥皂的傳說。

這個傳說可能來源於1世紀古羅馬作家及歷史學家老普林尼(Pliny the Elder,23-79)的著作《自然史》中的敘說。愛好沐浴的羅馬人把草木灰放入水中煮沸,然後把動物油脂加入草木灰水中,再不斷添加草木炭攪拌,直至呈稠糊狀,用來擦洗身上的汙垢。

到1180年,英國英格蘭西南部港口城市布裏斯托爾(Bristol)已成為當時歐洲肥皂貿易中心。根據英國歷史學家斯托(John Stow,1525-1605)的記述,英國女皇伊麗莎白壹世(ElizabethⅠ,1533-1603)統治時期有三種肥皂,第壹種是用鯨魚油制的粗肥皂,第二種是用西班牙西南部城市塞維爾(Seville)出產的橄欖油制造的甜肥皂,第三種是牛油制的帶斑點的或灰色的肥皂F.Sherwood Taylor.A history of industrial chemistry.London:Heinemann,1957。。這些肥皂都是用草木灰制的。

草木灰中含有碳酸鉀,它與動植物脂肪進行化學反應後生成的肥皂是鉀皂,是壹種粘滑的半固體或液體,常是黃綠色。直到路布蘭制堿法出現後,特別是在食鹽水電解制取氫氧化鈉成功後,才大量出現現今使用的固體的洗滌皂——鈉皂。鉀皂是用作汽車和飛機的清洗劑。

1813-1823年間,法國長壽化學家謝弗勒爾(Michel Euqéne Chevreul,1786-1889)發表研究動植物脂肪中的主要化學成分硬脂酸甘油酯和軟脂酸甘油酯與燒堿進行皂化反應的成果,指出皂化反應生成硬脂酸鈉或軟脂酸鈉和甘油;指明肥皂是壹種脂酸鹽,在濃食鹽溶液中不溶解,而甘油在食鹽溶液中的溶解度很大,因而可以利用加入食鹽的方法,把肥皂和甘油分開。於是生產肥皂成為壹項化學工業。在生產實踐中將動物油脂與燒堿在大鍋中熬煮壹段時間後倒進食鹽細粉,大鍋中便浮出壹層粘稠的膏狀物,將它刮到模具中,冷卻後即成壹塊塊肥皂。

1870年前後,英國在肥皂制造中首先添加矽酸鈉作為填充劑,後來又添加各種香料。隨著肥皂需求的增加,更多地將動物油脂改用植物油。

我國古代勞動人民很早就用天然產物洗滌衣物,最早使用的是草木灰的淋液和天然堿的溶液。除此以外還發現不少植物的根、葉、果實可用來洗滌。皂莢是常用的壹種,是壹種喬木皂樹的果實,其中含有皂素,是壹種中性的高分子化合物,在硬水和軟水中都能形成持久的泡沫,使絲毛織物洗後具有很好的光澤和手感,但皂素有毒。

公元5世紀我國農業科學家賈思勰編著的《齊民要術》中講到,豬胰子可以去垢。這是因為動物的胰腺有多種消化酶,可以分解脂肪、蛋白質以及澱粉,有去垢作用。到清朝末年,市場上出現“桂花胰子”、“玫瑰胰子”等洗滌用品。這是將豬胰、砂糖、天然堿、豬油脂和香料等混合研磨,攪拌壓制成球形或塊狀,是我國創造的“肥皂”。當歐美肥皂傳入我國後,就有“洋胰子”的名稱。“洋胰子”在我國出現於19世紀下半葉。19世紀60年代初,英、德商人先後來我國建廠生產肥皂。中國人自己經營的第壹個肥皂企業是清朝光緒29年(1903年)申請登記的宋恒春創辦的天津中華造胰公司。

肥皂是壹種洗滌劑,是壹種表面活性劑,是壹種能夠降低液體表面張力的物質。液體表面張力是液表面分子受內部分子吸引而使液體趨向收縮的壹種力。空氣中的小液滴、樹葉和小草上的露珠都呈球形就是表面張力的緣故。在壹小瓶水中滴進幾滴油,即使蓋上蓋子用力振蕩後,油還是小油珠,這也是表面張力的緣故。可是往含小油珠的水中加入少量肥皂水,情況就不同了,振蕩後油和水不再分開了,而是形成牛乳壹樣的乳狀液。

肥皂的主要化學成分是硬脂酸鈉(C17H35COONa)。它在水中離解:

肥皂作為壹種洗滌用品,為人類服務了上千年,功不可沒。可是隨著人類文明的進展和社會的需求,它面臨的挑戰越來越強烈。

首先在生產肥皂中需要油脂,每生產壹塊肥皂大約要100克油脂。隨著全世界人口的不斷增長,食用油脂供應日益緊張。生產肥皂的另壹原料燒堿同樣隨著工業的發展,供需矛盾也日益突出。

其次用硬水洗衣服,肥皂會與硬水中含有的鈣離子、鎂離子結合,生成不溶於水的沈澱物,不但浪費肥皂,而且這些沈澱物會牢牢吸附在織物纖維的空間中,使衣服變黃、變硬。

於是化學家們尋找肥皂的代用品,有人找到了土耳其紅油。這種油是1834年由德國化學家龍格(Friedlieb Ferdinand Runge,1795-1867)將橄欖油經硫酸磺化制成的,由於英國壹家印染廠主克魯姆(Walter Crum,1796-1867)用廉價的蓖麻子油代替橄欖油用作染土耳其紅色染料的助劑而得名。它的分子中也含有親油基和親水基,具有潤濕、乳化、分散等作用,除用於染色外,也用於制革、造紙,但用於洗滌效果並不明顯。

第壹次世界大戰期間,德國油脂短缺,1916年化學家岡瑟(Fritz Gunther)制得丙烷基萘磺酸和丁烷基萘磺酸鈉,分別以Nekal A和NekalBX作為洗滌劑商品投入市場,首先提出了烷基芳基磺酸鹽型洗滌劑Clifton E.Meloan.Detergents-soaps and syndets.Chemistry,1976,49(7)。。這些洗滌劑屬於短鏈烷基芳基磺酸鹽型。

到20世紀30年代初,美國市場上接著出現了長鏈烷基芳基磺酸鹽,並且把芳基由萘改為苯,即烷基苯磺酸鹽,其中苯和烷基均來自煤油或輕柴油。它們的分子中也和肥皂壹樣含有親水性基和親油性基,但與肥皂不同的是它與硬水中的鈣離子和鎂離子形成的鹽是溶於水的。

分子結構可用下式表示:

大約從1965年起,所有主要洗滌劑的制造商都從支鏈型烷基苯磺酸鹽轉到直鏈型烷基苯磺酸鹽而改變了配方。

多年來工業上就已經知道有羧甲基纖維素鈉,1936年就有人在法國申請專利,使用它作為洗滌劑的添加劑。但是這個專利並沒有發揮多大的作用。直到第二次世界大戰,德國因肥皂短缺,才開始用羧甲基纖維素鈉作為洗滌劑的增補劑。後來合成洗滌劑成為肥皂的戰時代用品,洗滌劑又以其作為添加劑,這樣才比較大量地在這壹工業中得到應用。羧甲基纖維素鈉是壹種白色粉末,溶於水而生成粘性溶液,在洗滌劑洗滌過程中能消除汙垢的再沈積。

洗滌劑的另壹個重要添加劑是三聚磷酸鈉,能除去水中的鈣離子和鎂離子。但近年來發現它流入江河湖泊中,造成藻類大量繁殖,影響魚類生存,也造成水汙染,因此各種無磷洗衣粉相繼問世。

添加劑還有熒光增白劑,能吸收肉眼看不見的紫外線,然後把它轉變成白色的可見光,因此經過洗滌後的紡織品在日光照射下顯得特別潔白。泡沫劑能增加泡沫,吸附水中的油脂和汙垢。酶在壹定溫度下對血跡、奶漬、肉汁等有分解破壞作用。

烷基苯磺酸鈉和肥皂同屬陰離子型表面活性劑,因為它們在水中離解成壹個帶有長鏈的疏水基與短親水基的陰離子。它們是洗滌用表面活性劑中主要的壹大類,占總產量的65%~80%,用量最大,應用最廣。

其次,還有陽離子表面活性劑,在水中離解成壹個帶有長鏈的疏水基與短親水基的陽離子,用於殺菌、消毒,在紡織印染工業中可用作纖維的柔軟劑、勻染劑、防黴劑、固色劑、抗靜電劑等。

再次,還有非離子型和兩性離子型表面活性劑,種類繁多。合成洗滌劑的產量逐年增長,正在逐漸取代肥皂。

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