洗发、沐浴、洗碗、洗衣、清洁厕所……选择合适的清洁剂至关重要。然而,每次面对货架上琳琅满目的产品时,你是否会感到困惑:为什么有这么多选择?一些常见问题也会随之浮现:清洁时泡沫越多效果越好吗?沐浴露可以用来洗头发吗?管道疏通剂真的像广告中宣传的那么神奇吗?
今天,我们从科学的角度来聊一聊如何挑选合适的清洁剂~
家用清洁剂主要分为两大类:一类是个人护理清洁剂,另一类是非直接接触类清洁剂。
前者(如洗手液、肥皂、沐浴露、洗面奶、洗洁精等)的主要成分是表面活性剂(具体原理稍后会详细说明)。
后者的清洁原理大致分为以下几种:利用酸或碱溶解污垢,例如洁厕灵和管道疏通剂;利用氧化剂降解或氧化疏水性有机物以增加其溶解性,比如84消毒液、“活氧净”和漂白粉等;或者通过自由基破坏细菌结构或内部蛋白质来实现杀菌。通常,非直接接触类清洁剂会结合酸碱和氧化剂,因此使用时务必戴上手套,否则你的手可能会被“漂白”哦。
大家选择非直接接触类清洗剂时千万不要被天花乱坠的广告词忽悠了。酸、碱和氧化剂都是价格很低的化学品,其中价格氧化剂>碱>酸,看看成分表,价格了如掌。
有些管道疏通剂会加一些生泡剂,通常是碱和铝粉生成氢气,酸和碳酸钠生成二氧化碳,促进表面活性剂生成大量泡泡(但是有泡泡并不能证明效果就更好),都是非常廉价的化学品。其中的化学反应原理很简单,带上你们家的高中生即可(顺便考考他/她,嘿嘿)。
用一瓶沐浴露,
跟你说说表面活性剂
表面活性剂又称界面活性剂,是能使两种液体间、液体-气体间、液体-固体间的表面张力或界面张力显著降低的化合物。表面活性剂的分子一端为亲水基团,另一端为疏水基团。
表面活性剂的化学结构和性质示意图
表面活性剂的分子结构一端是亲水基团,另一端是疏水基团。它的去污原理在于疏水端能够吸附油污,而亲水端则与水分子结合,帮助油污溶解于水并从物体表面脱离。此外,表面活性剂还能将油污包裹起来,防止其重新附着在物体表面。
它的疏水端还可以与物体表面的疏水位点结合,进一步阻止油污再次吸附。举个例子,当我们吃烧烤时手上沾了油,仅用水很难清洗干净,因为水和油之间的表面张力较大,无法有效溶解油污。而洗手液中的表面活性剂则能帮助油污溶于水,从而轻松将其从皮肤表面冲洗掉。
表面活性剂有好几种分类——
按照荷电性,可以分为 4 类:
阴离子表面活性剂的亲水端为带负电的基团,是清洗剂里的关键构成部分,具备较强的去污能力;
阳离子表面活性剂主要含有带正电的胺基,它很少被单独当作洗涤剂使用。这是因为在水溶液里,尤其是碱性水溶液中,大多数物体表面通常都带有负电荷。带正电的表面活性剂会在物体表面呈亲水基朝内、疏水基向外的排列方式,致使物体表面变得疏水,不利于洗涤操作。不过,阳离子表面活性剂常被用作杀菌剂、纤维柔软剂以及抗静电剂。
非离子表面活性剂一般含有羟基、醚基,几乎不带有电荷,性质更为温和,只是起泡能力欠佳;
两性离子表面活性剂的亲水端同时存在正电基团,比如季铵基团,以及负电基团羧基,整体呈电中性。其中,季胺盐还具备抑菌的功效。这类表面活性剂去污能力出色,产生的气泡多且稳定,只是价格相对较高。
按照亲水基团来分,可以分为 3 类:
皂基类:这类表面活性剂主要是由油脂、蜡、松香或者脂肪酸等物质,与碱类进行皂化反应或者中和反应后,得到的脂肪酸盐。它的碱性程度较高,所以清洗能力十分出色,不过对皮肤会产生较强的刺激性。
硫酸盐类:这是在清洗剂中极为常见的一类表面活性剂,像十二烷基硫酸钠就属于这一类别。它不仅清洗能力很强,而且价格相对比较低廉,这也是它被广泛应用的重要原因。
生物友好型氨基酸类:这是较为新兴的一种表面活性剂,例如椰油酰甘氨酸钠。一般是用植物油酸与氨基酸发生酰胺化反应。这类表面活性剂的pH值和人体皮肤的pH值相近,呈弱酸性,性质更加温和,不会对皮肤造成刺激。
为了让大家有更直观的认识,我从家里找出一瓶看似有点高档的沐浴露,将其成分表抄下来给大家看看,一共有十几种成分,含有 4 种、3 类表面活性剂。
图片来源:作者提供
沐浴露中含有两种非离子表面活性剂,它们能够减少对皮肤的刺激,因为离子型表面活性剂容易与皮肤表面产生静电作用;阴离子表面活性剂主要负责去污;两性离子表面活性剂则有助于增加泡沫;甘油作为润肤保湿剂,能够保持皮肤水分;柠檬酸用于调节pH值,使其接近人体皮肤的酸碱度;氯化钠则充当增稠剂和稳定剂;苯甲酸钠是防腐剂,防止产品变质;柠檬酸钠不仅能稳定pH值,还能螯合水中的钙镁离子,避免它们与离子型表面活性剂结合形成沉淀,从而影响去污效果。小小的一瓶沐浴露里是不是满满的科技(没有狠活)。
了解了表面活性剂的知识,我们就能回答不少“大洗”中的问题了。
如果仅仅从清洗效果来看,是没有问题的。
然而,由于个人清洗剂的清洗部位存在差异,其pH值以及功能成分也各不相同。人体皮肤呈现弱酸性,而且出油越多的部位酸性越强,所以pH值从高到低的顺序为:身体大部分皮肤>脸部>头部,头皮堪称是最“酸”的部位,其pH值最低能降至4左右。要是用沐浴露洗头,对于干性发质而言,或许影响并不明显,可若是油性头发,就极有可能破坏头皮的pH值环境。单从pH值角度考量,洗面奶或许比沐浴露更适宜用来洗头。
😊不过,还是不提倡将不同的清洗剂混合使用,因为各类清洗剂会依据实际需求添加不同的助剂,这些助剂很可能会对其他部位产生不良影响。
洗衣皂的主要成分通常是皂基类表面活性剂,其碱性较强,而我们的皮肤呈弱酸性。反观洗衣粉,广告中宣称的“不伤手”,或许是因为选用了非碱性的表面活性剂。
洗衣粉中除了含有表面活性剂外,还会添加大量其他物质,比如软化剂磷酸盐。添加磷酸盐的目的是螯合水中的钙镁离子(由于洗衣粉里的表面活性剂碱性可能不够强,容易与钙镁离子结合而失去效用),以此维持表面活性剂的去污能力。然而,磷酸盐一旦排入水体,就会引发水体富营养化,致使水中氧气含量减少,进而破坏水生态系统。因此,如今市面上销售的大多是无磷洗衣粉。
洗衣液更多地使用了非离子型表面活性剂,这使得洗衣液产生的泡沫相对较少,而且pH值接近中性,对皮肤更加温和。
好多泡泡,让人心情愉悦,但是大部分时候,泡沫量的多少并不表示洗涤效果的好坏。
例如非离子表面活性剂的起泡性能远不如肥皂,但其去污力却堪比肥皂。比如有些管道清洁剂,就能生成大量泡沫,绵密的气泡可以把清洁剂送到管道的各个角落,排出一些不太顽固的污渍,同时进行杀菌,但它溶解效果没办法和氢氧化钠相提并论。
管道清洁剂
某些情况下,泡沫在去除污垢方面还是有帮助的。例如:家庭洗涤餐具时,洗涤液的泡沫可以将洗下来的油滴带走;擦洗地毯时,泡沫有助于带走尘土﹑粉末等固体污垢。
另外,泡沫有时可以作为洗涤液是否有效的一个标志,因为脂肪性油污对洗涤液的泡沫有抑制作用,泡沫有时还可以作为漂洗是否干净的指示剂。
清洗时,温度对清洗效果有着显著影响,所以洗衣机大多配备控温功能。提升温度有助于污垢溶解和扩散,洗衣机的转动同样是为了让污垢与表面活性剂充分接触,进而将污垢带走。温度变化还会对表面活性剂的溶解度产生作用,不过对离子型和非离子型表面活性剂的影响有所不同。
对于离子型表面活性剂,温度升高时,其临界胶束浓度(CMC)值通常会上升,而胶束量会减少,这表明需要添加更多洗涤剂才能达到理想清洁效果。而对于非离子型表面活性剂,温度升高会使CMC值减小,胶束量大幅增加,由此可见,适度升温有利于非离子型表面活性剂发挥表面活性作用,但温度不能超过它的浊点。
那么,什么是浊点呢?因为非离子表面活性剂亲水端与水之间的氢键结合力较弱,随着温度升高,氢键会逐渐断裂,导致表面活性剂在水中的溶解度逐渐降低,当达到某一特定温度时,就会变为不溶状态,析出形成浑浊液体,这个特定温度就是浊点。
洁厕灵和 84 消毒液,主要成分就不是表面活性剂了,前者主要是盐酸,后者则是次氯酸钠。前者主要是通过酸与碳酸钙和氢氧化镁反应,生成水溶性的氯化钙和氯化镁,从而被水冲走;后者则是利用其强氧化性的次氯酸根将细菌结构破坏或者将污垢氧化降解。
千万不要为了同时达到去垢和消毒而将两者混用,因为它们会发生化学反应,生成氯化钠、氯气和水,而氯气是有毒的,尤其在厕所空间小通风差,容易导致高浓度氯气致死。
下面再给大家介绍一些衣服上顽固污渍的清洗方法和原理。
关键成分是血红蛋白。清洗时,优先选用凉水,这是因为高温会引发蛋白质变性,使得疏水基团暴露,让血渍更难洗净。在水中加入食盐能利用盐溶效应,即盐离子附着在蛋白质表面,使其带有更多相同电荷,因电荷排斥作用,助力蛋白质在溶液中分散。白萝卜汁里的类胡萝卜素能与血红蛋白中的铁产生竞争性结合;酸性的柠檬或者白醋则能够瓦解蛋白质结构,加速蛋白质溶解,帮助去除血渍。
主要构成是工业染料。若想去除墨迹,可采用牛奶进行局部清洗,其原理是牛奶中的酪蛋白会对染料进行竞争性吸附。酒精能够促使疏水的染料溶解,从而达到去除墨迹的作用。双氧水则是通过氧化的方式降解染料,让墨迹消失。淘米水中含有淀粉,淀粉同样可以和染料产生竞争性吸附。
在污垢中,多酚色素会与衣物产生化学粘附。想要去除这类污渍,可利用酸性的白醋(主要成分是醋酸)来降解多酚氧化后所形成的聚合物;碱性的小苏打(即碳酸氢钠)同样有效,它能让多酚上起到粘附作用的酚羟基发生化学结构改变;双氧水的作用则是通过氧化来降解污渍。另外,将固体牙膏或者肥皂涂抹在污渍处,能够增加清洗剂在局部的浓度,从而更有效地促进污垢的去除。
不过……
和家人一起去超市购买洗涤产品时,我每次都会抛下豪言壮语:“千万不要被广告忽悠,你就看成分表”。但是,我这个“成分党”最终敌不过家人:“我不听你的,我就喜欢那个牌子/味道”“哇,这个折扣力度大,买一送一”……
有人也许会说,其实科学在生活里经常是没啥用的。但是你一定要看完这篇文章,因为,万一你洗澡时发现洗发水没有了呢?
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