洗衣粉里加點磷，洗掉了煩人的污漬也洗來了恐怖的污染

來自專欄 Dizzy In Science

雖然如今隨著觀念的不斷優化，家務活已經幾乎沒有特定歸屬於家庭中的男性或女性。

但在「男主外，女主內」刻板印象中，女性還是被視為家務活的主要承包者。

而在古代，洗衣服是男人的工作，女人想做也做不來。

大約公元前2000年的一幅埃及壁畫形象地刻畫了一群男人洗衣的場景。

那時洗衣服完全是用傳統的物理方法——利用外力擊打衣物，再憑藉河水的流動沖刷衣服上的污穢。

這種方法既費時又費力，效果也不盡如人意，還常常把衣服打爛。

但因為沒有想到更好的辦法了，它流傳了至少3000年之久。

後來人們偶然發現了看起來臟髒的草木灰竟然有清潔衣物的作用。

草木灰是植物燃燒後的灰燼，含有植物所含的礦質元素。它的主要成分是碳酸鉀，溶於水後溶液呈鹼性。

在鹼性條件下，油脂會水解為高級脂肪酸鹽和甘油兩種可溶於水的物質。

因此達到去除衣物上油污的效果。

直到近代中國一些偏遠的農村仍保有使用草木灰來洗滌衣物的古老方法。

最早在公元前600年，聰慧的腓尼基人*把山羊脂和草木灰混合在一起製成了肥皂。

據說起初得出肥皂配方也是出於一次奇妙的巧合。

在一場盛宴上，一名廚師不小心把豬油打翻在洗手用的草木灰水裡，兩者混合後變成了一團黏糊糊的東西。

宴會結束後廚師順手把東西抹在手上搓洗，雖然手感不太習慣，卻驚奇地發現其清洗效果比草木灰好得多。

此後人們也嘗試過使用其他動物油、植物油、鹼鹽與草木灰混搭等方式製作洗滌用品。

*註：腓尼基人（Phoenician）是一個古老民族，生活在今天地中海東岸相當於今天的黎巴嫩和敘利亞沿海一帶，曾建立過一個高度文明的古代國家，全盛期是地中海的霸主。

到19世紀化學家才探究明白肥皂發揮去污作用的真正原理。

肥皂具有強效的去污能力，這得歸功於它的主要成分硬脂酸鈉及它獨特的分子結構。

硬脂酸鈉是一種表面活性劑，它的分子結構類似一根火柴桿，一端是親水基團*，另一端是親油基團。

*註：親水基團又稱疏油基團，具有容易與水親和的原子團；親油基團又稱疏水基團，具有容易與油親和的基團，排斥水分子。

當衣物被塗上肥皂並在水中進行機械摩擦之後，「小火柴」以親油基團在外層、親水基團在內層的油包水結構浸潤到衣物的縫隙中，侵佔每一個角落。

之後親油基團找准油跡顆粒目標，與它們牢牢結合。

而親水基團則死死抓住外圍的水分子，助力夥伴把敵人從衣物上拉扯到水中。

當敵人束手就擒後，其實戰鬥還沒有結束。

這時「火柴」把方向調轉，形成親水基團在外圍、親油基團在內層的水包油結構，讓污垢分散在水中無法重回衣物。

最後經過漂洗除去英勇奮戰的「火柴勇士」以及它的俘虜，衣物也變得潔凈。

然而戰鬥能力強大的肥皂也不盡完美。

一戰期間，前線幾個主戰場在轟轟烈烈地開展戰鬥，後方的應援物資也嘩啦啦地消耗著。

製造肥皂需要消耗大量的動物油或植物油，在那時也因動植物油供應緊張而十分短缺。

這個時候由德國漢高公司在1907年研發合成的洗衣粉也就瞅準時機嶄露頭角，替代了肥皂在洗滌劑中的C位並且成功出道。

洗衣粉和肥皂最大的不同在於原料來源。

洗衣粉是一種合成洗滌劑，主要成分是以烷基苯磺酸鈉為主的表面活性劑，再混合一些助劑。

原理與肥皂類似，也具有一批英勇驍戰的「火柴勇士」與污垢頑強作戰。

但其原料由於是人工合成而更加便宜易得，助劑的加入也讓洗衣粉的功效和預期目的逐漸趨於完美。

因此無論是成本還是使用效果洗衣粉都完勝肥皂。

但由於肥皂中的硬脂酸鈉和洗衣粉中的烷基苯磺酸鈉可以產生協同去污效果。

而且肥皂能抑制洗衣粉的發泡能力，使衣物容易漂洗乾淨。

所以商用洗衣粉中一般含有3%~5%的肥皂成分，讓洗衣粉的洗滌效果更好。

從洗衣粉之後開發出的洗衣液、洗衣凝珠、無水洗衣精華等洗滌劑產品除了形態上的區別，主要還是助劑成分的競爭與優化。

我們生活中用來洗衣服的自來水多是含有高濃度礦質離子的硬水。（當然，有條件使用凈化水設備把硬水轉化成軟水的土豪除外）

用硬水洗衣服時鈣、鎂離子會與洗滌劑或污垢中的硅酸、碳酸等陰離子反應形成不溶物沉澱。

沉澱會使衣物或洗滌器具上結水垢，降低洗滌劑的清潔效率。表現為洗衣服不起泡沫，也就浪費了「小火柴」們奮勇拼搏的除污效果。

洗滌劑的先驅——德國不僅開創了洗滌劑的「粉」時代，在二戰末期也找到了消除污垢再沉積的辦法。

聚磷酸鹽的使用是合成洗滌劑工業發展中的一個重要步驟。

傳統洗衣粉中主要用三聚磷酸鈉（STPP）作為洗滌助劑。

它能與水中的金屬離子發生絡合作用，生成可溶性的絡合物，從而消除沉澱。

同時STPP能使水溶液保持在弱鹼性狀態，與最常用的表面活性劑有顯著的增效效應。

因此它也有效增強了洗衣粉的洗滌效能，STPP在很長一段時間內被大量使用。

原理其實並不複雜，但發現的過程卻跨越了兩次世界大戰。

然而，正當人們讚美與享受含磷洗衣粉給生活帶來的便利，它又從另一個方面給人類帶來意想不到的打擊。

在世界範圍內許多臨海國家開始頻繁遭受赤潮的危害。

也就是海洋藻類及其他浮游生物大量繁殖，侵佔魚類生物的生存空間，同時赤潮生物聚集在魚類鰓部使它們缺氧窒息，導致水生動物大規模死亡。

它們的屍體分解迅速消耗水中氧氣，分泌出有害物質，污染水體環境。

而人類作為食物鏈頂端，極有可能攝食到含赤潮生物分泌赤潮毒素的魚蝦、貝類，引發人體中毒。

日本瀨戶內海在1976-1991年間就發生了4448次赤潮，直接造成的經濟損失達到數千億日元。

在我國從80年代末期開始也多次發生嚴重的赤潮災害。

1998年在渤海灣發生了我國有史以來面積最大、損失最嚴重、持續時間最長的一次赤潮。

那一次沿海水產業的直接經濟損失超過5億元。

經過排查分析，洗滌劑中的磷元素默默背起了這個鍋。

磷是水體藻類及其他水生植物生長需要的重要來源，而水中溶解的正磷酸鹽恰好最先被藻類利用。

「富營養化」指的就是藻類植物的磷源伙食太豐裕，以致它們生長繁殖速度迅猛。

雖說不能完全歸咎於STPP這個一度風靡的功臣，但它確實是致災的罪魁禍首。

據統計，我國瘋狂使用含磷洗衣粉的那幾年裡，每年就約有45萬噸磷通過洗滌廢水被排放到地面水中。

水體自身雖然有一定程度的降解氮、磷的能力，但劑量這麼大也確實是吃不消。

吃一塹長一智，找到「兇手」之後許多國家紛紛採取洗滌劑禁磷的措施進行補救。

也許是得到的教訓太深刻，島國日本成為目前洗滌行業中無磷化程度最高的國家之一。

早在1988年日本的無磷洗衣粉產量就佔到了洗衣粉總量的97%，如今已經全部實現了無磷化。

大部分歐洲國家幾乎全部實現了洗滌劑的無磷化生產。

而我國也從地方開始逐步限制洗滌劑中磷的使用。

水體富營養化的問題解決了，但洗滌劑中少了STPP，豈不是倒退回「皂」時代？

放心，科學的魅力在於——永無止境與無限可能。

在磷助劑還未全面禁用時，許多代磷助劑就被爭相開發出來，覬覦著STPP的王者寶座。

其中最有機會篡位成功的是一種俗稱4A沸石的天然礦物。

4A沸石也和STPP一樣可以通過離子交換來出去水中的鈣鎂離子。

可是它的能力和速度都略差於STPP，在實際應用中通常還需要加入鹼性試劑來彌補不足。

但它規避了污染環境的問題，而且降低了洗滌劑生產的總成本，因此也不失為一項好的替代品。

它最早是在1978年美國P&G公司首次應用於粉狀洗滌劑的配方中。

在限制含磷洗滌劑銷售後5年內它的用量在美國暴漲了110%，成為最具發展前景的代磷助劑。

我國使用4A沸石的質量水平和消耗量也在逐漸遞增，在2010年消耗量就達到了270萬噸。

同時化工專家和洗滌劑商家也在不斷尋求新一代的多功能助劑。

比如結晶層狀硅酸鈉、有機代磷助劑等材料都在逐步開展的研發試驗過程。

在科技日新月異的現在與未來，洗滌劑中磷的限制對生活已經不造成任何威脅，甚至還是推動洗滌劑進一步完善發展的重要動力。

*參考資料

馬長英, 朱琳. 關於含磷洗衣粉對水污染的綜述[J]. 西昌學院學報:自然科學版, 2006, 20(1):50-53.

杜志平, 王萬緒. 淺議液體洗滌劑[J]. 中國洗滌用品工業, 2005(5):40-43+78.

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