漂白劑(Bleaching agent)是指一類能夠通過氧化還原反應去除或變淡物品顏色的化學試劑。能被化學漂白的染料有許多種結構,一般它們擁有發色系統,即含有共軛雙鍵等發色基團和氨基、羥基或羧基等助色基團。化學漂白劑能破壞發色系統或對助色基團進行修飾,使染料化合物降解為較小的單位,變為水溶性,因而容易從被漂白的織物中除去。
常用的化學漂白劑通常分為兩類:氧化性漂白劑和還原性漂白劑。漂白劑種類較多,不同種類漂白劑的物理化學性質也不同。氧化型漂白劑又分為氯系漂白劑、氧系漂白劑等,氯漂白劑含次氯酸鈉,而氧漂白劑則含有過氧化氫或一些會釋放過氧化物的化合物,如過硼酸鈉或過碳酸鈉。常見的還原性漂白劑有二氧化硫脲、連二亞硫酸鈉等。在洗衣過程中,氧化型漂白劑占主導地位,它們能分解日常織物中可漂白的雜質。還原型漂白劑的作用是使食品中的有色物質還原呈現白色或無色,但由于屬于還原性漂白,故此時間長又會因氧化而呈色,如亞硫酸鹽類和二氧化硫等。
漂白劑可用于漂白食品或紡織品等,食品用漂白劑能夠破壞、抑制食品的發色因素,使其褪色或使食品免于褐變。能將鹵化銀彩色感光材料經曝光、顯影后的影像中的黑色金屬銀影氧化成銀離子,以便在二定中從乳劑中除去,從而留下彩色影像或黑白反轉片的反轉影像。漂白劑可以用于著色牙的漂白,主要用于治療牙冠比較完整的輕、中度氟斑牙、四環素牙、變色無髓牙。
84消毒液不可與潔廁靈混用。兩者結合會產生有毒氣體氯(Cl2),高濃度氯氣可致死。
原理
化學漂白可以稱為有色系統的氧化或還原。能被化學漂白的染料有許多種結構,一般它們擁有發色系統,即含有共軛雙鍵等發色基團和氨基、羥基或羧基等助色基團。化學漂白劑能破壞發色系統或對助色基團進行修飾,使染料化合物降解為較小的單位,變為水溶性,因而容易從被漂白的織物中除去。漂白劑分為即氧化型漂白劑和還原型漂白劑,以氧化型為主。在洗衣過程中,氧化型漂白劑占主導地位,它們能分解日常織物中可漂白的雜質;還原型漂白劑常和雜質產生無色化合物,這些無色化合物和大氣中的氧反應又生成有色物。還原型漂白劑的作用是使食品中的有色物質還原呈現白色或無色,它們可以防止食品在空氣中因氧化而產生顏色,尤其是褐變的顏色。但由于屬于還原性漂白,故此時間長又會因氧化而呈色。
分類
漂白劑可分為兩大類,即氧化型漂白劑和還原型漂白劑。氧化型漂白劑又分為氯系漂白劑、氧系漂白劑等。氯系漂白劑主要有次氯酸鈉、ca(clo)2、氯氣、二氧化氯等;氧系漂白劑主要有過氧化氫、過硼酸鈉、過碳酸鈉、過氧乙酸、過氧化苯甲酰等。常見的還原性漂白劑有二氧化硫脲、連二亞硫酸鈉等。
氧化型漂白劑
氯系漂白劑
次氯酸鈉
固態次氯酸鈉為白色粉末,在空氣中極不穩定,受熱后迅速自行分解,在堿性狀態下較穩定。
一般工業品為無色或淡黃色液。易溶于水,生成新生氧和氯化氫,具有刺激氣味。主要用于紙漿、紡織品(如布匹、毛巾、汗衫等)、化學纖維和淀粉的漂白。
漂粉精
漂粉精又稱高效漂白粉,白色粉末狀固體,有強刺激性氯臭。主要成分為ca(clo)2,含有少量氯化鈣和氫氧化鈣。其有效氯含量為60%~70%,易溶于水,遇水放出大量熱和初生態氧。加熱急劇分解引起爆炸,與酸作用可放出氯氣和氧氣。由于氯化鈣和水分含量低,故穩定性比漂白粉高,在常溫下儲存200天以上不分解。漂粉精劑主要用于棉麻紡織品、化學纖維、紙漿、淀粉的漂白,也用于飲用水及游泳池水的消毒、殺菌。
氯氣
氯氣化學式為Cl2,是一種有強烈刺激性的有毒黃綠色氣體,有窒息性臭味,對呼吸器官有強烈的刺激性。微溶于水,易溶于四氯化碳、二硫化碳等有機溶劑中;是一種過氧苯甲酰凝膠劑,在空氣中不燃燒,但能助燃,且能與大多數元素或化合物反應,在日光下與其他易燃氣體混合時會發生燃燒或爆炸,也能與乙炔、松節水、乙醚、氨、烴類、大多數塑料及某些金屬粉末劇烈反應,發生爆炸生成爆炸性產物。工業上由電解食鹽水溶液制得,實驗室中用鹽酸和二氧化錳制備,可用于生成漂白粉和漂白液、用于自來水消毒,廣泛應用于化工、電子、醫藥及農業等領域。
二氧化氯
二氧化氯是一種具有強氧化性的無機化合物,化學式為ClO?,常溫常壓下為一種帶有辛辣氣味的黃綠色到橙色氣體(具體顏色與二氧化氯的濃度有關)。其易溶于水,溶于堿溶液、硫酸、乙酸以及四氯化碳。二氧化氯是一種新型的消毒殺菌劑,常用于飲用水的消毒,其消毒效果優于傳統的氯消毒。除此之外,二氧化氯還具有漂白性,常用于紙漿和紙、纖維、小麥面粉、淀粉的漂白,油脂、蜂蠟等的精制。
氧系漂白劑
過氧化氫
過氧化氫是最基本的氧系漂白劑,無色透明液體,相對密度1.4422(25℃),熔點-0.41℃,沸點150.2℃,溶于水、醇、醚,不溶于石油醚,極不穩定,遇熱、光、重金屬、粗糙活性表面及其他雜質都會引起分解,同時放出氧和熱,具有相當強的氧化能力,為強氧化劑。
在酸性條件下較穩定,有腐蝕性。高濃度的過氧化氫能使有機物質燃燒,與二氧化錳相互作用,則能引起爆炸。它可用于羊毛、生絲、皮毛、羽毛、象牙、豬鬃、紙張及脂肪等漂白。
過硼酸鈉
過硼酸鈉(BH2NaO4)為白色粉末,可溶于酸、堿及丙三醇中。微溶于水,溶液呈堿性(pH 10~11),水溶液不穩定,極易放出活性氧。在40℃的潮濕空氣中或重金屬催化下易分解放出氧氣。過硼酸鈉用在無磷洗滌劑中不易引起分解。過硼酸鈉用于原布漂白、脫脂,醫藥上用作洗滌劑、消毒劑及殺菌劑。
過碳酸鈉
過碳酸鈉(C2H6Na4O12)為白色結晶粉末,是過氧化氫和碳酸鈉的加合物,活性氧理論含量為15.25%,密度0.5~0.79,易溶于水,隨著溫度升高溶解度增大。在水溶液中解離為過氧化氫及碳酸鈉,溶液兼有過氧化氫和碳酸鈉的性質。過碳酸鈉不穩定,易分解。干燥的過碳酸鈉在100℃~105℃時分解成水、氧和碳酸鈉。在干燥陰涼的貯存條件下相當穩定,其穩定性和過硼酸鈉相同,其水溶液穩定性不如過硼酸鈉。過碳酸鈉可用作無磷洗衣粉的主要組分,具有去污、漂白及殺菌能力。在紡織工業中用于棉、麻織品及混紡織品的漂白。造紙工業中作紙漿漂白劑,作還原染料和硫化染料的顯色劑。食品餐具的消毒、洗滌劑及生物供氧劑等。
過氧乙酸
過氧乙酸又名過醋酸,無色液體,有強烈刺激性氣味,對眼睛、皮膚、黏膜和上呼吸道有強烈刺激作用。溶于水、乙醇、乙醚、硫酸。本品易燃,具爆炸性,加熱至100℃即劇烈分解,遇火或受熱、受震都可起爆炸。為強氧化劑,具有廣譜、高效和速效殺菌特點,對細菌、病毒和芽孢都有效。主要用于禽舍、被污染的地面和物品、墻壁、通道、食槽飲水器的消毒及倉庫、車間、化驗室、無菌室的消毒;也用于耐酸塑料、玻璃、塘瓷和橡膠品的浸泡消毒。
過氧化苯甲酰
過氧化苯甲為白色或淡黃色微有苦杏仁氣味的粉末狀固體,具有強氧化性,可被還原成苯甲酸,可因加熱、撞擊而發生爆炸。過氧化苯甲酰在食品工業中曾經作為面粉增白劑使用。它在面粉中水分和酶的作用下,釋放出活性氧,使面粉中色素的共軛雙鍵結構被氧化破壞而褪色,使面粉變白。過氧化苯甲酰最快在24h對面粉起到漂白作用,2周達到漂白最高值,同時生成的苯甲酸對面粉有防霉等作用。
還原型漂白劑
二氧化硫脲
又稱甲瞇亞磺酸(CH4N2O2S),白色粉末,在0℃水中可溶5%,在有機溶劑中不溶解。遇熱易分解,110℃時則快速分解釋出二氧化硫其水溶液呈酸性(pH 3~5),在微堿性溶液中放出二氧化硫。二氧化硫脈可用作棉織品合成纖維的漂白劑,還可用作脫色劑。
連二亞硫酸鈉
又稱保險粉或次硫酸鈉(Na2S2O4),細粒狀白色粉末,極易溶于水,水溶液不穩定,不溶于醇,相對密度2.3~2.4。受潮則分解發熱并易引起燃燒,加熱到75℃以上分解產生二氧化硫。其有強還原性,是一種強還原劑。連二亞硫酸鈉廣泛用于印染工業,如棉織物的助染劑及絲毛織品的漂白、造紙工業漂白劑、食品級產品漂白劑等。
其他
高錳酸鉀
高錳酸鉀的應用范圍很窄,在柞蠶絲上有應用。其與紡織品接觸放出活性氧:
生成的水合過氧化錳使纖維變成褐色,所以漂白后要用二氧化硫處理:
臭氧
在臭氧發生器中于很高的電壓下從空氣中產生臭氧,用這種方法制得的是氧和臭氧的混合物,在一般的應用中不必進行分離。臭氧為淺藍色、有刺激性臭味的氣體。臭氧不穩定,在常溫下緩慢分解為氧。
臭氧的氧化能力比氧強得多,是最強的氧化劑之一。臭氧在漂白過程中可分裂出活性氧,臭氧能將酚、苯、醇等氧化為無害物質,可使染色廢水褪色。
應用
食品領域
食品用漂白劑是指能夠通過還原等化學作用消耗食品中的氧,破壞、抑制食品氧化酶活性和食品的發色因素,使其褪色或使食品免于褐變,同時還具有一定的防腐作用的物質。中國批準使用的食品用漂白劑有低亞硫酸鈉(保險粉)、二氧化硫、焦亞硫酸鉀、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉以及硫。這些漂白劑都屬于還原性漂白劑,其作用的有效成分均為二氧化硫。一般在食品的加工過程中要求漂白劑除對食品的色澤有一定作用外,對食品的品質、營養價值及保存期均不應有不良改變。
大部分食品在空氣中會氧化而產生有色物質,發生褐變,且顏色會逐漸加深,上述還原性漂白劑可保護食品不被氧化;植物性食物的褐變通常與引起褐變的氧化酶有關,上述漂白劑可抑制或破壞氧化酶的活性,阻止氧化褐變作用;此外,有些褐變是由三價鐵離子(Fe3+)引起,上述漂白劑可將Fe3+還原成二價鐵離子(Fe2+),從而抑制褐變。但這些還原性漂白劑作用較緩和,被漂白的色素類物質一旦被氧化,可能重新顯色。研究發現,亞硫酸鹽對花色素褪色作用明顯,類胡蘿卜素次之,對葉綠素則幾乎不起作用,即對紅、紫色褪色效果最顯著,黃色次之,綠色最差。亞硫酸鹽溶液不穩定,一般現配現用。
硫易燃,燃燒時產生二氧化硫,其漂白方法是氣熏法,而不是直接添加于食品。熏硫可以使果片表面細胞破壞,促進干燥,同時產生的二氧化硫可破壞細胞的酶系統,阻止氧化作用,使果實中單寧物質不被氧化而變成棕褐色。硫黃作為食品漂白劑使用時其使用量有嚴格規定:
食品用漂白劑除能改善食品色澤外,還有抑菌、抗氧化等作用。但食品漂白劑有一定的毒性和殘留量,需嚴格按照相關規定使用。
工業領域
漂白紡織品
84消毒液通常用于殺菌、消毒,由于一般的84消毒液主要成分為NaClO,與水反應生成的次氯酸(HClO)具有強氧化性和漂白性,因此也常作為漂白劑使用。
適用于蠶絲織物的漂白劑分為氧化性、還原性兩大類。還原性漂白劑主要用連二亞硫酸鈉,蠶絲織物經保險粉處理后雖然白度得到提高,但白色中略帶黃光,而且在空氣中長久放置后已被還原的色素有重新被氧化復色的傾向,因此對白度要求較高的產品需用氧化性漂白劑漂白。氧化性漂白劑常用過氧化氫,漂白后蠶絲織物的白度好而且穩定持久。次氯酸鈉不能用來漂白絲織物,因為它會損傷絲素且使織物泛黃。
棉布一般用氧化劑漂白,其中以采用次氯酸鈉、過氧化氫為多,也有使用亞氯酸鈉(NaClO2)漂白的。化纖織物一般只要在堿性溶液中洗去紡織加工過程中附上的雜質,不經漂白也可得到潔白的產品。合纖織物還可經亞氯酸鈉或過氧化氫漂白。
工業循環水
由于循環冷卻水的特定環境,為微生物的滋長提供了有利條件,微生物卻給冷卻水帶來嚴重危害。因此,控制微生物生長就成為了循環冷卻水處理的關鍵。二氧化氯不僅可以破壞微生物,且不與水中氨和大多數胺類起作用,同時它的殺菌效果不受pH影響,很適宜堿性水處理系統。
攝影
漂白劑中的主要藥物,即氧化劑,以使用鐵氰化鉀、重鉻酸鉀或乙二胺四乙酸鐵合物為主。用它們配制成漂白液,能將鹵化銀彩色感光材料經曝光、顯影后的影像中的黑色金屬銀影氧化成銀離子,以便在二定中從乳劑中除去,從而留下彩色影像或黑白反轉片的反轉影像。
醫藥領域
漂白劑可以用于著色牙的漂白,主要用于治療牙冠比較完整的輕、中度氟斑牙、四環素牙、變色無髓牙。漂白治療的方法主要分為外漂白和內漂白兩種。外漂白方法根據是在口腔診室內完成還是在家中自行完成又可分為診室內漂白治療和家庭漂白治療。最常用的漂白劑為過氧化氫,其他還有過氧化脲、過硼酸鈉等。
相關歷史
漂白劑是一種人造化學產品,用于家庭和工業以便去除紗線、棉布、紙張和其他物品上的污漬和顏色。在有化學漂白劑之前,唯一有效的漂白方式就是把物品放在陽光下直曬,這個過程要消耗幾天或者幾個星期,并且在某些情況下,內層的一些顏色仍會保留。1774年,瑞士化學家卡爾·威廉·舍勒(Karl Wilhelm Scheele,)發現了氯元素。此后,1785年,法國化學家克勞德·貝托雷(Claude Berthollet)證明氯可以用來去除棉布上的顏色,這促使人類研制出漂白粉,這是由蘇格蘭化學家查理斯·田納特(Charles Tennant)在1799年制造的第一種人造漂白劑。現在有多種漂白劑可用。
安全事宜
健康危害
常用的漂白劑次氯酸鈉具有很強的腐蝕性,會釋放出具有刺激性的有毒氣體,過度接觸可能對肺部和頭發造成損傷。漂白劑會導致皮膚、免疫系統功能、血液系統、神經系統以及生殖系統受損,有的甚至還會引發癌癥或導致胎兒畸形。如將含氯的漂白劑與含酸的潔廁靈混用,或漂白粉與含氨類清潔劑合用,都會導致氯氣的產生。而氯氣輕者會刺激人的眼、鼻、喉等器官,重者可損傷人的心肺組織,當空氣中氯達到一定濃度時甚至會危及人的生命。
84消毒液不可與潔廁靈混用。84消毒液主要成分為堿性物質次氯酸鈉(NaClO),潔廁靈主要成分為酸性物質鹽酸(HCl),兩者結合會產生有毒氣體氯(Cl2),高濃度氯氣可致死。
環境影響
工業上使用漂白劑產生的副產物會對環境造成危害,如副產物氯氣。氯氣是破壞臭氧層的主要單質之一,氯氣會分解臭氧分子,而氯原子在陽光下又會與臭氧分子發生化學反應,破壞臭氧分子。氯氣對植物也有一定的危害,氯氣進入植物組織后,與水作用生成次氯酸,它是過氧苯甲酰凝膠劑,有較大的破壞作用,對葉肉細胞有很強的殺傷力,能很快破壞葉綠素,使葉片產生褪色傷斑,嚴重時使全葉漂白、枯卷,甚至脫落。
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