李秋平，朱琳，胡敏杰，羅利娟，吳昊

寧波工程學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，浙江 寧波 315211

精細(xì)化學(xué)品實(shí)驗(yàn)是應(yīng)用化學(xué)與精細(xì)化工方向非常重要的一門基礎(chǔ)實(shí)踐課程，其教學(xué)內(nèi)容主要圍繞常見精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)原理、生產(chǎn)過程以及應(yīng)用前景展開設(shè)計(jì)，該課程既是相關(guān)專業(yè)學(xué)生未來從事精細(xì)化工產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)的重要理論基礎(chǔ)，又是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力與對精細(xì)化工行業(yè)專業(yè)興趣的重要實(shí)踐課程[1,2]。隨著我國精細(xì)化工行業(yè)的迅猛發(fā)展，精細(xì)化學(xué)品種類也越來越多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，光我國市場上能找到的精細(xì)化學(xué)品商品就高達(dá)2萬多種，而且這一數(shù)目還在逐年增長中[3]。如何從眾多的精細(xì)化學(xué)品中挑選具有代表意義且操作性強(qiáng)的產(chǎn)品用作相關(guān)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生在掌握精細(xì)化學(xué)品的設(shè)計(jì)原理與生產(chǎn)方法的同時(shí)，更能深刻體會精細(xì)化學(xué)品在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用情況，從而進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，這一問題就顯得尤為迫切[4]。

免洗手消毒用酒精凝膠是一種能快速滅活有害微生物的消毒劑，是預(yù)防疾病的很好工具[5,6]。將消毒酒精做成凝膠狀產(chǎn)品便于攜帶和保存，與普通溶劑型消毒液相比，消毒凝膠可有效防止酒精的噴濺與滴落，具有使用方便、消毒高效快速和免水洗環(huán)保等特點(diǎn)。在此嚴(yán)重新型冠狀病毒蔓延的背景下，該產(chǎn)品可為一線的醫(yī)護(hù)人員、志愿者等人群提供一定的便捷有效的保護(hù)。疫情初期，面對免洗手消毒用酒精凝膠等產(chǎn)品供不應(yīng)求的問題，許多網(wǎng)絡(luò)視頻和文章紛紛開始教授人們免洗手消毒用酒精凝膠的制作方法，抗擊疫情，砥礪前行。有鑒于此，通過在精細(xì)化學(xué)品實(shí)驗(yàn)課程中開設(shè)免洗手消毒用酒精凝膠的制作教學(xué)單元，不僅能實(shí)現(xiàn)課程本身的教學(xué)目的，還可通過教學(xué)過程增強(qiáng)學(xué)生的衛(wèi)生防護(hù)意識，并在課程過程中植入許多思政元素，從而達(dá)到立德樹人的真正目的。像化學(xué)這樣與我們生活息息相關(guān)的學(xué)科，是最容易挖掘出思政元素的，通過簡單的教學(xué)設(shè)計(jì)就可將“立德樹人”的根本任務(wù)融入課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)全課程育人的格局[7]。在大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中植入思政教育元素，也成了當(dāng)下各高校化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的改革重點(diǎn)[8]。

本實(shí)驗(yàn)是寧波工程學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)精細(xì)化學(xué)品實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)新冠肺炎疫情這一突發(fā)事件而增設(shè)的課程單元，在課程設(shè)計(jì)過程中充分融入了多項(xiàng)思政教育元素，實(shí)驗(yàn)操作簡單，內(nèi)容貼近生活，適合在各級各類學(xué)?；瘜W(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生中普及開設(shè)。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

在條件允許的情況下，本實(shí)驗(yàn)可由學(xué)生獨(dú)自完成，不需組隊(duì)。要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之前認(rèn)真預(yù)習(xí)，尤其要認(rèn)真預(yù)習(xí)“實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)部分”，實(shí)驗(yàn)過程中要認(rèn)真記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和各成分實(shí)際用量，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后可帶走各自所生產(chǎn)的酒精凝膠產(chǎn)品。同時(shí)，每位學(xué)生在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后應(yīng)提交一份完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并在查閱相關(guān)資料的基礎(chǔ)上對實(shí)驗(yàn)結(jié)果與思考題進(jìn)行認(rèn)真思考。

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

(1) 掌握免洗手消毒用酒精凝膠的配方設(shè)計(jì)原理；

(2) 練習(xí)并掌握免洗手消毒用酒精凝膠的一般生產(chǎn)過程；

(3) 熟悉酒精凝膠的消毒原理，增強(qiáng)學(xué)生的傳染病預(yù)防意識和防護(hù)能力。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)制作的免洗手消毒用酒精凝膠的最主要成分是乙醇，乙醇在其中主要起到殺菌消毒和揮發(fā)性溶劑的作用。大量的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，乙醇含量75% (體積百分比)左右的酒精可以很好地滲透進(jìn)入病毒內(nèi)部，使所有病毒蛋白都能脫水、變性而凝固，并最終殺死病毒。雖然提高乙醇濃度有利于蛋白脫水變性，但是過高的酒精濃度會使病毒外殼蛋白迅速變性凝固，形成一層堅(jiān)固的薄膜，從而阻止酒精的進(jìn)一步滲透，導(dǎo)致無法徹底殺死病毒；另一方面，如果乙醇濃度過低，雖可進(jìn)入病毒內(nèi)部，但由于其對蛋白質(zhì)的滲透性較差，也無法有效地使病毒蛋白變性[9]。同時(shí)，在相同溫度下乙醇的蒸氣壓是水的2–3倍，其揮發(fā)速度遠(yuǎn)高于水分，在幾番搓手消毒之后能迅速揮發(fā)，可免除洗手之后還要擦干的不便。由于酒精具有很強(qiáng)的流動(dòng)性和揮發(fā)性，少量的酒精倒在手上，稍微一搓手即會完全揮發(fā)，根本無法使其布滿雙手皮膚，想要用普通酒精洗手消毒需消耗較大的用量才能實(shí)現(xiàn)完全的消毒效果。而添加了增稠劑的酒精可在一定程度上降低其流動(dòng)性與揮發(fā)性，在搓手之時(shí)，酒精能輕易地以凝膠的狀態(tài)涂滿雙手，并在此過程中完成消毒過程，之后隨著雙手的揉搓又逐漸完全揮發(fā)。

本實(shí)驗(yàn)制作的洗手凝膠的另一個(gè)主要成分是卡波姆，它的主要作用就是增稠?？ú肥且环N非常重要的流變調(diào)節(jié)劑，通常是由丙烯酸或丙烯酸酯與烯丙基醚經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)而制得的樹脂材料。由于分子結(jié)構(gòu)中含有大量的羧酸基團(tuán)，卡波姆具有一定的酸性和親水性，可在水中顯著溶脹，但是單純的乙醇對卡波姆來說卻是不良溶劑，需要借助一定的有機(jī)胺才能實(shí)現(xiàn)這一效果。

卡波姆在溶液中可通過兩種機(jī)制增稠：

(1) 通過不同卡波姆分子之間的分子鏈相互纏繞實(shí)現(xiàn)增稠效果，由于卡波姆分子結(jié)構(gòu)中含有大量的羧基結(jié)構(gòu)單元，通過調(diào)節(jié)pH可使其羧基結(jié)構(gòu)陰離子化而相互排斥，使得初始卷曲的卡波姆分子卷曲鏈?zhǔn)嬲归_，體積增大上千倍，增加了分子之間相互纏繞的概率，從而大大提高卡波姆的增稠效果。研究結(jié)果表明，當(dāng)體系的pH在6–12范圍內(nèi)的時(shí)候，卡波姆的增稠效果最好。

(2) 另外，羧基陰離子化的卡波姆分子還可通過羰基氧與多元醇分子中的羥基氫形成氫鍵，并交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)增稠效果。

除了上述兩種主要物質(zhì)外，在生產(chǎn)卡波姆酒精凝膠之時(shí)，還常用三乙醇胺調(diào)節(jié)體系的pH，并加入一定量的甘油護(hù)手和輔助增稠。當(dāng)然，還可視需求加入香精、蘆薈凝膠和抗氧化劑等各種物質(zhì)進(jìn)行復(fù)配，改善產(chǎn)品性能，使其更具市場競爭力。本實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的酒精凝膠配方及各組分作用如表1所示。

表1 免洗手消毒用酒精凝膠配方

本實(shí)驗(yàn)涉及磁力攪拌、冷凝回流等基本實(shí)驗(yàn)操作，又涉及到了日用化學(xué)品的配方設(shè)計(jì)原理與基本生產(chǎn)過程，適合用作應(yīng)用化學(xué)或精細(xì)化工等相關(guān)專業(yè)本?？聘吣昙墝W(xué)生的專業(yè)實(shí)驗(yàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

實(shí)驗(yàn)儀器：分析天平、150 mL三口燒瓶、150 mL燒杯、恒溫磁力攪拌器、恒壓滴液漏斗、玻璃棒、量筒、藥匙、按壓瓶、回流冷凝管、磁子、pH試紙、空心塞、稱量紙。

實(shí)驗(yàn)藥品：卡波姆940 (上海阿拉丁生化科技股份有限公司)、三乙醇胺(99%，美國陶氏化學(xué)公司)、乙醇(95%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、甘油(99%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、去離子水(自制)、玫瑰香精(杭州西湖香精香料有限公司)。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

(1) 利用恒溫磁力攪拌器、150 mL三口燒瓶和回流冷凝管搭建回流冷凝反應(yīng)器。

(2) 稱取0.4–0.5 g卡波姆置于三口燒瓶內(nèi)，加入20 mL去離子水，加入磁子進(jìn)行磁力攪拌。打開冷凝水，將反應(yīng)器溫度升高到75 °C，在此溫度下攪拌大約30 min至卡波姆粉末完全溶脹，體系呈透明凝膠狀，隨后將反應(yīng)器溫度下調(diào)到60 °C。

(3) 量取95%的乙醇79 mL，置于恒壓滴液漏斗，裝到三口燒瓶上，在持續(xù)回流與攪拌下，以2–3滴/秒的速度滴入凝膠體系中，滴加完后再加入1 mL甘油，最終該體系會變成微乳白與微渾濁的膠狀溶液。

(4) 趁熱將溶液轉(zhuǎn)移至150 mL燒杯，使用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH，一滴一滴的滴加，每次滴加完后要充分?jǐn)嚢杈鶆?，大約2–3滴左右即能發(fā)現(xiàn)體系黏稠度明顯增加，且從略微乳白渾濁狀轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆该骶鶆虻哪z，用pH試紙測試并記錄溶液pH。

(5) 適量滴加2–3滴玫瑰香精增香，待攪拌均勻后將樣品裝入100 mL深色擠壓瓶。

(6) 擠壓部分產(chǎn)品到手上，觀察產(chǎn)品流動(dòng)性，搓揉使其涂布滿雙手，體驗(yàn)產(chǎn)品性能。

1.5 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

(1) 卡波姆的溶脹步驟非常關(guān)鍵，必須等溶液變成完全透明凝膠狀才能進(jìn)行后續(xù)步驟。

(2) 乙醇加入速度不可過快，且必須及時(shí)攪拌均勻，否則可能導(dǎo)致局部卡波姆聚沉現(xiàn)象。

(3) 調(diào)節(jié)pH時(shí)三乙醇胺應(yīng)逐滴逐滴地滴加，且每次滴加后應(yīng)充分?jǐn)嚢瑁缓蟾鶕?jù)情況再?zèng)Q定是否繼續(xù)滴加三乙醇胺，三乙醇胺滴加過頭會使卡波姆聚沉從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)徹底失敗。

(4) 實(shí)驗(yàn)失敗產(chǎn)品不得倒入下水道，以免堵塞下水管道。

1.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

最后應(yīng)得到無色透明凝膠狀且酒精含量達(dá)75%左右的產(chǎn)品，其外觀與擠壓到手上后的效果可參考圖1。體驗(yàn)所制備酒精凝膠的洗手效果時(shí)，產(chǎn)品應(yīng)在搓揉的過程中無明顯顆粒感，且經(jīng)多次搓手后迅速揮發(fā)，無殘留，無須額外擦干為最佳。同時(shí)，還要列出實(shí)際配方成分與用量表以供參考。

圖1 酒精凝膠外觀(左)與擠壓至手上后的效果圖(右)

1.7 實(shí)驗(yàn)思考

實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后可針對實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的各種問題與本實(shí)驗(yàn)未能充分實(shí)踐的拓展知識設(shè)置合理的思考題，例如：

(1) 是否可以預(yù)先將卡波姆充分溶脹，實(shí)驗(yàn)之時(shí)直接使用，而不再需要加熱回流。

(2) 實(shí)驗(yàn)過程中如果不小心加入乙醇過快導(dǎo)致卡波姆部分聚沉了，是否還能補(bǔ)救。

(3) 是否可以使用其他類型的卡波姆代替卡波姆940進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

(4) 是否可以在配方中加入第二種消毒劑，例如苯扎溴銨等，以便增強(qiáng)消毒效果。

2 課程思政設(shè)計(jì)

作為在抗擊與預(yù)防新冠肺炎中被大量使用的一種防疫物資，制備免洗手消毒用酒精凝膠產(chǎn)品本身就具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，在充分挖掘酒精凝膠產(chǎn)品本身特點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，我們認(rèn)為至少可以從以下幾個(gè)方面挖掘思政元素并開展課程思政育人工作：

(1) 從酒精凝膠產(chǎn)品的消毒應(yīng)用出發(fā)，普及酒精產(chǎn)品的殺菌消毒科普知識，鼓勵(lì)學(xué)生在掌握了這些知識以后積極向親人朋友傳播相關(guān)知識，解除許多人對酒精凝膠消毒產(chǎn)品的不信任心態(tài)，提高大家的衛(wèi)生防護(hù)意識，為國家的防疫工作貢獻(xiàn)一份力量。

(2) 積極引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想我國防疫過程中酒精凝膠和消毒藥劑等各種防疫相關(guān)的精細(xì)化學(xué)品供應(yīng)充足的情況，以及我國社會經(jīng)濟(jì)從新冠肺炎疫情影響中快速恢復(fù)的現(xiàn)實(shí)，對比國外大部分國家各種防疫物資緊缺和疫情防控徹底失控的狀況，激發(fā)學(xué)生愛黨愛國的意識，增強(qiáng)學(xué)生對中國特色社會主義路線的自信。

(3) 在實(shí)驗(yàn)過程中，可能會遇上學(xué)生滴加乙醇過快導(dǎo)致卡波姆發(fā)生部分凝聚，以及滴加過量的三乙醇胺導(dǎo)致產(chǎn)品制備失敗的情況，此時(shí)任課教師可以積極引導(dǎo)學(xué)生分析失敗原因和指導(dǎo)學(xué)生采取補(bǔ)救措施。讓學(xué)生體會到一時(shí)的挫折并不可怕，關(guān)鍵是遇上了挫折要懂得去分析原因，并采取相應(yīng)的措施去克服挫折與困難，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、認(rèn)真思考與不折不撓的科研精神。

(5) 還可通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生正確看待精細(xì)化學(xué)品行業(yè)與工業(yè)對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會發(fā)展的重要意義，激發(fā)學(xué)生對化學(xué)化工相關(guān)行業(yè)的專業(yè)興趣與熱情，培養(yǎng)學(xué)生作為化學(xué)研究者與化學(xué)實(shí)踐者的自豪感。

3 結(jié)語

本精細(xì)化學(xué)品合成實(shí)驗(yàn)具有操作簡單、綠色環(huán)保、成功率高等特點(diǎn)，且具有強(qiáng)烈的現(xiàn)實(shí)意義和社會意義，既可作為生動(dòng)有趣的大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，又可作為一堂課程思政深度融合的專業(yè)課程。課程設(shè)計(jì)包含了實(shí)用性與思政性的雙重教學(xué)改革目標(biāo)，因此非常適合用于應(yīng)用化學(xué)或精細(xì)化工等相關(guān)專業(yè)的本?？茖W(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。