環(huán)保型高效稠油垢弱酸性水基清洗劑的研制

古蒙蒙，涂文輝，桂紹庸，蔡衛(wèi)權(quán)，林元虹，李玉軍，曹宏

（1 武漢理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；2 重慶暄潔環(huán)保產(chǎn)業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司，重慶 400039）

廚房稠油垢的有效清除是長期讓人們困擾的難題，其復(fù)雜成分形成的源頭主要是食用油。對于油脂流淌外濺引起的油污，用一般清洗劑是不難清洗的，然而目前廚房所用的食用油大部分是不飽和程度較高的花生油和大豆油等植物油，它們在高溫下蒸發(fā)夾帶出來并在高溫下氧化聚合，和其他油污、食物碎屑等夾雜在一起形成黏稠的污垢。這些污垢得不到及時清洗的話，會變得越來越黏稠甚至干結(jié)，難以清洗[1]。圍繞上述稠油垢的清洗，市場上出現(xiàn)了不少清洗效果不錯的日用清洗劑，但由于配方選擇不太合理，或多或少存在著配方復(fù)雜、配制工藝繁瑣、堿性偏高、對皮膚有刺激性和綜合清洗性能不十分理想等問題。因此，環(huán)保型高效稠油垢水基清洗劑的研制仍是值得關(guān)注的研究課題。

本文著眼于從源頭上預(yù)防污染的“綠色化學(xué)”的基本理念[2]，針對日用清洗技術(shù)向綠色、環(huán)保、功能化、傻瓜型和精細(xì)化方向發(fā)展的趨勢[3]，結(jié)合廚房油垢的組成特點(diǎn)，經(jīng)過大量試驗(yàn)探討，研制出一種原料廉價易得、配方簡單、配制工藝簡便、pH值呈弱酸性、稠油垢去除效果顯著的環(huán)保型水基清洗劑。該水基清洗劑配方用到的表面活性劑包括易生物降解、去污力強(qiáng)的烷基糖苷（APG）[4-5]，去污、乳化和抗硬水性能優(yōu)良的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES），去污、乳化、分散、潤濕和殺菌性能良好的椰油酸胺丙基甜菜堿（CAB）[6]以及滲透性能優(yōu)異的陰離子型表面活性劑磺化琥珀酸二辛酯鈉鹽（OT）。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

APG，工業(yè)級，碳鏈長度 8～10，宜興市金蘭化工有限公司；AES，工業(yè)級，浙江臨海凱樂化工廠；CAB，碳鏈長度12～14，工業(yè)級，江陰市盛昌化學(xué)品有限公司；OT，工業(yè)級，江蘇省海安石油化工廠。

THZ-C型臺式恒溫振蕩箱，太倉市華美生化儀器廠；85-2A型恒溫磁力攪拌器，常州博遠(yuǎn)實(shí)驗(yàn)分析儀器廠；HHS-12型電熱恒溫水浴鍋，水溫波動1℃，上海東星建材試驗(yàn)設(shè)備有限公司；DHG90A系列普通干燥箱，上海索普儀器有限公司；AL104型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.2 清洗劑的配制

根據(jù)清洗劑配方組成逐一地準(zhǔn)確稱取原料，并加入到同一燒杯中，然后加入指定量的自來水，在磁力攪拌器上常溫攪拌約1h，形成透明的溶液。

1.3 清洗實(shí)驗(yàn)

首先，將洗凈的鋼片于120℃下干燥1h后，放置到干燥器中冷卻至室溫后稱重，記為M0，用毛刷在鋼片規(guī)定部位均勻涂敷植物油垢 0.24±0.02g；然后，將涂有油污的鋼片在 200℃下老化 10min，取出放在干燥器中陳化20～22h便得污片。將污片稱重并記為M1，然后將污片置于500m L的燒杯中，加入50m L清洗劑后置于恒溫振蕩箱中，在120r/min的轉(zhuǎn)速下振蕩10min后取出污片，并用自來水沖洗10s，接著120℃下干燥1h后放置到干燥器中冷卻至室溫稱重，記為M2。去污力的計算公式如下。

式中，F(xiàn)為洗去油污的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；M0為鋼片的質(zhì)量，g；M1為污片洗前的質(zhì)量，g；M2為污片洗后的質(zhì)量，g。

1.4 清洗性能測試

自制清洗劑、市售廚房多用品牌清洗劑1和品牌清洗劑2的外觀、氣味、pH值、去污力、高溫穩(wěn)定性和低溫穩(wěn)定性等測試，均參照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行[7]。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)

首先在預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上選擇APG、AES、CAB和OT 4個因素，并各取3個水平，在室溫下進(jìn)行4因素3水平的正交試驗(yàn)。根據(jù)清洗劑的因素權(quán)值[8]，以去污力為主要試驗(yàn)指標(biāo)計算極差，確定各因素的主次順序，Ki表示任一列上水平號為i（i=1，2或3）時所對應(yīng)去污力的試驗(yàn)結(jié)果之和；R為極差，任一列R=max{K1，K2，K3}-m in{K1，K2，K3}[9]。正交試驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1可知，RD＞RB＞RA＞RC，因此影響自制清洗劑去污力各因素的主次順序?yàn)椋篛T＞AES＞APG＞CAB。根據(jù)極差分析結(jié)果，選各因素最大K值所對應(yīng)的水平為配方組成，確定的優(yōu)化方案清洗劑配方的組成分別為OT 2.0%、AES 4.0%、APG 5.8%和CAB 6.8%，相應(yīng)的去污力達(dá)93.4%。

2.2 OT含量對自制清洗劑去污力的影響

隨后在室溫下考察了最主要影響因素OT含量對自制清洗劑去污力的影響。研究發(fā)現(xiàn)，其它組分含量不變、OT含量增加到4.0%時自制清洗劑的去污力最高，可達(dá)96.4%；進(jìn)一步提高其含量時溶液出現(xiàn)不兼溶的分層現(xiàn)象，因此自制清洗劑的配方組成可以優(yōu)化為OT 4.0%、AES 4.0%、APG 5.8%和CAB 6.8%，相應(yīng)的去污力達(dá)96.4%。

2.3 濃縮和稀釋對去污力的影響

進(jìn)一步在OT含量對自制清洗劑去污力影響實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了自制清洗劑的濃縮和稀釋去污試驗(yàn)，并與市售典型清洗劑稀釋液的去污力進(jìn)行對比，結(jié)果見表2。由表2可知，自制清洗劑的去污力隨著其濃縮倍數(shù)的提高先增加后降低，濃縮 1.1倍時其去污力達(dá)到最高值98.2%。此外，將清洗劑稀釋1.33倍和2倍后使用，自制清洗劑的去污力仍然達(dá)到93.0%和91.7%，顯著優(yōu)于市售品牌清洗劑1的去污力 72.3%和 71.3%，并與市售品牌清洗劑 2的去污力93.2%和 92.3%基本相當(dāng)。綜上，將陰離子型表面活性劑OT單因素實(shí)驗(yàn)所獲清洗劑的配方濃縮1.1倍后，可以得到更優(yōu)的清洗劑配方組成：OT 4.4%、AES 4.4%、APG 6.4%和CAB 7.5%，相應(yīng)去污力可達(dá)98.2%。

表1 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.4 清洗溫度對自制清洗劑清洗效果的影響

清洗溫度對該自制清洗劑的清洗效果也有著顯著的影響，見表3。由表3可知，該自制清洗劑在室溫～45℃基本上可以清除全部油污，清洗溫度降至10℃后去污力仍高達(dá)92.3%，但清洗溫度進(jìn)一步降至 0℃后去污力降至 74.2%，因此，采用該清洗劑清洗油垢最好在溫度高于10℃下進(jìn)行。

表2 不同濃縮和稀釋倍數(shù)下自制清洗劑與市售品牌清洗劑1和2去污力的比較

表3 清洗溫度對自制清洗劑去污力的影響

2.5 自制清洗劑和市售清洗劑的清洗性能對比

按照國家標(biāo)準(zhǔn)，對較佳清洗劑配方組成下的自制清洗劑和市售品牌清洗劑1和2在25℃下的外觀、氣味、穩(wěn)定性和pH值等清洗指標(biāo)進(jìn)行綜合比較，結(jié)果見表4。由表4可知，自制清洗劑的外觀、氣味和穩(wěn)定性等指標(biāo)均已達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，并且其pH僅為6.5，呈微弱酸性，接近中性，而市售品牌清洗劑1和2的pH值分別為9.0和10.0，呈弱堿性；此外，自制清洗劑的去污力高達(dá)98.2%，略高于市售品牌清洗劑1的去污力92.9%和市售品牌清洗劑2的去污力95.3%。綜上，在本實(shí)驗(yàn)條件下自制清洗劑的綜合清洗性能優(yōu)于市售品牌清洗劑1和2，并且對人皮膚的刺激性更小。

表4 自制清洗劑和市售品牌清洗劑1和2清洗性能的對比

3 結(jié) 論

（1）成功地研制出一種環(huán)保型高效稠油垢弱酸性水基清洗劑，正交實(shí)驗(yàn)、主要活性物含量和清洗劑的濃縮等實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后的較佳配方組成為 OT 4.4%、AES 4.4%、APG 6.4%和CAB 7.5%，pH值6.5，接近中性，對人體皮膚基本無刺激，室溫下其去污力達(dá)98.2%，40℃下其去污力可達(dá)100%，且其在 25℃下的綜合清洗性能優(yōu)于典型市售品牌清洗劑1和市售品牌清洗劑2。

（2）所研制的自制清洗劑具有配方和配制工藝簡單、原料廉價無害、溶劑為自來水和不添加任何酸堿等優(yōu)良特性，且pH值呈接近中性的弱酸性，與典型市售品牌清洗劑略有不同，對溫和型高效稠油垢水基清洗劑的開發(fā)具有較大參考價值。

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