洗衣液泡沫控制的研究

2014-05-10 09:59:06趙建紅張世林

中國洗滌用品工業 2014年6期

趙建紅，張世林

（廣州市浪奇實業股份有限公司研究所，廣東廣州 510660）

泡沫是一種氣體在液體中的分散體系，氣體成為許多氣泡被連續相的液體分隔開來[1]。氣體是分散相，液體是分散介質。洗滌劑產生的泡沫既為我們的生活提供了便利（如利于洗滌），又有不利的一面（如造成污染、增加污水處理難度）。日常洗衣服所用的洗衣液若不添加消泡劑，在洗滌過程中會產生大量泡沫，造成漂洗困難，浪費水電或人力。因此，研究如何有效地控制洗衣液的泡沫非常有必要。

消泡劑有破泡和抑泡兩種性能[2]。加入消泡劑后，其分子會雜亂無章地分布于液體表面，使表面活性劑分子不容易有序排列，終止泡沫的產生。常用的消泡劑主要有皂基消泡劑、有機硅類消泡劑、聚醚消泡劑三類。目前市場上銷售的洗衣液一般并不添加消泡劑或者只添加一種消泡劑，其泡沫控制效果較差。為此，本文將主要討論三類消泡劑單獨使用、復配使用以及配方結構對洗衣液泡沫控制中的作用，力求改善洗衣液的泡沫控制效果。

1.實驗部分

1.1 實驗材料、設備

羅氏泡沫儀，上海銀澤儀器設備有限公司；洗衣機，海爾公司；配制洗衣液用原材料，國內外相應供應商。

1.2 實驗方法

1.2.1 洗衣液的配制

除2.1和2.3中所述洗衣液，消泡劑測試所用的洗衣液基液均相同。洗衣液配料的順序為:去離子水、表面活性劑、助劑、消泡劑、香精、防腐劑、色素。配樣時間、溫度、陳化時間均按洗衣液配制工藝的要求加以控制。

1.2.2 泡沫測試方法

按照國家標準GB/T 13173.6-1991《洗滌劑發泡力的測定（Ross-Miles法）》進行操作。

1.2.3 洗衣機洗滌測試

將一套干凈的工服放入洗衣機中，調節洗滌時間為35min，水位設定為中位，倒入40.0g洗衣液，開動洗衣機洗滌。第一次洗滌剛停止時，即排水前，拍照；第一次漂洗剛停止時，即排水前，拍照。洗滌用水為自來水，水溫控制在20～30℃。

2.結果與討論

2.1 表面活性劑及洗衣液的泡沫情況

洗衣液的主要成分是表面活性劑，其泡沫也主要是由表面活性劑所引起的。了解表面活性劑的泡沫情況，是研究和探討洗衣液泡沫控制的基礎。為此，先將AES、直鏈烷基苯磺酸鈉、MES等幾種洗衣液常用的表面活性劑配成20%的溶液，再用羅氏泡沫儀分別測試其泡沫，結果見表1。

表1 常見表面活性劑的泡沫表現

表1的泡沫測試結果表明，陰離子表面活性劑起始（0min）泡沫均很高，發泡能力均極好；除直鏈烷基苯磺酸鈉稍低（152mm）外，其他皆在200mm附近，且5min后泡沫變化不明顯。也就是說，陰離子表面活性劑均無明顯的消泡能力。非離子表面活性劑的泡沫量較陰離子低，但除TO-8外，其0min泡沫和5min泡沫幾乎一致。這顯示，和陰離子表面活性劑一樣，非離子表面活性劑也均無明顯的消泡能力。

用以上常用表面活性劑復配自制了兩種洗衣液，并與在市場上隨機采購的6款主流品牌的洗衣液進行對比。羅氏泡沫測試結果如表2所示。

表2 主流洗衣液品牌的泡沫情況

兩款自制洗衣液均為單純表面活性劑復配，且不添加消泡劑，其中自配洗衣液1以陰離子為主，自配洗衣液2以非離子為主。從表2可看出，這兩種自制洗衣液的發泡力都很好，但都無消泡能力，即泡沫控制效果差。市售的主流洗衣液產品，其0min泡沫絕大部分在150mm以上。除品牌D、E外，其他品牌洗衣液的5min泡沫幾乎無變化，即它們幾乎沒有消泡能力?？梢?，目前市場上銷售的大部分洗衣液產品和不添加消泡劑、單純表面活性劑復配的自配洗衣液泡沫控制均較差。

2.2 消泡劑對洗衣液泡沫控制情況

2.2.1 皂基消泡劑對洗衣液泡沫的控制效果

皂類消泡劑主要是利用洗滌過程中形成不溶于水的鈣皂來起到消泡、抑泡作用。其特點是原料易得，環保性能高，生產成本低[3]。在自制的洗衣液基液中分別加入不同種類的皂，研究其對洗衣液泡沫的影響，結果見表3。

表3 添加不同皂基對洗衣液泡沫的影響

從表3可以看出，除不飽和皂基外，加入其他皂基后，0min泡沫明顯較無皂基洗衣液低。除不飽和皂基外，其他皂基對洗衣液有一定的抑泡作用，特別是混合皂基的消泡作用尤為明顯，能將泡沫控制在150mm以下，且5min后泡沫明顯較0min低。也就是說，除不飽和皂基外的其他皂基對洗衣液都有一定的消泡作用，其中混合碳皂基對洗衣液抑泡、消泡作用尤為明顯。

2.2.2 有機硅消泡劑對洗衣液的泡沫控制情況

有機硅消泡劑中的消泡單元是包含固體二氧化硅的微粒和聚二甲基（硅）氧烷微粒。其主要特點是表面張力小，表面活性強，消泡速度快，用量少，成本低。二氧化硅微粒在強堿和高溫環境中會很快溶解，生成硅酸鹽如硅酸鈉，而二氧化硅正是刺破泡沫的“針尖”[4]。不同廠家生產的有機硅消泡劑對洗衣液泡沫的影響見表4。

表4 不同有機硅消泡劑對洗衣液泡沫的影響

由表4可見，不同廠家的有機硅在消泡能力方面的表現有所不同。除有機硅消泡劑B外，添加其他3種含有機硅消泡劑的洗衣液5min后泡沫較無消泡劑的洗衣液均大幅度降低?？梢?，除有機硅消泡劑B之外的有機硅消泡劑都有顯著的消泡能力，特別是有機硅消泡劑A，5min后能將泡沫由205mm消減至35mm。但從結果中也可以看出，洗衣液中添加了有機硅消泡劑后，其0min泡沫與未添加消泡劑的洗衣液幾乎一致。由此可見，這幾種有機硅消泡劑均無明顯的抑泡作用。

2.2.3 聚醚消泡劑對洗衣液的泡沫控制情況

有些聚醚類消泡劑其本身也是表面活性劑，在控制泡沫的同時也能起到一定的清洗作用。不同聚醚消泡劑對洗衣液泡沫的影響見表5。

表5 聚醚消泡劑對洗衣液泡沫的影響

根據表5的數據，添加單一聚醚消泡劑時，洗衣液0min泡沫和5min泡沫變化并不特別明顯。這表明，將其添加在洗衣液中并無明顯的抑泡、消泡作用，單獨使用時對泡沫控制效果并不顯著。

2.2.4 復配消泡劑對洗衣液的泡沫控制情況

將“混合碳皂基消泡劑＋有機硅消泡劑A”、“混合碳皂基消泡劑＋聚醚消泡劑C”、“聚醚消泡劑C＋有機硅消泡劑A”、“混合碳皂基消泡劑＋有機硅消泡劑A＋聚醚消泡劑C”四種復配組合分別添加至自制的洗衣液基液中，然后考察其對洗衣液的泡沫控制效果，結果見表6。

表6 復配消泡劑對洗衣液泡沫的影響

表6結果表明，消泡劑復配之后，對洗衣液泡沫的控制效果優于單一消泡劑，特別是三種消泡劑復配后泡沫控制效更佳。其中，添加“混合碳皂基消泡劑＋有機硅消泡劑A”的復配組合后，洗衣液0min泡沫與單獨添加混合碳皂基時的情形幾乎一致，而5min泡沫則與單加有機硅消泡劑A時幾乎一致，表明這種組合結合了二者各自的優點，不僅發泡量要低，而且具有顯著的抑泡、消泡作用；添加“聚醚消泡劑C＋混合碳皂基消泡劑”的復配組合后，0min泡沫和5min泡沫均低于單獨加入混合碳皂基消泡劑時的情形，抑泡、消泡效果更顯著，特別是其抑泡效果比“混合碳皂基消泡劑＋有機硅消泡劑A”復配組合效果更好；添加三種消泡劑復配組合的洗衣液，其0min泡沫和5min泡沫均較添加其他復配組合的消泡劑低，因而對于洗衣液中的泡沫控制效果最好。

2.3 配方結構對洗衣液的泡沫控制情況

在實際的洗衣液配方中，配方結構的變化也會對泡沫產生較大影響。例如，配方中直鏈烷基苯磺酸鈉和非離子表面活性劑的含量會對洗衣液的泡沫產生顯著影響。為此，實驗中以添加了三種消泡劑復配的洗衣液為測試對象，考察調整直鏈烷基苯磺酸鈉與非離子表面活性劑的含量對泡沫的影響，其中表面活性劑總含量為21%。實驗所用的測試配方見表7，測試結果列入表8。

根據表8的測試結果，添加的表面活性劑中直鏈烷基苯磺酸鈉和非離子的比例越大，洗衣液0min泡沫和5min泡沫越低，即泡沫越容易控制。其中，直鏈烷基苯磺酸鈉和非離子添加比例均較大的4#配方洗衣液的泡沫控制效果也最好。

2.4 消泡劑的穩定性以及洗衣液的洗滌效果

有機硅的結構有其特殊性，因而在高溫、強堿[4]下并不穩定。為此，我們選用表8中的4#配方作為測試配方，考察其穩定性。在常溫存儲一年后，分別測定羅氏泡沫以及用洗衣機測試洗滌效果，測試結果分別見表9和圖1。圖1中，從左到右依次為第一次洗滌停止時泡沫、第一次漂洗停止時泡沫；從上到下分別為4#配方洗衣液常溫存儲一年后、新樣品的洗滌情況。

由表9結果可見，洗衣液儲存一年后，0min泡沫幾乎與新樣品一致，5min泡沫比新樣品稍有升高，但仍有顯著的消泡能力。這表明，將三種消泡劑的復配組合（有機硅消泡劑A＋混合碳皂基＋聚醚消泡劑C）添加至4#配方，洗衣液的儲存穩定性較好。

圖1的結果表明，添加三種復配消泡劑的4#配方洗衣液，在儲存前后泡沫控制都極好。經過洗衣機實際洗滌測試，漂洗后幾乎無泡沫殘留，漂洗效果極佳。新樣品與儲存一年后的樣品漂洗效果幾乎一致，顯示其儲存穩定性很好。