配方簡單的高效稠油垢微堿性水基清洗劑的研制

劉璠，康娟，陳鑫銅，呂振強，朱夢媛，曹景順，涂天翼，古蒙蒙，蔡衛權，2

（1武漢理工大學化學化工與生命科學學院，湖北 武漢 430070; 2武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，湖北 武漢 430070）

大量餐飲店、廚房和路面表面遺留的油污，尤其是稠油垢，不及時清理會影響美觀，也給周邊環境造成了很大的負面影響，甚至會影響城市形象；路面上的稠油垢會影響行人和車輛的通行，尤其在雨天等特殊天氣下還會造成安全隱患。稠油垢的成分非常復雜，主要由食物烹飪過程中形成的油煙、油性聚合物、食物碎渣、塵埃和其他沉積物構成，聚合油脂將各種污垢交織在一起，通常情況下既難溶解，又難以乳化，只有合理復配表面活性劑和其他助劑，增強對污垢的滲透性、乳化性和分散性，才有可能有效解決其清洗去除問題[1-2]。近些年來，針對不同應用場合的各種油垢清洗劑相繼開發使用，但由于表面活性劑的選擇和配方結構不合理，導致清洗劑的配方過于復雜，或安全性和環境友好性不佳，或對稠油垢的清洗效果難以讓人滿意。例如，所采用的高堿或高pH 值配方、強酸、含磷物質和有機溶劑等容易對環境造成污染，因而，原料廉價、配方和制備方法簡單、去污效果顯著并且使用安全的綠色高效水基清洗劑的開發是一項十分重要而又緊迫的工作[2-4]。

在前期研究中，本文作者課題組曾制備了pH≈9左右的堿性高效路面油污半水基清洗劑，該配方組成復雜，包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、直鏈烷基苯磺酸鈉、烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚、桔子油、三乙醇胺、檸檬酸三鈉和自來水共7 種組分，其中，桔子油為有機助溶劑，三乙醇胺為有機堿[5]；也曾制備了pH≈8.3 左右的堿性水基清洗劑，該配方組成仍較復雜，包括陰離子型表面活性劑F、烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、檸檬酸鈉、三乙醇胺和自來水共7 種組分，仍使用了有機堿三乙醇胺[6]。本文基于從源頭上預防污染的綠色化學基本理念[7]，試圖迎合清洗技術向綠色、環保、功能型、傻瓜型和精細化方向發展的大趨 勢[8-9]，進一步利用廉價的工業原料制備了不添加任何酸堿、不使用任何有機溶劑、配方簡化并且對植物油垢去除快速、清洗效果顯著的微堿性水基清洗劑，該清洗劑僅含有5 種組分，較現有清洗劑配方組成大大簡化。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

烷基糖苷（APG），工業級，碳鏈長度8～10，宜興市金蘭化工有限公司；壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10），工業級，邢臺藍星助劑廠；脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9），工業級，邢臺藍星助劑廠；椰子油脂肪酸二乙醇酰胺（6501），工業級，武漢市三仁科技有限公司；自來水；市售金龍魚大豆油。

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

1.2 清洗劑的制備

將兩個反應釜分別標記為A 和B。首先將一定量的APG 和自來水加入到A 中，50℃下化勻。然后將所需AEO-9、6501 和TX-10 加入到B 釜中攪拌，化勻后與A 釜中的溶液在攪拌下混合，直至形成透明的溶液。

1.3 清洗實驗

首先將洗凈的試片于120℃下干燥30min 后，放置到干燥器中冷卻30min 后稱重，記為m0。用毛片刷在試片規定部位涂敷市售金龍魚大豆油0.24g±0.02g，并轉移至干燥的培養皿中，依次在200℃下干燥10min、室溫干燥器中陳化20～22h，制得油垢試片稱重，記為m2。將稱重的試片置于500mL 的燒杯中，加入50mL 清洗劑后置于25℃的恒溫振蕩器中，振蕩10min 后取出試片，分別于120℃下干燥20min、室溫干燥器中冷卻30min 后稱重得m1，去污力按式（1）計算[5]。

式中，W 為清洗劑的去污力；m0為干燥試片的質量；m1為清洗劑清洗油垢后試片的質量；m2為涂敷油垢并干燥后試片的質量。

1.4 清洗性能測試

自制清洗劑和市售廚房多用清洗劑的外觀、氣味、穩定性、堿度、pH 值和腐蝕性的測試均參照標準進行[10-11]。

1.5 清洗劑對金屬的腐蝕試驗

清洗劑對金屬腐蝕率數據的測定方法參照“金屬材料和零件用水基清洗劑技術條件”進行[12-13]。

2 結果與討論

2.1 正交試驗

除自來水外，選用的清洗劑配方僅有APG、AEO-9、TX-10 和6501 共4 種組分組成。其中，“綠色”功能性非離子表面活性劑APG 具有高表面活性、良好的生態安全性和相溶性；非離子表面活性劑AEO-9 具有良好的乳化、去污和凈洗性能；非離子表面活性劑6501 具有良好的發泡、穩泡、滲透去污、抗硬水等功能；TX-10 具有極好的滲透、乳化、分散和洗滌性能。

根據前期探索實驗，先進行其他組分含量均為3.5%時，某一組分含量影響自制清洗劑清洗效果的單因素實驗。隨著APG 含量的提高，清洗劑的去污力顯著提高，APG 含量為8%時清洗效果最好，去污力達98.7%；進一步提高APG 含量對其去污力的影響并不顯著，而且低溫時清洗劑的穩定性較差，易出現渾濁，因此APG 含量的上限定為8.0%。

類似地，隨著AEO-9 含量的提高，清洗劑的去污力顯著提高，但AEO 含量超過3.5%后清洗劑的低溫穩定性差，易析出白色固體，因此AEO 含量的上限定為3.5%。隨著TX-10 含量的提高，清洗劑的去污力顯著提高，但TX-10 含量超過3.5%后清洗劑易分層，因此TX-10 含量的上限定為3.5%。隨著6501 含量的提高，清洗劑的去污力顯著提高，6501含量為2.0%時，去污力達87.4%，溶液pH 值近中性；進一步提高6501 含量清洗劑的pH 值增加，而且泡沫較多、穩定性不佳，因此6501 含量的上限定為2.0%。

進一步采用正交試驗對清洗劑的配方組成進行優化，確定各組分的最佳含量[14]。將APG、AEO、6501 和TX-10 及其含量分別作為正交表的因素和水平，進行四因素四水平的正交試驗。根據表1 因素權值表[15]，以去污力為主要試驗指標計算極差，確定各因素的主次順序，正交試驗結果見表2。其中，Ki表示任一列上水平號為i(i=1，2 或3)時對應的去污力之和；R 為極差，任一列上R=max｛K1，K2，K3，K4｝- min｛K1，K2，K3，K4｝。由表2 可知，本實驗條件下各因素影響自制清洗劑去污力的主次順序為：APG＞AEO-9＞TX-10＞6501；較佳清洗劑配方組成分別為APG 8%、TX-10 0.5%、AEO-9 3.5%和6501 1%，所制備清洗劑的去污力達94.7%。根據表2 中的極差分析結果，進一步對清洗劑的配方組成進行性能優化實驗，得出更優的配方組成分別為APG 8%、TX-10 3.5%、AEO 3.5%和6501 2%，相應的去污力可達99.3%。

表1 因素權值表

表2 正交試驗結果

2.2 清洗劑的稀釋去污試驗

將上述按最優配方制備的近中性清洗劑和市場上銷售的兩種廚房多用清洗劑稀釋前后的去污力進行了對比，結果見表3。由表3 可知，自制清洗劑較這兩種商業清洗劑具有更佳的去污力。

表3 自制清洗劑和市售清洗劑稀釋0～4 倍時的去污力比較

此外，最優配方下本清洗劑的pH 值僅為7.5，相比之下這兩種市售清洗劑的pH 值分別為9.5 和9.0，因此，本清洗劑較佳的清洗性能是在非常溫和的條件下實現的。

表4 自制最優配方組成清洗劑稀釋或濃縮一定倍數后的穩定性比較

2.3 清洗劑的穩定性

表4 給出了上述自制清洗劑稀釋或濃縮一定倍數后的外觀、氣味和穩定性比較。表4 顯示，該自制清洗劑原液、2～4 倍稀釋液、2～3 倍濃縮液均具有較好的低溫穩定性、常溫穩定性、高溫穩定性和耐硬水性能。

2.4 清洗劑對不同金屬的腐蝕和清洗性能試驗

以上述最佳配方組成的自制清洗劑為例，測定了其對45 鋼、H62黃銅和LY12鋁的腐蝕率和去污力，結果見表5。由表5 可知，該自制清洗劑對45鋼、H62黃銅和LY12鋁等金屬的腐蝕性極小，而對它們的去污力很高。

表5 清洗劑對不同金屬的腐蝕率和表面的去污力

3 結 論

針對餐飲店、廚房和路面稠油垢的組成特點，利用廉價的工業原料成功地研制出一種配方組成非常簡單的高效稠油垢微堿性水基清洗劑，其較佳配方組成為APG 8.0%、AEO 3.5%、TX-10 3.5%和6501 2.0%，pH 值僅為7.5，接近中性，相應去污力高達99.3%。

該清洗劑具有不添加任何酸堿組分、配方簡單、溶劑為自來水、組分兼容性好、pH 值近中性、配制工藝簡單和對稠油垢去除效果好等優點，較好地符合了洗滌劑行業的發展趨勢。此外，按較佳配方制備的近中性水基清洗劑原液、2 倍稀釋液和4 倍稀釋液的去污力明顯優于市售廚房多用清洗劑，并且對45 鋼、H62黃銅和LY12鋁等金屬的腐蝕性小、去污性能好，因而具有較好的推廣應用價值。

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