新型商業(yè)洗衣用植物基非離子表面活性劑

馬曉琳 梁 冰 姜 丹

（陶氏化學(xué)（中國(guó)）投資有限公司，上海，201203）

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)騰飛和城市化進(jìn)程的加速，面向賓館、酒店、醫(yī)院等機(jī)構(gòu)的商業(yè)洗衣行業(yè)也進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期。商業(yè)洗衣的清潔對(duì)象是布草織物，主要來(lái)自客房（床單、被套、枕套等）、衛(wèi)浴（面巾、浴袍等）和餐廳（臺(tái)布、口布、廚衣等）。商用布草洗滌過(guò)程與家庭洗衣不同，商業(yè)洗衣包括預(yù)洗、主洗、漂洗、中和、柔軟和上漿[1-2]。在所使用的化學(xué)產(chǎn)品中，主洗劑和乳化劑配方通常添加表面活性劑，以達(dá)到潤(rùn)濕織物、乳化并去除污漬的效果。脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9）廣泛使用在這類產(chǎn)品中，去污力較好，但通常泡沫穩(wěn)定性高而影響漂洗效果，且容易形成凝膠和低溫固化而不利于配制和生產(chǎn)。針對(duì)上述情況，開(kāi)發(fā)一種低凝點(diǎn)，快速破泡且具有優(yōu)良潤(rùn)濕和乳化性能的新型非離子表面活性劑成為研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

TERGITOL? LA（LA-7和LA-9）系列是以植物來(lái)源的脂肪醇為起始劑，經(jīng)烷氧基化反應(yīng)制得的環(huán)保型非離子表面活性劑，具有易生物降解、低氣味和低水生毒性的特點(diǎn)。本研究針對(duì)泡沫、潤(rùn)濕、乳化、凝膠范圍和傾點(diǎn)等性能進(jìn)行測(cè)試，與商業(yè)洗衣配方中常用的非離子表面活性劑AEO-9相比，考察了該系列用于商業(yè)洗衣產(chǎn)品的潛力。

1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器

實(shí)驗(yàn)用到的原料及儀器分別見(jiàn)表1和表2。

表1 實(shí)驗(yàn)主要原料

表2 實(shí)驗(yàn)主要儀器

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 泡沫性能（羅氏泡沫法）

方法參考國(guó)標(biāo)GB/T 13173－2008的發(fā)泡力測(cè)試，采用去離子水配制1 g/L的表面活性劑水溶液，在室溫（約22℃）下進(jìn)行測(cè)試。先用去離子水清洗刻度量管和滴液管，然后用試液潤(rùn)洗，避免泡沫殘留。關(guān)閉刻度量管旋塞，將試液沿管壁加入至50 mL刻度線以上，靜置5 min，調(diào)節(jié)旋塞使液面恰好在50 mL刻度處；使用滴液管吸取200 mL試液并將其放在刻度量管上口；打開(kāi)滴液管的旋塞，讓溶液流下；當(dāng)溶液流完立即開(kāi)始計(jì)時(shí)并讀取初始泡沫高度，在5 min末再讀取第二次讀數(shù)。

2.2 潤(rùn)濕性能（動(dòng)態(tài)表面張力測(cè)試）

使用KRUSS BP100動(dòng)態(tài)表面張力儀，利用最大泡壓法測(cè)定。原理為在液相中的毛細(xì)管底部生成氣泡，隨著氣泡產(chǎn)生，曲率不斷增加，氣泡內(nèi)壓力也相應(yīng)增大，直至氣泡半徑與毛細(xì)管半徑相同，此時(shí)氣泡內(nèi)壓力達(dá)到最大值。儀器給出的測(cè)量結(jié)果對(duì)應(yīng)的是一定表面年齡（Surface Age）下的表面張力，表面年齡為從氣泡開(kāi)始產(chǎn)生到最大壓力之間的時(shí)間。表面張力對(duì)表面年齡的關(guān)系可以通過(guò)不同的鼓泡速度測(cè)出。

本實(shí)驗(yàn)配制1 g/L的表面活性劑溶液，測(cè)試表面年齡在10 ms至2000 ms（2 s）間該溶液的表面張力，并繪制相應(yīng)曲線。

2.3 乳化性能

配制5 g/L的表面活性劑溶液，并將20 mL倒入100 mL量筒，再加入20 mL液體石蠟。上下震搖量筒10次為一輪，重復(fù)震搖5輪，每輪之間靜置1 min。第五輪震搖結(jié)束后開(kāi)始計(jì)時(shí)，觀察分層情況，記錄分層后水層液體達(dá)到5 mL的時(shí)間。時(shí)間越長(zhǎng)，說(shuō)明乳化能力越好。

2.4 凝膠范圍

配制一系列不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（1 0%，2 0%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%）的表面活性劑水溶液，加熱至60℃以確保混勻，然后冷卻至室溫（約22℃）。觀察溶液流動(dòng)性，若倒置后5 s不流動(dòng)即為凝膠態(tài)。

2.5 傾點(diǎn)

將表面活性劑樣品倒入測(cè)試管中至刻度線處并置于恒溫45℃熱水浴中，至樣品上方溫度計(jì)顯示為45℃時(shí)取出。之后將測(cè)試試管固定于O型定位卡槽內(nèi)，待樣品接近凝固時(shí)，取出樣品并成45°角進(jìn)行流動(dòng)性觀察（3 s內(nèi)完成）。若樣品已凝固且不流動(dòng)，進(jìn)一步將樣品管傾倒至90°水平觀察其流動(dòng)性（5 s內(nèi)）。若仍不具有流動(dòng)性，記錄實(shí)際測(cè)得溫度。反之，若樣品流動(dòng)，重新放回O型定位卡槽內(nèi)并將溫度下調(diào)3℃，重新觀察樣品流動(dòng)性，直至樣品不流動(dòng)并記錄其溫度值。

3 結(jié)果及討論

3.1 泡沫測(cè)試

尋求快速破泡的表面活性劑一直是商業(yè)洗衣配方開(kāi)發(fā)的關(guān)注點(diǎn)之一，易破泡不僅在洗滌過(guò)程中減少了泡沫累積溢出的風(fēng)險(xiǎn)，更為漂洗過(guò)程帶來(lái)便利。相對(duì)陰離子表面活性劑來(lái)說(shuō)，非離子表面活性劑的泡沫體積較低。而通過(guò)對(duì)親水鏈的修飾（例如引入疏水基團(tuán)）則有利于進(jìn)一步降低非離子表面活性劑的泡沫穩(wěn)定性。羅氏泡沫法測(cè)試顯示（圖1），TERGITOL? LA系列與AEO-9的起始泡沫高度接近，但消泡速度要顯著快于AEO-9。起泡5 min后，泡沫高度僅為初始的1/5。

3.2 動(dòng)態(tài)表面張力測(cè)試

圖1 表面活性劑的羅氏泡沫高度（1 g/L，22℃）

動(dòng)態(tài)表面張力是指表面活性劑溶液在新界面達(dá)到吸附平衡前某一時(shí)刻的表面張力，反映的是在動(dòng)態(tài)過(guò)程中表面張力隨著時(shí)間變化的情況。動(dòng)態(tài)表面張力與體系中表面活性劑的遷移速度相關(guān)，而其遷移速度反映了該表面活性劑的潤(rùn)濕性能。表面活性劑遷移速度越快，在同樣的時(shí)間下，表面張力降得越低，潤(rùn)濕底材的速度越快[3-5]。結(jié)果顯示（圖2），TERGITOL? LA-7與LA-9的動(dòng)態(tài)表面張力表現(xiàn)接近。它們的曲線都明顯低于AEO-9，說(shuō)明TERGITOL? LA系列的表面張力降低速度要優(yōu)于AEO-9，這一特點(diǎn)對(duì)于在衣物洗滌時(shí)的快速潤(rùn)濕起到重要的作用。

3.3 乳化性能

圖2 表面活性劑的動(dòng)態(tài)表面張力（1 g/L）

在主洗中，表面活性劑需要快速乳化去除織物上的污垢。乳化力是衡量非離子表面活性劑清洗性能的重要指標(biāo)之一。將表面活性劑水溶液與石蠟混合搖勻后記錄水相分層達(dá)到5 mL所需的時(shí)間，需要的時(shí)間越長(zhǎng)，說(shuō)明乳化能力越好。結(jié)果顯示（圖3），TERGITOL? LA-7與石蠟的混合液分層的速度最慢，說(shuō)明其乳化性能更好。TERGITOL? LA-9的性能接近且略優(yōu)于AEO-9。

圖3 表面活性劑的乳化性能（5 g/L）

3.4 凝膠范圍

表面活性劑作為雙親分子，具有極性基團(tuán)（可以形成氫鍵）和非極性基團(tuán)，在與水混合后，易通過(guò)非共價(jià)的弱相互作用，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的骨架而使體系凝膠化[6-7]。濃縮化是液體洗滌劑的重要發(fā)展方向之一，而表面活性劑水溶液在形成凝膠后，會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)性變差和溶解速度變慢，對(duì)配方設(shè)計(jì)配制以及使用中的分配稀釋帶來(lái)不利影響[8]。因此，縮小表面活性劑的凝膠區(qū)間是受到關(guān)注的熱點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)通過(guò)配制不同濃度的表活水溶液進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)AEO-9在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%～70%范圍內(nèi)均出現(xiàn)凝膠，而TERGITOL? LA系列在相應(yīng)濃度下仍具有流動(dòng)性（圖4～圖5）。

3.5 傾點(diǎn)

圖4 表面活性劑的凝膠范圍

圖5 凝膠和黏稠液體

傾點(diǎn)反映了原料的低溫流動(dòng)性，傾點(diǎn)越低，表面活性劑的低溫流動(dòng)性越好。通過(guò)2.5方法，測(cè)得3個(gè)表面活性劑的傾點(diǎn)（表3）。AEO-9傾點(diǎn)較高，在使用前常常需要烘料，給配制操作帶來(lái)不便。TERGITOL? LA-7和LA-9的傾點(diǎn)都低于5℃，相對(duì)AEO-9有了顯著的提升，可以在大部分情況下避免配制洗衣產(chǎn)品需烘原料的缺陷。有研究顯示[9]，低溫流動(dòng)性較好的水溶性液體通常在水中的溶解速度也優(yōu)于流動(dòng)性較差的。因此，TERGITOL? LA系列可以完全或部分替代AEO-9以提升商用洗衣配方的溶解速率，進(jìn)而增進(jìn)洗滌效果。

表3 表面活性劑的傾點(diǎn)

4 結(jié)論

通過(guò)與常規(guī)非離子表面活性劑A E O-9 相比，植物醇起始的新型環(huán)保型非離子表面活性劑TERGITOL? LA-7和LA-9具有快速破泡性能，可以幫助配方減少或去除消泡劑的使用。同時(shí)，TERGITOL? LA系列還表現(xiàn)出更低的動(dòng)態(tài)表面張力和更強(qiáng)的乳化性能，在洗滌中可以快速滲透織物并乳化油污，從而提高洗滌效率。最后，該系列產(chǎn)品在水溶液中無(wú)凝膠范圍，且相比AEO-9低溫流動(dòng)性更好，有益于配方的生產(chǎn)配制和使用中的分配投料。這些特點(diǎn)表明，TERGITOL? LA-7和LA-9具有在商業(yè)洗衣產(chǎn)品中部分或完全替代AEO-9使用的潛力。