APEO非離子表面活性劑在布草洗滌劑中的替代研究

陳子杰 王曉穎 朱 宏,2＊

（1. 華南師范大學化學學院，廣東廣州, 510006；2. 佛山市舒潔環保科技有限公司，廣東佛山, 528200）

1 國內布草洗滌現況

1.1 行業現況

布草是泛指跟“布”有關的東西，包含酒店客房里的床單、被套、毛巾，餐廳里面的臺布，以及醫院里使用的病號服和床單等。布草的使用場景非常廣泛，涉及酒店、餐飲、醫院、休閑娛樂場所等多個服務行業，布草市場還在不斷地擴充。

最近幾年，隨著居民生活水平的提高，旅游產業的迅速發展，大眾旅游需求日益提高，鄉村旅游也迎來了快速擴張，酒店、賓館、餐館及休閑娛樂場所遍地開花，隨之帶來的布草清洗問題也引人關注，如何快速高效地進行布草清洗成為亟需解決的問題。

對于酒店和賓館而言，布草的洗滌通常選擇外包給洗衣工廠完成，這樣能夠降低一部分經營成本[1]，而醫院的布草則通常由自帶的洗衣房進行洗滌，但是由于醫用布草的特殊性以及快速增加的布草量，現在也有一部分醫院選擇交由洗衣工廠洗滌。因此，洗衣工廠布草洗滌劑的用量在不斷提高，布草洗滌劑的市場也在不斷地擴大[2]。

1.2 存在的問題

不少新聞媒體曾經報道過國內的洗衣工廠或洗衣房清洗工序不規范、衛生條件惡劣，甚至有媒體曾對此進行暗訪，某家承接醫療布草的洗衣工廠為提高效率，缺少嚴格的高溫消毒環節。此外，一些兒科醫用布草被夾雜在成人醫療布草中混洗，帶血的醫用布草與其他患者衣物和床單進行混洗。有洗衣工廠員工坦言，他們所謂的分類洗滌，只是把醫院分開，不分科室，不分洗衣設備。而國家衛健委制定的《醫療消毒供應中心基本標準和管理規范（試行）》明確指出，可穿戴、可折疊的醫用布草是作為醫療器械來管理的，在洗滌時必須滿足清洗、消毒、干燥、檢查、折疊、包裝、滅菌、儲存等條件，才能投放到醫院進行使用。在這當中，分類洗滌只是最起碼的要求，而消毒、滅菌等則是對這些可重復使用的醫用布草的基本要求。部分洗衣工廠的職業道德缺失，相關部門的監管缺位，導致了種種亂象的發生[3]。

為了達到去污以及除油的效果，洗衣工廠在洗滌過程中一般會使用堿性比較強的工業洗滌劑，雖然能夠達到不錯的洗滌效果，但是對于布草的損傷比較嚴重，多次洗滌之后，布草可能就會出現變硬、吸濕性下降以及手感變差等一系列問題，其原因是用來調節洗滌劑pH值的純堿和硬水中的鈣、鎂離子反應，產生不溶于水的碳酸鈣和碳酸鎂，附著在織物纖維上結晶。此外，布草反復洗滌后產生的泛灰現象也變得越來越突出，由于工業布草洗滌在比較高溫的條件下進行，硬水中的鈣、鎂離子更易析出，導致泛灰現象，影響洗滌效果[4]。對于醫用布草洗滌而言，由于污漬主要是血漬等蛋白類成分，要盡量避免使用過高的溫度清洗，以防蛋白質變性后附著更加牢固，難以清洗，因此可以選擇含有蛋白酶類助劑的配方來洗滌。對于來自手術臺或者感染區的布草，則需要更為嚴格的消毒殺菌處理，并避免與其他布草混洗。

烷基酚聚氧乙烯醚類表面活性劑（以下簡稱為APEO）的使用則是布草洗滌行業存在的另一個主要問題。APEO屬于非離子表面活性劑，最為常見的是壬基酚聚氧乙烯醚（以下簡稱為NP）和辛基酚聚氧乙烯醚（以下簡稱為OP），分子式為：

APEO具有價格低、使用效果較好等優點，但是具有一定的毒性，生物降解性差，是一種環境激素，會對環境造成污染，最終通過食物鏈的富集進入人體，影響生殖健康甚至致癌，危害人體健康。對此，歐盟在2005年開始禁用APEO[5]，而我國近年來也出臺了相關規定，2017年生態環境部將APEO列入優先控制化學品名錄[6]，2019年國家發改委發布《產業結構調整指導目錄（2019年本）》，將APEO相關產品的生產和使用列為淘汰類產品，但目前還缺乏嚴格限制APEO的強制性標準，這給我國環境治理提出了一個新的課題[7]。

1.3 布草洗滌劑的發展方向

隨著技術的不斷升級，傳統粉劑洗滌劑由于需要人工投料，難以滿足布草洗滌行業逐漸自動化的要求，而液體洗滌劑的普及更為契合布草洗滌行業的未來發展需求，能夠實現全自動化的布草清洗，定時定量投料，這在發達國家的工業生產中已非常普遍，但在我國還有較大的發展空間。如今企業可以集成運用物聯網、大數據與云計算等技術，實現布草洗滌生產、管理和應用的智能化。在堅持節約資源和保護環境的生態經濟理念下，通過升級生產設備、實施先進管理，并結合智能化生產實現產能提升[8]。

為了響應國家限制APEO產品使用的號召，APEO在以后將被逐步限制使用甚至禁止使用，工業上急需尋找APEO的替代產品，而脂肪醇聚氧乙烯醚類表面活性劑是目前可替代APEO的一種綠色環保的表面活性劑。脂肪醇聚氧乙烯醚類表面活性劑的結構簡式如下：

脂肪醇作為天然的可再生原料，廉價易得，植物中即可大量提取，而且脂肪醇聚氧乙烯醚相對于烷基酚聚氧乙烯醚而言，其低溫洗滌效果好、去污力強、對皮膚刺激性低，與其他類型表面活性劑復配效果好、生物降解性高，是一類對環境友好的表面活性劑[9]。

2 實驗方法

本實驗選用了幾種脂肪醇聚氧乙烯醚表面活性劑（MEO-80、MEO-86、MEO-95、MEO-100）分別與NP-8、NP-8.6、AEO-9及NP-10進行性能對比，通過對表面活性劑的基礎性能，如濁點、耐堿性、泡沫性、去污力等進行測試，分析用MEO脂肪醇聚氧乙烯醚表面活性劑替代NP及AEO-9的可行性。

2.1 實驗儀器與試劑

MEO脂肪醇聚氧乙烯醚（佛山市舒潔環保科技有限公司提供）、烷基酚聚氧乙烯醚（NP型,廣州萬化供應鏈公司提供）、AEO-9（廣州市麒旭化工有限公司）、NaOH（分析純）、CaCl2（分析純）、MgSO4（分析純）、JB-01碳黑污布、JB-02蛋白污布、JB-03皮脂污布（3種污布均為中國日用化學研究院有限公司提供）、羅氏泡沫儀、F5H攪拌控制器、DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、JJ3000精密電子天平、DHG-9070A電熱恒溫鼓風干燥箱、SBDY-1數顯白度儀。

2.2 表面活性劑基礎性能的測試方法

2.2.1 濁點的測試方法

采用GB/T 5559－2010《環氧乙烷型及環氧乙烷-環氧丙烷嵌段聚合型非離子表面活性劑濁點的測定》中的測試方法。

2.2.2 耐堿性的測試方法

用去離子水將表面活性劑配制成質量分數為1%的溶液，取100 mL于一系列燒杯中，每次按照0.5 g的量添加NaOH固體，攪拌均勻，靜置24 h后，記錄溶液出現渾濁時所加入的NaOH固體的質量。

2.2.3 泡沫性能的測試方法

使用羅氏泡沫儀，參照GB/T 13173－2008《表面活性劑洗滌劑試驗方法》中的測試方法，記錄0、5、10 min的泡沫高度（單位mm），取平均值，計算穩泡率：

2.2.4 去污力的測試方法

參照GB/T 13174－2008《衣料用洗滌劑去污力及抗污漬再沉積能力的測定方法》中的測試方法，測試溫度為37℃，對于每個樣品，每種污布都要進行3次平行實驗，計算清洗前后白度差值△R，并取平均值。

其中，R1為標準污布的原始白度，R2為清洗后污布的白度。

3 結果與討論

3.1 濁點

大部分的非離子表面活性劑都存在濁點，濁點是指1%的聚氧乙烯醚型非離子表面活性劑溶液加熱由澄清變渾濁的溫度。當溶液溫度高于濁點時，表面活性劑會從水中析出，形成分相，其性能與使用效果將有所降低。而非離子表面活性劑存在濁點的原因是其與水形成的氫鍵被破壞，當溫度升高，分子的熱運動加劇，使得表面活性劑從溶液中析出。因此，在使用非離子表面活性劑時，應低于濁點溫度使用；當溫度接近而不超過濁點時，表面活性劑的使用效果較好。

從圖1 可以看出，M E O 系列表面活性劑與APEO系列表面活性劑濁點都在40～66℃之間，適用于中低溫的使用，二者相差在10℃以內，具備替代的可能性。AEO-9由于環氧加合數較大，EO數大，親水性能較好，因此濁點也比較高，但是也存在傾點高的缺點，MEO-95的EO數與之相當，雖然濁點較低，但是傾點較低，二者都能夠滿足中低溫清洗條件。

圖1 不同表面活性劑的濁點比較

3.2 耐堿性

為了提高除油效果，布草洗滌工業會加入堿性物質來調節pH值，若加入的堿過多會導致非離子表面活性劑從水溶液中析出，除油效果變差，這是因為在高濃度NaOH溶液中，非離子表面活性劑不能有效地與水分子形成氫鍵，使其聚集析出，導致非離子表面活性劑發生鹽析效應[10]，因此耐堿性可以判斷配方中堿劑的添加量，這在配方設計及工業應用上具有重要的參考價值。

從圖2中可以看出，MEO耐堿性與APEO類表面活性劑相當,高于AEO-9，但總體而言，耐堿性都不是很好，因此比較適用于中性至弱堿性配方。因此，在使用聚醚型表面活性劑時，應該考慮加堿以外的手段來增強洗滌劑的除油效果。

圖2 不同表面活性劑的耐堿性比較

3.3 泡沫性

在工業布草清洗中，目前使用的布草洗滌劑大都泡沫較高，且穩泡率高，漂洗困難，需要耗費較多的水才能漂洗干凈。雖然在洗滌劑配方中可以加入消泡劑來降低泡沫，但是可能會對洗滌效果產生負面影響，生產成本也會增加[11]。而選擇泡沫較低的原料易于漂洗，能夠節約水資源，降低成本，提高洗滌效率。因此在保證去污效果的前提下，選擇泡沫較低的原料非常重要。

表面活性劑的泡沫性能一般采用起泡性和穩泡率來描述，起泡性體現的是表面活性劑溶液在外界作用下產生泡沫的難易程度，而穩泡率則是指表面活性劑水溶液產生泡沫后，泡沫的持久性或泡沫“壽命”的長短。

由圖3可以看出，上述幾種表面活性劑的起泡性都比較強，其中MEO-80、NP-8、MEO-86、AEO-9、NP-10的起泡性都比較高，NP-8.6、MEO-95次之，MEO-100的起泡性最低。而將其靜置5 min和10 min后再觀察，在圖4中則可以發現，MEO系列表面活性劑的消泡比較迅速，5 min穩泡率基本達到原來的一半以下，MEO-95的5 min穩泡率甚至達到原來的四分之一；10 min后，MEO-80及MEO-100穩泡率下降至30%左右，MEO-86和MEO-95甚至接近20%。對于APEO系列及AEO-9而言，5 min和10 min的穩泡率差距不大，其穩泡率較高，消泡困難。MEO系列表面活性劑與之對比，起泡性較好，而穩泡率低，易于消泡，對于布草洗滌的漂洗而言非常有利，能夠節約水的消耗及成本，適合于開發低泡的布草洗滌劑。

3.4 去污力

圖3 不同表面活性劑的泡沫性比較

去污力是考察布草洗滌劑最重要的指標，本實驗用3種國標的污布進行去污力評價，分別是JB-01碳黑污布、JB-02蛋白污布、JB-03皮脂污布，來模擬在酒店、飯店及醫院等場所中受污染的布草。考慮到表面活性劑的濁點，本實驗統一使用37℃的中低溫度作為洗滌溫度。

從圖5中可見，在去碳黑污漬上，MEO系列表面活性劑均比APEO系列及AEO-9效果好；在去蛋白污漬上，上述幾種表面活性劑性能接近；在去皮脂污布上，MEO系列與替代的對象對比，均有不同程度的提高，而MEO-95及MEO-80去皮脂的性能突出。

綜合對3種污布的洗滌效果，可以看出，MEO表面活性劑在去碳黑及去皮脂上具有明顯優勢，可以通過對不同的MEO表面活性劑復配，達到提高洗滌劑綜合性能的目的。

圖4 不同表面活性劑的穩泡率比較

圖5 不同表面活性劑的去污力比較

4 結論

4.1 相對于APEO類非離子表面活性劑，MEO脂肪醇聚氧乙烯醚生物降解性高，是一類對環境友好的表面活性劑。

4.2 MEO表面活性劑濁點范圍適用于中低溫清洗，與APEO類及AEO-9表面活性劑的使用溫度相似；MEO耐堿性與APEO類表面活性劑相當，高于AEO-9，但是總體而言耐堿性一般，因此比較適用于中性至弱堿性的洗滌劑配方。

4.3 MEO表面活性劑泡沫性總體優于APEO類及AEO-9表面活性劑，尤其體現在穩泡率上，MEO表面活性劑能夠達到比較低的水平，易于漂洗。

4.4 與APEO類及AEO-9表面活性劑相比，MEO表面活性劑在去碳黑及皮脂上具有明顯優勢，可以通過不同MEO表面活性劑之間的復配來達到最佳效果。

4.5 綜上所述，MEO脂肪醇聚氧乙烯醚在性能上具有不同程度的優勢，具有替代APEO類及AEO-9的條件，作為不含APEO的環保替代產品具有良好的發展潛力。