表面活性劑在濃縮洗滌劑中的應用及發(fā)展

魯飛，鄭利強

（山東大學膠體與界面化學教育部重點實驗室，山東 濟南 250100）

表面活性劑在濃縮洗滌劑中的應用及發(fā)展

魯飛，鄭利強

（山東大學膠體與界面化學教育部重點實驗室，山東 濟南 250100）

濃縮洗滌劑以其突出的優(yōu)良特性，越來越受到消費者青睞，具有廣闊的市場前景和發(fā)展?jié)摿Α１疚暮喴鼐C述了濃縮洗滌劑的市場現(xiàn)狀，表面活性劑在濃縮洗滌劑中的應用以及當前濃縮洗滌劑的發(fā)展瓶頸及改良方法。

濃縮洗滌劑；表面活性劑；應用

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，各種合成洗滌劑新產(chǎn)品尤其是濃縮型洗滌劑，顯示出其強大的增長潛力。濃縮洗滌劑具有使用方便、溶解 （分散） 速度快、低溫洗滌效果好、體系堿性低、對織物和肌膚更加溫和、適合機械化洗滌工藝等特點，同時還具有配方靈活、制造工藝簡單、設備投資少、節(jié)能、環(huán)境污染少以及使用成本低等優(yōu)勢，越來越受到消費者的青睞。

濃縮洗滌液中具有高活性的物質是高濃度的陰離子、非離子表面活性劑體系。但是，絕大多數(shù)陰離子、非離子表面活性劑與水混合會出現(xiàn)凝膠區(qū)，成為制約超濃縮洗滌液發(fā)展的瓶頸。因此，亟待研發(fā)能夠有效縮小凝膠區(qū)的新型表面活性劑。

1.概述

洗滌劑的主要功能是在水溶液體系中通過多種物理化學作用脫除黏附在基質（纖維、硬表面等）表面的污垢，這一過程從根本上說是一種表面化學現(xiàn)象[1]。國內外一般將合成洗滌劑按主導產(chǎn)品來進行分類，即粉狀洗滌劑和液體洗劑；根據(jù)性能進行區(qū)分，二者又分別可分為普通型和濃縮型。濃縮洗滌劑主要包括濃縮粉和濃縮液。濃縮粉一般指密度為普通洗衣粉的1.5倍以上、有效物含量不小于40%的洗衣粉；濃縮液一般是指密度不小于1.10、表面活性劑含量不小于20%的洗衣液。

在技術上，一般將濃縮液分為有結構型濃縮液和非結構型濃縮液。有結構型濃縮液指富含陰、非離子表面活性劑，含多層狀表面活性劑氣泡或微滴的層狀液體；其他的則為非結構型。

洗滌劑是由表面活性劑和助洗劑組成的混合物。表面活性劑是洗滌劑配方中的主要組分，其分子結構包括長鏈疏水基團（非極性的碳氫鏈）和親水性的離子基團或極性基團（如羧酸基、 磺酸基、硫酸基、磷酸基、銨鹽、季銨鹽、氧乙烯等）兩個部分[2]，由于其分子中既有親油基又有親水基，所以也稱為雙親化合物。根據(jù)表面活性劑在水溶液中能否分解為離子，一般將其分為離子型與非離子型，其中離子型表面活性劑又分為陰離子型、陽離子型和兩性離子型。作為洗滌劑的主成分，表面活性劑依據(jù)其分子內親水基與親油基的平衡，溶入水中并吸附于基質（水和污垢）與水之間的界面上，從而使界面自由能降低而實現(xiàn)去污。

所謂濃縮化洗滌產(chǎn)品，是指含極少量水或不含水的液體洗滌劑和清洗劑，終端用戶在使用前需用水將其稀釋到所需濃度。洗滌劑的濃縮化被普遍認為是一種生態(tài)友好的技術措施。同時，與傳統(tǒng)配方相比，可以大大降低包裝和運輸成本。

2.濃縮洗滌劑現(xiàn)狀及課題

2.1 濃縮洗滌劑市場現(xiàn)狀[3]

隨著消費者購買力的增強、消費結構的升級以及健康與安全知識的積累，更加健康、高效、環(huán)保的濃縮洗滌劑是當今市場發(fā)展的必然趨勢。美國20世紀80年代就已開始洗衣粉濃縮化進程，歐盟、日本等發(fā)達國家的濃縮型產(chǎn)品也已經(jīng)成為洗滌劑市場的主流，其中日本濃縮型洗衣粉市場占有率已經(jīng)高達95%。

在我國，濃縮洗衣粉的市場化進程還相當緩慢。據(jù)統(tǒng)計，2010年全國洗衣粉產(chǎn)量已達到392.62萬噸，其中濃縮洗衣粉只占4%左右，因此還有很大的增長空間。大力宣傳和推廣濃縮洗滌劑，將有力我國推動洗滌用品行業(yè)的結構調整。同時，性價比高、利于環(huán)保的超濃縮洗滌劑可以給普通消費者帶來極大的實惠，將逐步成為我國洗滌劑行業(yè)未來發(fā)展的主流趨勢。

2.2 當前課題

與傳統(tǒng)洗滌劑相比，濃縮洗滌劑具有明顯優(yōu)點，但也存在一定的技術問題。濃縮配方中常用的脂肪醇乙氧基化物與其他非離子表面活性劑形成的凝膠很難用水稀釋，這在一定程度上降低了終端產(chǎn)品的功效和使用便捷性。此外，濃縮洗滌劑中的活性部分（陰離子/非離子表面活性劑）與水混合時會出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象，同樣制約了濃縮洗滌劑性能的充分發(fā)揮。

3.陰離子表面活性劑在濃縮洗滌劑中的應用

3.1 烷基二苯醚雙磺酸鹽類

在洗滌過程中，陰離子表面活性劑會增加基質與顆粒狀污垢表面的負電勢，從而提高基質與污垢、污垢與污垢粒子間的排斥力，達到去除粒狀污垢、防止污垢再沉積的功效。烷基二苯醚雙磺酸鹽類表面活性劑分子中含有兩個磺酸基，其分散粒狀污垢的能力遠高于傳統(tǒng)的陰離子表面活性劑，在較寬的濃度范圍內均具有良好的洗滌能力[4]。

烷基二苯醚雙磺酸鹽非常適宜配制超濃縮液體洗滌劑，因為它具有以下特性：1）水溶性好，易得到高濃度、流動性好的液狀產(chǎn)品；2）可以增溶傳統(tǒng)的表面活性劑，如烷基苯磺酸鈉（LAS）非離子表面活性劑；3）可以增溶香精、防腐劑和烴類等難溶性物質；4）可以減少螯合劑和助溶劑、消泡劑等助劑的用量，簡化配方結構和配制工藝，有利于推進洗滌劑向節(jié)能、節(jié)水化發(fā)展；5）可以調節(jié)體系流變性；6）抗電解質能力強，配方產(chǎn)品穩(wěn)定性好，不易分層。

更重要的是，十六烷基二苯醚雙磺酸鹽與烷基苯磺酸鈉（LAS）復配時，體系的洗滌能力明顯提高，在高硬度水質、低溫下的洗滌能力得到明顯改善，而且可以適當降低使用濃度，減少表面活性劑的用量[5]。

3.2 MES（α-磺基脂肪酸甲酯鈉鹽）

MES（α-磺基脂肪酸甲酯鈉鹽）是采用天然可再生資源椰子油和棕櫚油等油脂，經(jīng)酯交換、磺化和中和等工序后得到的一種性能優(yōu)異的表面活性劑，其結構與脂類基本相同，具有去污力強、鈣皂分散力好、生物降解性高和毒性低等優(yōu)點。由于MES安全無毒、抗硬水能力強，且可完全生物降解，因此被譽為真正綠色環(huán)保的表面活性劑。與目前大量使用的表面活性劑相比，MES在性能和價格上都具備相當?shù)膬?yōu)勢。

對消費者來說，濃縮洗衣粉應具備用量更少和去污力更強等特點。而對制造商來說，為了使洗衣粉在較低用量時能達到較高的去污力，通常有兩種途徑：一是增加洗衣粉中的表面活性劑含量，二是使用去污效果更好的表面活性劑，如MES（見表1）[6]。

MES的去污力隨著活性劑濃度的增加而增加，洗滌濃度為0.20 g/L的MES去污力超過洗滌濃度為0.60g/L的LAS。此外， MES在高硬度水質下也具有好的去污洗滌效果，這是因為它具有良好的鈣皂分散能力，并能使鈣皂分散在洗滌液里，從而可以更好地去除織物污垢。LAS容易與水中的鈣離子形成難溶性的金屬鹽，使水中的表面活性劑量降低，導致洗滌性效果變差。而MES的鈣鹽在室溫下結晶速度非常慢，在洗滌過程中不會產(chǎn)生鈣鹽沉淀，從而保證了洗滌效果[7]。

4.濃縮洗滌劑中添加劑的影響

濃縮洗滌劑的活性物質是高濃度陰離子/非離子表面活性劑體系，通常是由50%NaOH或MEA（單乙醇胺）與脂肪醇乙氧基化物（AE）中和后得到的混合物。這些混合物含有質量分數(shù)小于10%的水，非常適合用于堿性液洗配方，特別是含非離子和陰離子表面活性劑、以非離子表面活性劑為主的非結構型液體洗滌劑。冷水稀釋時，不同種類的表面活性劑混合物和不同添加劑的應用對稀釋效果均有一定影響。通常通過溶解時間來判斷稀釋時有無凝膠形成：溶解時間小于30s，表明完全相容；大于30s，表明有凝膠相形成，需要一段時間才能完全溶解。

表1 MES 與LAS去污力的比較（水硬度為250mg/kg）

圖1給出了添加乙醇和單乙醇胺對溶解時間的影響。對于單一的AE11-5和無添加劑的三重表面活性劑體系，10℃和25℃時都具有中等長度的溶解時間（2 min～4.5 min ）。25℃時，單一添加劑系統(tǒng)具有非常短的溶解時間，表明在這個溫度下較難形成凝膠；而在10℃時，溶解時間稍長。這可能是由于低溫時出現(xiàn)小的凝膠區(qū)，這與凝膠曲線的結果一致。同時，加入乙醇和單乙醇胺的體系在這兩個溫度下溶解時間都較短。

圖1 添加乙醇和單乙醇胺對溶解時間的影響

對于添加劑在實際中的應用，這兩種物質在通常的洗滌劑配方中都是常見的。乙醇作為水溶助長劑或增溶劑，單乙醇胺作為堿源，可以提高洗滌效果。進一步研究發(fā)現(xiàn)，加有4%這兩種添加劑或只加5%乙醇或3.3%單乙醇胺的體系都可以形成無凝膠體系[8]。

5.結語

濃縮洗滌產(chǎn)品的活性物含量高，去污力強，同時具有節(jié)省包裝材料、降低運輸成本以及減少倉儲空間等優(yōu)點，市場需求量日益增大。

確定濃縮型液體洗滌劑的組分時，應遵循以下原則：1）表面活性良好，降低表面張力的能力優(yōu)異，在水相中有良好的溶解能力；2）表面活性劑在油水的界面能形成穩(wěn)定的緊密排列的凝聚態(tài)膜；3）根據(jù)乳化油相的性質，油相極性越大要求表面活性劑的親水性越強，油相極性越小要求表面活性劑的疏水性越強；4）表面活性劑能適當增大水相黏度，以減少液滴的碰撞和聚結速度；5）符合國家十二五規(guī)劃的方向，盡可能選擇天然可再生資源。

未來，科技創(chuàng)新將成為我國洗滌品工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主題，產(chǎn)品創(chuàng)新將成為企業(yè)開拓市場的重要途徑。為此，應加強對具有特殊性能的新型表面活性劑、表面活性劑的復配及應用技術的開發(fā)，推廣應用節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保、高效的洗滌用品生產(chǎn)技術。為適應這一趨勢，洗滌用品將向濃縮化、液體化方向發(fā)展。

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[5] 張紅梅, 張小華, 李奠礎. 烷基苯磺酸鈉/烷基二苯醚雙磺酸鹽復配體系的洗滌性能研究[J]. 化工時刊, 2009, 23(9).

[6] 鄧龍輝, 王志剛, 盧志敏. MES 在濃縮洗衣粉中的應用研究[J]. 日用化學品科學,2010, 3(4).

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[8] 侯梅芳. 降低環(huán)境影響的液體洗滌劑新配方[J]. 日用化學品科學, 2009, 32(5).