面向未來的衣料用洗滌劑的新表面活性劑開發(fā)

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面向未來的衣料用洗滌劑的新表面活性劑開發(fā)

摘 要：開發(fā)環(huán)境友好的產(chǎn)品是企業(yè)重要的社會責任，但消費者不會僅從環(huán)保的角度做出購買產(chǎn)品的決定，所以開發(fā)兼具環(huán)境價值和消費價值的產(chǎn)品非常重要。本研究將新開發(fā)出的表面活性劑體系，應用于“Attack Neo”和“ULTRA Attack Neo”，達到了令人滿意的效果。這兩種新的衣料用洗滌劑具有超級濃縮配方、縮短漂洗次數(shù)、洗滌時間短、效率高的優(yōu)點，能同時滿足降低環(huán)境負荷和提高消費者價值的要求。

關鍵詞：織物洗滌劑；高親水性非離子表面活性劑；超級濃縮；洗滌效率；環(huán)境價值

面對日益嚴峻的全球變暖、資源枯竭及生物多樣性減少問題，全社會都在關注構筑資源和能源再利用的可持續(xù)發(fā)展的問題，都在努力開發(fā)對環(huán)境負荷小的產(chǎn)品。日本花王公司以制造與自然和諧的生態(tài)產(chǎn)品為基本經(jīng)營方針，致力于開發(fā)清潔、美好、健康的產(chǎn)品，為豐富人們文化生活做出貢獻。

花王公司的產(chǎn)品主要為家庭日用品。為了降低環(huán)境負荷，從原材料采購、生產(chǎn)、物流、銷售、使用到廢棄的整個產(chǎn)品生命周期，在商業(yè)合作方、社會、企業(yè)的共同合作下，以消費者為中心，大力推廣綠色化產(chǎn)品。

根據(jù)對消費者的環(huán)境意識調查，即使消費者希望對降低環(huán)境負荷做貢獻，也不愿意為此付出很大的財力物力。自日本發(fā)生大地震后，經(jīng)歷計劃停電和原發(fā)事故的消費者的環(huán)境意識已經(jīng)發(fā)生了變化，開始接受有利于環(huán)境的生態(tài)產(chǎn)品，但對給消費者帶來很大經(jīng)濟負擔的產(chǎn)品仍令人難以接受。因此，要讓消費者主動使用生態(tài)產(chǎn)品，最重要的還是企業(yè)能開發(fā)出對環(huán)境友好的產(chǎn)品。

1 衣料用洗滌劑原料開發(fā)的方向性

衣料用洗滌劑及洗凈劑原料的開發(fā)，對環(huán)境友好這一點非常重要。但是，消費者選擇產(chǎn)品并不僅僅是從環(huán)保角度考慮的。當然，衣料用洗滌劑最重要的功能應當是保持衣物清潔，重新恢復衣物的形態(tài)，這就必須從衣物上去除各種污垢?；ㄍ豕鞠Ｍ軌驗橄M者提供迅速、簡單、快樂、經(jīng)濟功能的產(chǎn)品。因此，有必要開發(fā)兼具消費者價值和環(huán)境價值的新型洗凈劑原料。

2 Attack Neo洗凈劑原料的開發(fā)

近十幾年來，日本的液體衣料洗滌劑市場迅速成長為一個龐大的市場，液體洗滌劑以其使用方便和溶解無殘留的優(yōu)點受到廣大消費者的青睞。在考慮液體洗滌劑如何實現(xiàn)環(huán)境價值與消費價值時，花王公司的和田恭尚等人首先從水的重要性入手，從產(chǎn)品自身及使用場合兩方面進行了產(chǎn)品技術的開發(fā)（見圖1），實現(xiàn)了洗滌劑的濃縮化和減少漂洗次數(shù)的既定開發(fā)目標。以下對產(chǎn)品的開發(fā)過程作一概述。

圖1 衣物用洗滌劑從制造到廢棄的LC-CO2排放量

液體洗滌劑自身含有很多水。數(shù)年前，全球液體洗滌劑中主洗凈成分含量約為10%～20%，即使在濃度較高的日本產(chǎn)業(yè)中也只有30%左右，產(chǎn)品一半以上都是水。首先，本研究通過徹底削減液體洗滌劑產(chǎn)品中的水量，以實現(xiàn)產(chǎn)品濃縮化的目標。洗滌劑的濃縮化除了可以產(chǎn)生削減包裝材料、運輸成本、削減能量的環(huán)境價值外，同時也帶來了購物方便、使用場合的方便快捷、節(jié)省收納空間等方面的便利，提高消費價值。

但是，為使洗滌劑濃縮化，單純減少制劑中的水量并非有益。使用水量減少，表面活性劑就會形成晶體，從而導致低溫時形成結晶而使產(chǎn)品固化。在洗衣機的投放口，用冷水溶解洗滌劑時，就會引起液體洗滌劑的高黏度凝膠化，產(chǎn)生溶解不良的問題。因此，本研究通過優(yōu)選表面活性劑，著手開發(fā)能控制產(chǎn)品及產(chǎn)品在稀釋過程中不會發(fā)生固化、凝膠化的技術。

為了解決該課題，本研究對表面活性劑進行了相狀態(tài)的解析。首先，只考慮表面活性劑與水雙組分系的液晶相控制。通常，活性劑濃度增大會形成親水基面向水一側的膠束，膠束會轉化為立方相液晶、光學異向性的高黏度的六角相液晶，經(jīng)由立方體液晶還會成為有流動性的層狀液晶（見圖2）。另外，因為自組織體的形態(tài)決定了曲率，因而親水基朝向外側的膠束的曲率是正值，層狀相的曲率為0。因此，親水基與疏水基的平衡，對于液晶的控制非常重要。和田恭尚等人開發(fā)出了高親水性非離子表面活性劑[R(RO)1(PO)m(EO)n]，即使在低溫條件下也具有像水一樣流動的性質。這種表面活性劑因為是親水性的，因而在水中更容易溶解，而且PO的插入會抑制液晶體的形成，液晶生成區(qū)域比原來的非離子表面活性劑更狹窄（見圖3）。“Attack Neo”由于利用了該表面活性劑，盡管總表面活性劑濃度高達74%，但是在低溫（-5℃）也不會發(fā)生固化，在冷水（5℃）中非常容易溶解，實現(xiàn)了洗滌劑的超濃縮化。

圖2 表面活性劑與水的2成分體系的相圖

圖3 原來的非離子表面活性劑與高親水性非離子表面活性劑的相圖

其次，介紹一下減少漂洗次數(shù)的新技術。圖1是用LCA（Life Cycle Assessment：生命周期評估）手法分析整個洗滌過程的環(huán)境負荷的結果。產(chǎn)品相關部分（產(chǎn)品產(chǎn)地、容器、制造、輸送、廢棄）和使用相關部分（洗衣機使用的電力，上水、下水）的環(huán)境負荷基本相同，使用相關部分的CO2排出量，約65%是由水引起的。這是因為：凈化時和取水時必須消耗很多的能量。和田恭尚等人把減少漂洗次數(shù)作為實現(xiàn)削減洗滌用水量的有效途徑。如果能降低漂洗次數(shù)，那么就能同時為消費者提供因減少用水量帶來的水費節(jié)省和縮短洗滌時間的消費價值。

但是，使用原來的洗滌劑，并不能減少漂洗次數(shù)。通常，洗滌后需要漂洗2次，這是因為：過去洗滌中的污垢成分，通過1次漂洗即可除去，在衣物上幾乎不會有殘留，但是必須通過2次漂洗才能除去殘留在衣物上的洗凈成分。本研究的開發(fā)目標是把漂洗次數(shù)縮減為1次。因此，開發(fā)的表面活性劑應具備難以在衣物上殘留的吸脫控制機能。前述新開發(fā)的高親水性非離子表面活性劑[R(RO)1(PO)m(EO)n]就是具有對纖維吸脫控制的優(yōu)良特性。如圖4所示，非離子表面活性劑的親水性高，可能會大幅降低對纖維的吸附量。

高親水性非離子表面活性劑在低溫高濃度下有流動性，而且在衣物上殘留率低，以其作為洗凈基劑開發(fā)的產(chǎn)品，由于親水性高導致洗滌劑最重要的功能——洗凈性能降低，從而影響了制劑的洗凈效果。如圖5所示，活性劑的親水性與皮脂洗凈性基本是對立關系。和田恭尚等人采取與其他活性劑最適合的協(xié)同體系解決了此問題。即采取獨自開發(fā)的高親水性非離子表面活性劑與特定陰離子表面活性劑協(xié)同使用，調整二者的混合比率，使更多的表面活性劑吸附在污垢表面，成功得到了能有效洗凈污垢的穩(wěn)定混合膠束（見圖6）。最適合的高親水性非離子表面活性劑（n-SAA）與陰離子表面活性劑（a-SAA）的配伍體系，既能維持高洗凈力，又能僅漂洗1次就達到現(xiàn)有洗滌劑漂洗2次的衣物上洗滌劑的殘留水平（見圖7）。

圖4 非離子表面活性劑的親水性/疏水性對纖維吸附率的影響

圖5 非離子表面活性劑對纖維的吸附率及皮脂洗凈性

3 ULTRA attack Neo的洗凈劑原料開發(fā)

繁忙的現(xiàn)代社會生活使人們強烈渴望縮短做家務的時間，如果能為消費者提供此類產(chǎn)品，它的附加值一定很高。近年來，對家庭主婦的調查顯示：希望縮短做家務時間的回答占比為87%，其中，希望縮短洗滌時間的占比為69%。本研究開發(fā)的“Attack Neo”不僅能夠減少漂洗次數(shù)，而且能夠縮短洗滌時間，為消費者帶來了消費價值。但是，全自動洗衣機的標準設置為漂洗2次，有必要設定成漂洗1次。從消費者角度出發(fā)，改變這種設定的門檻很高，要求改變的呼聲也越來越高。

圖6 高親水性n-SAA與a-SAA并用實現(xiàn)高洗凈力

圖7 高親水性n-SAA與a-SAA并用體系的洗凈力與漂洗性

本研究建議：消費者可以采用幾乎所有洗衣機搭載的“speed course”（快速洗滌程序）洗滌。這樣，只需在啟動時選定程序即可，大大方便了消費者。另外，“speed course”不僅比標準程序縮短了9～44min的洗滌時間，還能節(jié)約19%～56%的電量（洗滌時間因制造商和機器種類而異）。

然而，由于“speed course”洗滌時間平均只有5min（標準程序為10～15min），高速短時洗滌的新機能、新技術成為必需，而且維持“Attack Neo”實現(xiàn)的洗滌劑的濃縮化和減少漂洗次數(shù)也必不可少。高親水性非離子表面活性劑由于在基本性質上存在洗凈力差的缺點，因此花王公司決定開發(fā)能實現(xiàn)高速、短時洗凈的新洗凈基劑。

衣料用洗滌劑主要使用的是陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑，前者洗凈速度快，但洗凈力低，后者洗凈速度慢，但洗凈力高（見圖8）。陰離子表面活性劑能夠去除表面的污垢，而非離子表面活性劑則滲透至油污，使油污與水一起被去除，這是兩種截然不同的作用。本研究選擇洗凈速度快的陰離子表面活性劑，研究設計了對污垢的附著性高、且能快速乳化分散、具有很高的絕對洗凈力特性的表面活性劑構造，成功開發(fā)出了“ULTRA Anion”?！癠LTRA Anion”對污垢的吸附性比原來的洗凈成分更優(yōu)異，洗凈力更高，是在衣物上難以殘留的表面活性劑。

圖8 現(xiàn)有表面活性劑的特征及課題

圖9 “ULTRA Anion”的高速洗凈性

本研究以“ULTRA Anion”為主洗凈成分，結合“Attack Neo”開發(fā)中與其他表面活性劑最適協(xié)同使用的技術，開發(fā)出了能同時實現(xiàn)洗滌劑濃縮化和減少漂洗次數(shù)的“ULTRA Attack Neo”，如圖9所示，利用“ULTRA Anion”開發(fā)的“ULTRA Attack Neo”，成功實現(xiàn)了洗滌5min與原來制劑洗滌10min相當或以上的洗凈效果?！癠LTRA Attack Neo”通過使用具有高洗凈效果和快速洗凈作用的“ULTRA Anion”，成功削減了總活性物量，是以省資源化和環(huán)境低負荷化為方向的高效組成。

4 在液體洗滌劑中應用原料酶 實現(xiàn)高消費價值的環(huán)境適應性產(chǎn)品

在開發(fā)兼具環(huán)境價值和消費者價值的產(chǎn)品時，酶應用技術的開發(fā)也很重要。酶作為生物分解性高的生物體成分（蛋白質），是與環(huán)境低負荷制劑開發(fā)方向性一致的洗凈劑。由于用量少、效率高，很容易實現(xiàn)消費者特定的目標價值。

對于最令消費者煩惱的代表性污垢——食物殘渣等污垢，建議消費者采用“ULTRA attack Neo”以稍微涂抹后洗滌的方式，在這種特定情況下，活性酶的效果能夠為消費者提供更大的消費價值。稍微涂抹后洗滌指的是直接把液體洗滌劑涂抹在污垢上，使高濃度的表面活性劑及酶作用于污垢處，以實現(xiàn)高洗凈效果。圖10是用“ULTRA Attack Neo”對普通洗滌劑難以洗掉的肉汁污垢進行清洗的洗凈效果?！癠LTRA Aattack Neo”使用的是對這種污垢有效的復合酶。

除了開發(fā)有優(yōu)良洗凈作用的酶以外，開發(fā)更有效發(fā)揮酶洗凈效果的制劑，也是今后洗凈劑原料開發(fā)的重點之一。

圖10 “ULTRA Attack Neo”的涂抹洗凈性

5 結論

洗滌產(chǎn)品最終兼具環(huán)境價值與消費價值是時代的要求，是產(chǎn)品開發(fā)的必要條件。洗凈劑原料的開發(fā)，不能偏離這樣的視點。環(huán)境價值與消費價值既是企業(yè)應該承擔的社會責任，對消費者也是極具吸引力的，二者缺一不可。

（岳霄編譯，本文譯自2014.7《Fragrance Journal》作者是日本的和田恭尚、喜多亞矢自、柳澤友樹和三宅登志夫）

Development of new surfactants and systems required for the future oriented fabric detergent

Yasunao Wada，Ayako Kita，Yuki Yanagisawa，Toshio Miyake

Abstract:Developing eco-friendly products has been the important issue from the viewpoint of the corporate social responsibilities.On the other hand, consumers do not make the purchase decision just from the environmental viewpoint.we need to develop the products which provide not only environmental values but also user benefits.We developed new surfactants and systems for liquid fabric detergent 'Attack Neo' and 'ULTRA Attack Neo' which satisfy both values .The key words of the development were 'super concentrated formation', 'reduction of rinse process', and 'high-detergency in short time'. The newly developed surfactants and technologies could realize the development of new liquid fabric detergents which enabled both to reduceen vironental impact and to improve consumer value together.

Keywords:liquid fabric detergent；highly hydrophilic noniolic surfactant；ultra anion

中圖分類號：TQ423

文獻標識碼：A

文章編號：1672-2701（2016）04-33-07