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(xué)化學(xué)學(xué)院，廣東廣州, 510006；2. 佛山市舒潔環(huán)?？萍加邢薰?，廣東佛山, 528200）

1 國內(nèi)布草洗滌現(xiàn)況

1.1 行業(yè)現(xiàn)況

布草是泛指跟“布”有關(guān)的東西，包含酒店客房里的床單、被套、毛巾，餐廳里面的臺(tái)布，以及醫(yī)院里使用的病號(hào)服和床單等。布草的使用場景非常廣泛，涉及酒店、餐飲、醫(yī)院、休閑娛樂場所等多個(gè)服務(wù)行業(yè)，布草市場還在不斷地?cái)U(kuò)充。

最近幾年，隨著居民生活水平的提高，旅游產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，大眾旅游需求日益提高，鄉(xiāng)村旅游也迎來了快速擴(kuò)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(guān)注，如何快速高效地進(jìn)行布草清洗成為亟需解決的問題。

對(duì)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(jīng)營成本[1]，而醫(yī)院的布草則通常由自帶的洗衣房進(jìn)行洗滌，但是由于醫(yī)用布草的特殊性以及快速增加的布草量，現(xiàn)在也有一部分醫(yī)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?cái)U(kuò)大[2]。

1.2 存在的問題

不少新聞媒體曾經(jīng)報(bào)道過國內(nèi)的洗衣工廠或洗衣房清洗工序不規(guī)范、衛(wèi)生條件惡劣，甚至有媒體曾對(duì)此進(jìn)行暗訪，某家承接醫(yī)療布草的洗衣工廠為提高效率，缺少嚴(yán)格的高溫消毒環(huán)節(jié)。此外，一些兒科醫(yī)用布草被夾雜在成人醫(yī)療布草中混洗，帶血的醫(yī)用布草與其他患者衣物和床單進(jìn)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(yī)院分開，不分科室，不分洗衣設(shè)備。而國家衛(wèi)健委制定的《醫(yī)療消毒供應(yīng)中心基本標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)范（試行）》明確指出，可穿戴、可折疊的醫(yī)用布草是作為醫(yī)療器械來管理的，在洗滌時(shí)必須滿足清洗、消毒、干燥、檢查、折疊、包裝、滅菌、儲(chǔ)存等條件，才能投放到醫(yī)院進(jìn)行使用。在這當(dāng)中，分類洗滌只是最起碼的要求，而消毒、滅菌等則是對(duì)這些可重復(fù)使用的醫(yī)用布草的基本要求。部分洗衣工廠的職業(yè)道德缺失，相關(guān)部門的監(jiān)管缺位，導(dǎo)致了種種亂象的發(fā)生[3]。

為了達(dá)到去污以及除油的效果，洗衣工廠在洗滌過程中一般會(huì)使用堿性比較強(qiáng)的工業(yè)洗滌劑，雖然能夠達(dá)到不錯(cuò)的洗滌效果，但是對(duì)于布草的損傷比較嚴(yán)重，多次洗滌之后，布草可能就會(huì)出現(xiàn)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(diào)節(jié)洗滌劑pH值的純堿和硬水中的鈣、鎂離子反應(yīng)，產(chǎn)生不溶于水的碳酸鈣和碳酸鎂，附著在織物纖維上結(jié)晶。此外，布草反復(fù)洗滌后產(chǎn)生的泛灰現(xiàn)象也變得越來越突出，由于工業(yè)布草洗滌在比較高溫的條件下進(jìn)行，硬水中的鈣、鎂離子更易析出，導(dǎo)致泛灰現(xiàn)象，影響洗滌效果[4]。對(duì)于醫(yī)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(zhì)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(duì)于來自手術(shù)臺(tái)或者感染區(qū)的布草，則需要更為嚴(yán)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(yè)存在的另一個(gè)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(jià)格低、使用效果較好等優(yōu)點(diǎn)，但是具有一定的毒性，生物降解性差，是一種環(huán)境激素，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，最終通過食物鏈的富集進(jìn)入人體，影響生殖健康甚至致癌，危害人體健康。對(duì)此，歐盟在2005年開始禁用APEO[5]，而我國近年來也出臺(tái)了相關(guān)規(guī)定，2017年生態(tài)環(huán)境部將APEO列入優(yōu)先控制化學(xué)品名錄[6]，2019年國家發(fā)改委發(fā)布《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019年本）》，將APEO相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用列為淘汰類產(chǎn)品，但目前還缺乏嚴(yán)格限制APEO的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，這給我國環(huán)境治理提出了一個(gè)新的課題[7]。

1.3 布草洗滌劑的發(fā)展方向

隨著技術(shù)的不斷升級(jí)，傳統(tǒng)粉劑洗滌劑由于需要人工投料，難以滿足布草洗滌行業(yè)逐漸自動(dòng)化的要求，而液體洗滌劑的普及更為契合布草洗滌行業(yè)的未來發(fā)展需求，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)化的布草清洗，定時(shí)定量投料，這在發(fā)達(dá)國家的工業(yè)生產(chǎn)中已非常普遍，但在我國還有較大的發(fā)展空間。如今企業(yè)可以集成運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)布草洗滌生產(chǎn)、管理和應(yīng)用的智能化。在堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的生態(tài)經(jīng)濟(jì)理念下，通過升級(jí)生產(chǎn)設(shè)備、實(shí)施先進(jìn)管理，并結(jié)合智能化生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能提升[8]。

為了響應(yīng)國家限制APEO產(chǎn)品使用的號(hào)召，APEO在以后將被逐步限制使用甚至禁止使用，工業(yè)上急需尋找APEO的替代產(chǎn)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(huán)保的表面活性劑。脂肪醇聚氧乙烯醚類表面活性劑的結(jié)構(gòu)簡式如下：

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

2 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)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(jìn)行性能對(duì)比，通過對(duì)表面活性劑的基礎(chǔ)性能，如濁點(diǎn)、耐堿性、泡沫性、去污力等進(jìn)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(shí)驗(yàn)儀器與試劑

MEO脂肪醇聚氧乙烯醚（佛山市舒潔環(huán)?？萍加邢薰咎峁?、烷基酚聚氧乙烯醚（NP型,廣州萬化供應(yīng)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(xué)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(fēng)干燥箱、SBDY-1數(shù)顯白度儀。

2.2 表面活性劑基礎(chǔ)性能的測試方法

2.2.1 濁點(diǎn)的測試方法

采用GB/T 5559－2010《環(huán)氧乙烷型及環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段聚合型非離子表面活性劑濁點(diǎn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(xiàn)渾濁時(shí)所加入的NaOH固體的質(zhì)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(yàn)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(jì)算穩(wěn)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(duì)于每個(gè)樣品，每種污布都要進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)，計(jì)算清洗前后白度差值△R，并取平均值。

其中，R1為標(biāo)準(zhǔn)污布的原始白度，R2為清洗后污布的白度。

3 結(jié)果與討論

3.1 濁點(diǎn)

大部分的非離子表面活性劑都存在濁點(diǎn)，濁點(diǎn)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(dāng)溶液溫度高于濁點(diǎn)時(shí)，表面活性劑會(huì)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(diǎn)的原因是其與水形成的氫鍵被破壞，當(dāng)溫度升高，分子的熱運(yùn)動(dòng)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(shí)，應(yīng)低于濁點(diǎn)溫度使用；當(dāng)溫度接近而不超過濁點(diǎn)時(shí)，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(diǎn)都在40～66℃之間，適用于中低溫的使用，二者相差在10℃以內(nèi)，具備替代的可能性。AEO-9由于環(huán)氧加合數(shù)較大，EO數(shù)大，親水性能較好，因此濁點(diǎn)也比較高，但是也存在傾點(diǎn)高的缺點(diǎn)，MEO-95的EO數(shù)與之相當(dāng)，雖然濁點(diǎn)較低，但是傾點(diǎn)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(diǎn)比較

3.2 耐堿性

為了提高除油效果，布草洗滌工業(yè)會(huì)加入堿性物質(zhì)來調(diào)節(jié)pH值，若加入的堿過多會(huì)導(dǎo)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?yàn)樵诟邼舛萅aOH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(dǎo)致非離子表面活性劑發(fā)生鹽析效應(yīng)[10]，因此耐堿性可以判斷配方中堿劑的添加量，這在配方設(shè)計(jì)及工業(yè)應(yīng)用上具有重要的參考價(jià)值。

從圖2中可以看出，MEO耐堿性與APEO類表面活性劑相當(dāng),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(shí)，應(yīng)該考慮加堿以外的手段來增強(qiáng)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(yè)布草清洗中，目前使用的布草洗滌劑大都泡沫較高，且穩(wěn)泡率高，漂洗困難，需要耗費(fèi)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(huì)對(duì)洗滌效果產(chǎn)生負(fù)面影響，生產(chǎn)成本也會(huì)增加[11]。而選擇泡沫較低的原料易于漂洗，能夠節(jié)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(wěn)泡率來描述，起泡性體現(xiàn)的是表面活性劑溶液在外界作用下產(chǎn)生泡沫的難易程度，而穩(wěn)泡率則是指表面活性劑水溶液產(chǎn)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(qiáng)，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(fā)現(xiàn)，MEO系列表面活性劑的消泡比較迅速，5 min穩(wěn)泡率基本達(dá)到原來的一半以下，MEO-95的5 min穩(wěn)泡率甚至達(dá)到原來的四分之一；10 min后，MEO-80及MEO-100穩(wěn)泡率下降至30%左右，MEO-86和MEO-95甚至接近20%。對(duì)于APEO系列及AEO-9而言，5 min和10 min的穩(wěn)泡率差距不大，其穩(wěn)泡率較高，消泡困難。MEO系列表面活性劑與之對(duì)比，起泡性較好，而穩(wěn)泡率低，易于消泡，對(duì)于布草洗滌的漂洗而言非常有利，能夠節(jié)約水的消耗及成本，適合于開發(fā)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(biāo)，本實(shí)驗(yàn)用3種國標(biāo)的污布進(jìn)行去污力評(píng)價(jià)，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(yī)院等場所中受污染的布草?？紤]到表面活性劑的濁點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)統(tǒng)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(duì)象對(duì)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(duì)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(yōu)勢，可以通過對(duì)不同的MEO表面活性劑復(fù)配，達(dá)到提高洗滌劑綜合性能的目的。

圖4 不同表面活性劑的穩(wěn)泡率比較

圖5 不同表面活性劑的去污力比較

4 結(jié)論

4.1 相對(duì)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(duì)環(huán)境友好的表面活性劑。

4.2 MEO表面活性劑濁點(diǎn)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(dāng)，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(yōu)于APEO類及AEO-9表面活性劑，尤其體現(xiàn)在穩(wěn)泡率上，MEO表面活性劑能夠達(dá)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(yōu)勢，可以通過不同MEO表面活性劑之間的復(fù)配來達(dá)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(yōu)勢，具有替代APEO類及AEO-9的條件，作為不含APEO的環(huán)保替代產(chǎn)品具有良好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>