混合鹽在洗衣粉中的應用研究

李彩霞

南風化工（運城）集團有限公司技術中心，山西運城，044000

混合鹽是指兩種或兩種以上的鹽類物質(zhì)的混合物，主要成分是氯化鈉和硫酸鈉，部分還含有一定量的有機物?；旌消}可以代替洗衣粉中的元明粉使用，專利CN111422885A[1]就報道了一種基于焦爐煙氣脫硫灰的混合鹽的制備方法和應用，制備的混合鹽應用于洗衣粉中，從去污方面與正常添加硫酸鈉和碳酸鈉的洗衣粉進行比較，效果基本一致。

本文所用混合鹽為礦井副產(chǎn)的氯化鈉和硫酸鈉的混合物，在洗衣粉類產(chǎn)品中代替元明粉?；旌消}的使用不僅能實現(xiàn)廢物再利用，而且在一定程度上降低洗衣粉的成本，切實降低對環(huán)境的污染，符合國家清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排的戰(zhàn)略方針，促進日化產(chǎn)品良性、可持續(xù)發(fā)展。但由于混合鹽中含大量的氯離子，氯離子濃度超過一定值會對洗衣粉生產(chǎn)過程中的金屬設備和管道造成腐蝕[2]，也有可能在使用過程中對消費者的洗衣機滾筒造成腐蝕，因此需要制定切實可行的方案模擬不同濃度的混合鹽對生產(chǎn)過程中的金屬設備和管道的影響以及使用過程中對消費者的洗衣機滾筒的影響。除此之外，部分混合鹽會混有一些大分子的有機物，在洗衣粉生產(chǎn)中會造成料漿黏度過大，增大洗衣粉料漿的流動性，不易輸送，影響正常生產(chǎn)。因此，作者對不同加量梯度的混合鹽對洗衣粉料漿及不同材質(zhì)的金屬設備、管道的洗衣機造成的影響進行研究，從而確定混合鹽的最佳加量和加入工藝條件。

1 實驗部分

1.1 主要材料和設備

混合鹽，自產(chǎn)；砂紙，240號；S型鉤；丙酮（99.5%），分析純，潤景化工；實驗室配制洗衣粉基本原料，均為工業(yè)級。

Z30一級鑄鐵（GB 718），50 mm×25 mm×（3～6）mm；1Gr18Ni9Ti不銹鋼（GB 3280），50 mm×25 mm ×（3～6）mm；45號碳鋼（GB 710），50 mm×25 mm ×（3～6）mm；LY12-BC2硬鋁（GB 3880），50 mm×25 mm×（3～6）mm，均購自中國日用化學工業(yè)研究院。

YC-015實驗型噴霧干燥機，上海雅程儀器設備有限公司；RHLQ Ⅲ型立式去污測定機，中國日用化學化工研究院；101-2A電熱鼓風干燥箱，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司。

1.2 洗衣粉生產(chǎn)設備和洗衣機滾筒及管道材質(zhì)

1.2.1 洗衣粉生產(chǎn)設備材質(zhì)

洗衣粉生產(chǎn)設備材質(zhì)見表1。

表1 洗衣粉生產(chǎn)設備材質(zhì)

1.2.2 洗衣機滾筒及管道材質(zhì)

洗衣機滾筒及管道材質(zhì)見表2。

表2 洗衣機滾筒及管道材質(zhì)

1.3 腐蝕性測試方法

1.3.1 試片的打磨和清洗

參照QB/T 2117—1995《通過水基金屬凈洗劑》試片的打磨和清洗方法，用240號砂紙將金屬片表面銹打磨干凈，打磨方向平行于試片的長邊。打磨好的試片吊掛在S型鉤上，浸入無水乙醇中，用鑷子夾脫脂棉進行擦拭，直到擦掉表面所有雜質(zhì)，把試片移至丙酮中進行漂洗，用熱風吹干，把干凈試片連S型鉤吊掛在試片架上備用。

1.3.2 全浸試驗

將洗衣粉料漿和一定濃度的洗衣粉溶液放在燒杯里，將選定的干凈金屬片全部浸入洗衣粉料漿和洗衣粉溶液中，用保鮮膜封住，于80～90 ℃的烘箱中放置1周，定期觀察金屬片的腐蝕情況。

1.3.3 半浸試驗

將洗衣粉料漿和一定濃度的洗衣粉溶液放在燒杯里，將選定的干凈金屬片連S型鉤吊掛在試片架上，部分浸入洗衣粉料漿和洗衣粉溶液中，試片的上方離料漿和溶液上表面2 cm，用保鮮膜封住，于80～90 ℃的烘箱中放置1周，定期觀察金屬片的腐蝕情況。

1.3.4 試驗用洗衣粉料漿和洗衣粉溶液的配制

試驗用洗衣粉料漿：按配方加量加入液堿和磺酸，中和后加入泡花堿、沸石、元明粉和混合鹽，攪拌均勻即可。

試驗用洗衣粉溶液：按配方配制好的洗衣粉料漿通過實驗室小型噴霧干燥塔噴成粉末，再依次加入后配原料，攪拌均勻即為洗衣粉。將洗衣粉分別配成2%的洗衣粉溶液，備用。

1.3.5 腐蝕試驗后的試片表面評價定級

鋼和鑄鐵：0級—表面無銹，無明顯變化；1級—表面無銹，輕微變色或失光；2級—表面輕銹或不均勻變色；3級—表面大面積銹蝕。

鋁：0級—表面無明顯變化；1級—表面輕微變色或失光；2級—表面不均勻變色、失光，局部有斑點；3級—表面嚴重變色或腐蝕。

1.4 評價方法

（1）產(chǎn)品外觀、pH值等理化指標和去污性等性能指標依據(jù)洗衣粉GB/T 13171.2—2022《洗衣粉第2部分：試驗方法》的方法。

（2）產(chǎn)品泡沫力測試按照GB/T 13173-2021《表面活性劑 洗滌劑試驗方法》的方法。

（3）金屬腐蝕性判斷參考QB/T 2117—1995《通用水基金屬凈洗劑》的方法。

2 結果與討論

2.1 混合鹽成分剖析

抽取6批混合鹽進行檢測和應用研究，第1批次為裝置首次開車時取樣，其余5批次為裝置正常運行后隨機取樣，成分組成見表3。由表3可以看出，每批次混合鹽的硫酸鈉和氯化鈉含量各自不同，第1批次混合鹽800 ℃灼燒失量較高，為1.32%。依據(jù)混合鹽中的兩種鹽Na2SO4和NaCl的性能（高溫不分解），認為800 ℃灼燒失量即為有機物含量。裝置首次開車會帶進去有機物，這進一步證實了第1批混合鹽中有機物高的原因。

表3 6批次混合鹽成分剖析結果

2.2 混合鹽對洗衣粉料漿黏度和粉體白度的影響

選取白度不同批次混合鹽（第1批、第2批和第4批），測試洗衣粉的粉體白度，同時測試洗衣粉配制過程的料漿黏度（表4）。第1批混合鹽加入后在攪拌過程中發(fā)現(xiàn)洗衣粉料漿流動性較小，且混合鹽沉于容器底部，不易攪拌，預示著生產(chǎn)過程料漿輸送難度較大。第2批和第4批混合鹽在配料過程中發(fā)現(xiàn)對料漿流動性沒有影響，洗衣粉生產(chǎn)不存在輸送難度。三批混合鹽在洗衣粉中應用對產(chǎn)品的白度沒有影響。

表4 混合鹽對洗衣粉料漿黏度和粉體白度的影響測試結果

依據(jù)2.1混合鹽的成分分析可知第1批、第2批以及第4批混合鹽在成分上最大的區(qū)別為第1批有機物含量較高。判斷第1批混合鹽在應用過程中出現(xiàn)料漿流動性差的原因為有機物含量過高。

2.3 混合鹽對生產(chǎn)設備和洗衣機材質(zhì)的影響

混合鹽的主要成分是氯化鈉，氯離子基于其半徑小、穿透能力強的特點，可優(yōu)先選擇吸附在鈍化膜上，把氧原子排擠掉，然后和鈍化膜中的陽離子結合成可溶性氯化物，在新露出的基底金屬的特定點上生成小蝕坑，進而造成對設備的腐蝕[3]?；旌消}應用于洗衣粉生產(chǎn)料漿對不同材質(zhì)的設備、管道和洗衣粉使用中對洗衣機金屬內(nèi)筒和管道的影響進行研究，確定混合鹽的適宜加量和加入工藝條件。由于對金屬產(chǎn)生腐蝕的主要是氯離子，選擇正常工況下生產(chǎn)的氯離子含量區(qū)別大的兩批（第4批和第6批）進行腐蝕性測試（表5）。

表5 第4批和第6批混合鹽對生產(chǎn)設備和洗衣機材質(zhì)的影響評估加量表

2.3.1 料漿對生產(chǎn)設備的腐蝕影響

在洗衣粉生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生腐蝕的部位為配料罐和輸送管道，而生產(chǎn)廠的配料罐和輸送管道的材質(zhì)為不銹鋼和碳鋼，為此選擇45#碳鋼、不銹鋼、鑄鐵試片進行測試。用不同加量的混合鹽配制而成的洗衣粉料漿進行全浸和半浸試驗，將容器放入電熱鼓風恒溫干燥箱，模擬配料鍋的溫度，在80～90 ℃放置1周，觀察試片腐蝕情況。

圖1為第4批混合鹽測試結果，第6批混合鹽所測結果與第4批基本一致。

圖1 金屬片在料漿中半浸泡實驗結果

（1）半浸泡實驗：從圖1可看出，1#料漿和4#料漿對45#碳鋼試片均有腐蝕作用，料漿上方的部分大面積銹蝕，達到3級腐蝕標準；對1Gr18Ni9Ti不銹鋼試片，無論是露在空氣中的部分還是浸入料漿的部分均沒有腐蝕作用，符合0級腐蝕標準表面無銹、無明顯變化的特點；對Z30一級鑄鐵試片，不論露在空氣中的部分還是浸入料漿的部分均發(fā)生了腐蝕作用，露在空氣中的部分大面積腐蝕，符合3級腐蝕標準，浸入料漿的部分不均勻變色，符合2級腐蝕標準。

（2）全浸泡實驗：從圖2可以看出，1#、2#、3#和4#對45#碳鋼試片、1Gr18Ni9Ti不銹鋼試片均沒有腐蝕作用，符合0級腐蝕標準表面無銹，無明顯變化的特點；對Z30一級鑄鐵試片均有腐蝕作用，1#、2#和3#料漿浸泡的鑄鐵試片不均勻變色，符合2級腐蝕標準，4#料漿浸泡的鑄鐵試片大面積腐蝕，符合3級腐蝕標準。

圖2 金屬片在料漿中全浸泡實驗結果

2.3.2 洗衣粉溶液對洗衣機的腐蝕影響

將1#、2#、3#和4#料漿通過小型噴霧干燥塔噴成基粉，再加上后配物料，攪拌均勻得洗衣粉成品，將4個洗衣粉樣品分別制成2%含量的溶液進行1Gr18Ni9Ti不銹鋼試片和LY12-BC2硬鋁試片的腐蝕性測試。從圖3可看出，1Gr18Ni9Ti不銹鋼試片和LY12-BC2硬鋁試片在1#、2#、3#和4#洗衣粉溶液中于80～90 ℃溫度下，浸泡1周后顏色和光澤與浸泡前相比均無變化，符合0級腐蝕標準表面無銹，無明顯變化的特點，說明采用混合鹽的洗衣粉在洗滌過程中對洗衣機的金屬部件沒有影響。

圖3 金屬片在洗衣粉溶液中全浸泡圖

2.4 對去污的影響

日常研究未發(fā)現(xiàn)不同含量的Na2SO4、NaCl對去污有顯著影響，對去污最可能有影響的是有機物，因此選擇有機物含量不同的兩批（第1批和第2批）進行去污檢測。在國內(nèi)，含磷洗衣粉已經(jīng)被禁止使用，但在外貿(mào)洗衣粉中仍然存在一定量的含磷洗衣粉。為了進行更加全面的應用研究，在含磷洗衣粉中也進行了相應的測試。

第1批混合鹽和第2批混合鹽不同加量生產(chǎn)的含磷洗衣粉和無磷洗衣粉，按GB/T 13174—2021《衣料用洗滌劑去污力及循環(huán)洗滌性能的測定》進行去污測試。

2.4.1 第1批次混合鹽對洗衣粉性能的影響測試

（1）無磷洗衣粉：從表6可看出，混合鹽的加入降低了皮脂污布的去污力，加入量越高，降低的趨勢越明顯?；旌消}替代量超過50%對去污造成明顯影響，因此第1批混合鹽代替量不宜超過50%。

表6 第1批混合鹽在無磷洗衣粉中應用去污結果

由于第1批混合鹽中有機物含量在1.3%左右，其余批次混合鹽在0.3%左右，根據(jù)第1批混合鹽替代比例推算混合鹽中有機物含量不超過0.65%即可在無磷洗衣粉中全部代替而不影響去污。

（2）含磷洗衣粉：從表7可知，第1批樣品應用在含磷洗衣粉中進行測試，測試結果表明混合鹽的加入對含磷洗衣粉沒有影響。

表7 第1批混合鹽在含磷洗衣粉中應用去污結果表

2.4.2 第2批次混合鹽對洗衣粉性能的影響測試

從表8可知，第2批混合鹽分別應用于含磷洗衣粉和無磷洗衣粉中進行去污測試，混合鹽全部替代配方中元明粉對去污沒有明顯影響。

表8 第2批混合鹽在含磷和無磷洗衣粉中應用的去污結果

對第1批次混合鹽和第2批次混合鹽進行成分比較，第1批次混合鹽中有機物含量在1.3%左右，對無磷粉去污的影響主要是有機物引起，而這種影響在含磷粉中由于三聚磷酸鈉強大的螯合和分散作用得以抵消；第2批次的混合鹽有機物含量均在0.3%左右，在含磷粉和無磷粉中對去污均無影響。

2.5 對泡沫的影響

選取剛開車時取樣的第1批和最能代表正常運行工況的第2批和第3批混合鹽以不同加入量代替洗衣粉中的元明粉來配制無磷洗衣粉，進行泡沫影響測試。測試條件：濃度0.25%；溫度40 ℃。

從表9可看出，第1批混合鹽有機物較高，對泡沫有一定程度的降低作用，混合鹽代替量超過50%泡沫下降明顯。由于第1批混合鹽中有機物含量在1.3%左右，根據(jù)第1批混合鹽替代比例推算混合鹽中有機物含量不超過0.65%即可在無磷洗衣粉中全部代替而不影響泡沫；第2批混合鹽和第3批混合鹽對泡沫均無影響；第2批和第3批的數(shù)據(jù)正好驗證了第1批的結論。

表9 混合鹽在洗衣粉中應用對泡沫的影響

3 結論

（1）混合鹽中有機物對洗衣粉的白度沒有影響，對料漿黏度、泡沫和去污均有影響，在無磷洗衣粉中對去污影響明顯，在含磷洗衣粉中對去污沒有影響。有機物含量低于0.65%的混合鹽在洗衣粉應用中對洗衣粉的料漿黏度、泡沫和去污影響較小，可以使用。

（2）混合鹽以不同加量配制的洗衣粉料漿對碳鋼生產(chǎn)設備均有腐蝕，應用于洗衣粉生產(chǎn)需后配加入，且需采用不銹鋼材質(zhì)系統(tǒng)。未發(fā)現(xiàn)混合鹽配制的洗衣粉對洗衣機滾筒（不銹鋼或鋁）具有明顯腐蝕性。