表面活性剂在浓缩洗涤剂中的应用及发展

鲁飞，郑利强

（山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室，山东 济南 250100）

表面活性剂在浓缩洗涤剂中的应用及发展

鲁飞，郑利强

（山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室，山东 济南 250100）

浓缩洗涤剂以其突出的优良特性，越来越受到消费者青睐，具有广阔的市场前景和发展潜力。本文简要地综述了浓缩洗涤剂的市场现状，表面活性剂在浓缩洗涤剂中的应用以及当前浓缩洗涤剂的发展瓶颈及改良方法。

浓缩洗涤剂；表面活性剂；应用

随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，各种合成洗涤剂新产品尤其是浓缩型洗涤剂，显示出其强大的增长潜力。浓缩洗涤剂具有使用方便、溶解 （分散） 速度快、低温洗涤效果好、体系碱性低、对织物和肌肤更加温和、适合机械化洗涤工艺等特点，同时还具有配方灵活、制造工艺简单、设备投资少、节能、环境污染少以及使用成本低等优势，越来越受到消费者的青睐。

浓缩洗涤液中具有高活性的物质是高浓度的阴离子、非离子表面活性剂体系。但是，绝大多数阴离子、非离子表面活性剂与水混合会出现凝胶区，成为制约超浓缩洗涤液发展的瓶颈。因此，亟待研发能够有效缩小凝胶区的新型表面活性剂。

1.概述

洗涤剂的主要功能是在水溶液体系中通过多种物理化学作用脱除黏附在基质（纤维、硬表面等）表面的污垢，这一过程从根本上说是一种表面化学现象[1]。国内外一般将合成洗涤剂按主导产品来进行分类，即粉状洗涤剂和液体洗剂；根据性能进行区分，二者又分别可分为普通型和浓缩型。浓缩洗涤剂主要包括浓缩粉和浓缩液。浓缩粉一般指密度为普通洗衣粉的1.5倍以上、有效物含量不小于40%的洗衣粉；浓缩液一般是指密度不小于1.10、表面活性剂含量不小于20%的洗衣液。

在技术上，一般将浓缩液分为有结构型浓缩液和非结构型浓缩液。有结构型浓缩液指富含阴、非离子表面活性剂，含多层状表面活性剂气泡或微滴的层状液体；其他的则为非结构型。

洗涤剂是由表面活性剂和助洗剂组成的混合物。表面活性剂是洗涤剂配方中的主要组分，其分子结构包括长链疏水基团（非极性的碳氢链）和亲水性的离子基团或极性基团（如羧酸基、 磺酸基、硫酸基、磷酸基、铵盐、季铵盐、氧乙烯等）两个部分[2]，由于其分子中既有亲油基又有亲水基，所以也称为双亲化合物。根据表面活性剂在水溶液中能否分解为离子，一般将其分为离子型与非离子型，其中离子型表面活性剂又分为阴离子型、阳离子型和两性离子型。作为洗涤剂的主成分，表面活性剂依据其分子内亲水基与亲油基的平衡，溶入水中并吸附于基质（水和污垢）与水之间的界面上，从而使界面自由能降低而实现去污。

所谓浓缩化洗涤产品，是指含极少量水或不含水的液体洗涤剂和清洗剂，终端用户在使用前需用水将其稀释到所需浓度。洗涤剂的浓缩化被普遍认为是一种生态友好的技术措施。同时，与传统配方相比，可以大大降低包装和运输成本。

2.浓缩洗涤剂现状及课题

2.1 浓缩洗涤剂市场现状[3]

随着消费者购买力的增强、消费结构的升级以及健康与安全知识的积累，更加健康、高效、环保的浓缩洗涤剂是当今市场发展的必然趋势。美国20世纪80年代就已开始洗衣粉浓缩化进程，欧盟、日本等发达国家的浓缩型产品也已经成为洗涤剂市场的主流，其中日本浓缩型洗衣粉市场占有率已经高达95%。

在我国，浓缩洗衣粉的市场化进程还相当缓慢。据统计，2010年全国洗衣粉产量已达到392.62万吨，其中浓缩洗衣粉只占4%左右，因此还有很大的增长空间。大力宣传和推广浓缩洗涤剂，将有力我国推动洗涤用品行业的结构调整。同时，性价比高、利于环保的超浓缩洗涤剂可以给普通消费者带来极大的实惠，将逐步成为我国洗涤剂行业未来发展的主流趋势。

2.2 当前课题

与传统洗涤剂相比，浓缩洗涤剂具有明显优点，但也存在一定的技术问题。浓缩配方中常用的脂肪醇乙氧基化物与其他非离子表面活性剂形成的凝胶很难用水稀释，这在一定程度上降低了终端产品的功效和使用便捷性。此外，浓缩洗涤剂中的活性部分（阴离子/非离子表面活性剂）与水混合时会出现凝胶现象，同样制约了浓缩洗涤剂性能的充分发挥。

3.阴离子表面活性剂在浓缩洗涤剂中的应用

3.1 烷基二苯醚双磺酸盐类

在洗涤过程中，阴离子表面活性剂会增加基质与颗粒状污垢表面的负电势，从而提高基质与污垢、污垢与污垢粒子间的排斥力，达到去除粒状污垢、防止污垢再沉积的功效。烷基二苯醚双磺酸盐类表面活性剂分子中含有两个磺酸基，其分散粒状污垢的能力远高于传统的阴离子表面活性剂，在较宽的浓度范围内均具有良好的洗涤能力[4]。

烷基二苯醚双磺酸盐非常适宜配制超浓缩液体洗涤剂，因为它具有以下特性：1）水溶性好，易得到高浓度、流动性好的液状产品；2）可以增溶传统的表面活性剂，如烷基苯磺酸钠（LAS）非离子表面活性剂；3）可以增溶香精、防腐剂和烃类等难溶性物质；4）可以减少螯合剂和助溶剂、消泡剂等助剂的用量，简化配方结构和配制工艺，有利于推进洗涤剂向节能、节水化发展；5）可以调节体系流变性；6）抗电解质能力强，配方产品稳定性好，不易分层。

更重要的是，十六烷基二苯醚双磺酸盐与烷基苯磺酸钠（LAS）复配时，体系的洗涤能力明显提高，在高硬度水质、低温下的洗涤能力得到明显改善，而且可以适当降低使用浓度，减少表面活性剂的用量[5]。

3.2 MES（α-磺基脂肪酸甲酯钠盐）

MES（α-磺基脂肪酸甲酯钠盐）是采用天然可再生资源椰子油和棕榈油等油脂，经酯交换、磺化和中和等工序后得到的一种性能优异的表面活性剂，其结构与脂类基本相同，具有去污力强、钙皂分散力好、生物降解性高和毒性低等优点。由于MES安全无毒、抗硬水能力强，且可完全生物降解，因此被誉为真正绿色环保的表面活性剂。与目前大量使用的表面活性剂相比，MES在性能和价格上都具备相当的优势。

对消费者来说，浓缩洗衣粉应具备用量更少和去污力更强等特点。而对制造商来说，为了使洗衣粉在较低用量时能达到较高的去污力，通常有两种途径：一是增加洗衣粉中的表面活性剂含量，二是使用去污效果更好的表面活性剂，如MES（见表1）[6]。

MES的去污力随着活性剂浓度的增加而增加，洗涤浓度为0.20 g/L的MES去污力超过洗涤浓度为0.60g/L的LAS。此外， MES在高硬度水质下也具有好的去污洗涤效果，这是因为它具有良好的钙皂分散能力，并能使钙皂分散在洗涤液里，从而可以更好地去除织物污垢。LAS容易与水中的钙离子形成难溶性的金属盐，使水中的表面活性剂量降低，导致洗涤性效果变差。而MES的钙盐在室温下结晶速度非常慢，在洗涤过程中不会产生钙盐沉淀，从而保证了洗涤效果[7]。

4.浓缩洗涤剂中添加剂的影响

浓缩洗涤剂的活性物质是高浓度阴离子/非离子表面活性剂体系，通常是由50%NaOH或MEA（单乙醇胺）与脂肪醇乙氧基化物（AE）中和后得到的混合物。这些混合物含有质量分数小于10%的水，非常适合用于碱性液洗配方，特别是含非离子和阴离子表面活性剂、以非离子表面活性剂为主的非结构型液体洗涤剂。冷水稀释时，不同种类的表面活性剂混合物和不同添加剂的应用对稀释效果均有一定影响。通常通过溶解时间来判断稀释时有无凝胶形成：溶解时间小于30s，表明完全相容；大于30s，表明有凝胶相形成，需要一段时间才能完全溶解。

表1 MES 与LAS去污力的比较（水硬度为250mg/kg）

图1给出了添加乙醇和单乙醇胺对溶解时间的影响。对于单一的AE11-5和无添加剂的三重表面活性剂体系，10℃和25℃时都具有中等长度的溶解时间（2 min～4.5 min ）。25℃时，单一添加剂系统具有非常短的溶解时间，表明在这个温度下较难形成凝胶；而在10℃时，溶解时间稍长。这可能是由于低温时出现小的凝胶区，这与凝胶曲线的结果一致。同时，加入乙醇和单乙醇胺的体系在这两个温度下溶解时间都较短。

图1 添加乙醇和单乙醇胺对溶解时间的影响

对于添加剂在实际中的应用，这两种物质在通常的洗涤剂配方中都是常见的。乙醇作为水溶助长剂或增溶剂，单乙醇胺作为碱源，可以提高洗涤效果。进一步研究发现，加有4%这两种添加剂或只加5%乙醇或3.3%单乙醇胺的体系都可以形成无凝胶体系[8]。

5.结语

浓缩洗涤产品的活性物含量高，去污力强，同时具有节省包装材料、降低运输成本以及减少仓储空间等优点，市场需求量日益增大。

确定浓缩型液体洗涤剂的组分时，应遵循以下原则：1）表面活性良好，降低表面张力的能力优异，在水相中有良好的溶解能力；2）表面活性剂在油水的界面能形成稳定的紧密排列的凝聚态膜；3）根据乳化油相的性质，油相极性越大要求表面活性剂的亲水性越强，油相极性越小要求表面活性剂的疏水性越强；4）表面活性剂能适当增大水相黏度，以减少液滴的碰撞和聚结速度；5）符合国家十二五规划的方向，尽可能选择天然可再生资源。

未来，科技创新将成为我国洗涤品工业可持续发展的主题，产品创新将成为企业开拓市场的重要途径。为此，应加强对具有特殊性能的新型表面活性剂、表面活性剂的复配及应用技术的开发，推广应用节能、节水、环保、高效的洗涤用品生产技术。为适应这一趋势，洗涤用品将向浓缩化、液体化方向发展。

[1] 梁德军. 论洗涤剂的配方设计与生产工艺[J]. 大众科技, 2010(6):129.

[2] 姬学亮. 洗涤剂和化妆品生产技术[M].北京:科学出版社, 2006, 3-4.

[3] 韩芳. 发展浓缩洗涤剂势在必行[J]. 日用化学品科学, 2010, 33(4).

[4] 牛金平, 董万田, 韩向丽. 烷基二苯醚双磺酸盐类表面活性剂的多功能性和应用前景[J]. 日用化学品科学, 2002, 25(4).

[5] 张红梅, 张小华, 李奠础. 烷基苯磺酸钠/烷基二苯醚双磺酸盐复配体系的洗涤性能研究[J]. 化工时刊, 2009, 23(9).

[6] 邓龙辉, 王志刚, 卢志敏. MES 在浓缩洗衣粉中的应用研究[J]. 日用化学品科学,2010, 3(4).

[7] M. Fujiwara，M. Miyake，Y. Abe .Colloidal properties of α-sulfonated fatty acid methyl esters and their applicability in hard water[J]. Colloid Polymer Science，1993(271):780-785.

[8] 侯梅芳. 降低环境影响的液体洗涤剂新配方[J]. 日用化学品科学, 2009, 32(5).