环保型高效稠油垢弱酸性水基清洗剂的研制

2014-03-04古蒙蒙涂文辉桂绍庸蔡卫权林元虹李玉军曹宏

化工进展 2014年6期

古蒙蒙，涂文辉，桂绍庸，蔡卫权，林元虹，李玉军，曹宏

（1 武汉理工大学化学工程学院，湖北武汉 430070；2 重庆暄洁环保产业（集团）股份有限公司，重庆 400039）

厨房稠油垢的有效清除是长期让人们困扰的难题，其复杂成分形成的源头主要是食用油。对于油脂流淌外溅引起的油污，用一般清洗剂是不难清洗的，然而目前厨房所用的食用油大部分是不饱和程度较高的花生油和大豆油等植物油，它们在高温下蒸发夹带出来并在高温下氧化聚合，和其他油污、食物碎屑等夹杂在一起形成黏稠的污垢。这些污垢得不到及时清洗的话，会变得越来越黏稠甚至干结，难以清洗[1]。围绕上述稠油垢的清洗，市场上出现了不少清洗效果不错的日用清洗剂，但由于配方选择不太合理，或多或少存在着配方复杂、配制工艺繁琐、碱性偏高、对皮肤有刺激性和综合清洗性能不十分理想等问题。因此，环保型高效稠油垢水基清洗剂的研制仍是值得关注的研究课题。

本文着眼于从源头上预防污染的“绿色化学”的基本理念[2]，针对日用清洗技术向绿色、环保、功能化、傻瓜型和精细化方向发展的趋势[3]，结合厨房油垢的组成特点，经过大量试验探讨，研制出一种原料廉价易得、配方简单、配制工艺简便、pH值呈弱酸性、稠油垢去除效果显著的环保型水基清洗剂。该水基清洗剂配方用到的表面活性剂包括易生物降解、去污力强的烷基糖苷（APG）[4-5]，去污、乳化和抗硬水性能优良的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES），去污、乳化、分散、润湿和杀菌性能良好的椰油酸胺丙基甜菜碱（CAB）[6]以及渗透性能优异的阴离子型表面活性剂磺化琥珀酸二辛酯钠盐（OT）。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

APG，工业级，碳链长度 8～10，宜兴市金兰化工有限公司；AES，工业级，浙江临海凯乐化工厂；CAB，碳链长度12～14，工业级，江阴市盛昌化学品有限公司；OT，工业级，江苏省海安石油化工厂。

THZ-C型台式恒温振荡箱，太仓市华美生化仪器厂；85-2A型恒温磁力搅拌器，常州博远实验分析仪器厂；HHS-12型电热恒温水浴锅，水温波动1℃，上海东星建材试验设备有限公司；DHG90A系列普通干燥箱，上海索普仪器有限公司；AL104型电子天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。

1.2 清洗剂的配制

根据清洗剂配方组成逐一地准确称取原料，并加入到同一烧杯中，然后加入指定量的自来水，在磁力搅拌器上常温搅拌约1h，形成透明的溶液。

1.3 清洗实验

首先，将洗净的钢片于120℃下干燥1h后，放置到干燥器中冷却至室温后称重，记为M0，用毛刷在钢片规定部位均匀涂敷植物油垢 0.24±0.02g；然后，将涂有油污的钢片在 200℃下老化 10min，取出放在干燥器中陈化20～22h便得污片。将污片称重并记为M1，然后将污片置于500m L的烧杯中，加入50m L清洗剂后置于恒温振荡箱中，在120r/min的转速下振荡10min后取出污片，并用自来水冲洗10s，接着120℃下干燥1h后放置到干燥器中冷却至室温称重，记为M2。去污力的计算公式如下。

式中，F为洗去油污的质量分数；M0为钢片的质量，g；M1为污片洗前的质量，g；M2为污片洗后的质量，g。

1.4 清洗性能测试

自制清洗剂、市售厨房多用品牌清洗剂1和品牌清洗剂2的外观、气味、pH值、去污力、高温稳定性和低温稳定性等测试，均参照国家标准进行[7]。

2 结果与讨论

2.1 正交试验

首先在预实验的基础上选择APG、AES、CAB和OT 4个因素，并各取3个水平，在室温下进行4因素3水平的正交试验。根据清洗剂的因素权值[8]，以去污力为主要试验指标计算极差，确定各因素的主次顺序，Ki表示任一列上水平号为i（i=1，2或3）时所对应去污力的试验结果之和；R为极差，任一列R=max{K1，K2，K3}-m in{K1，K2，K3}[9]。正交试验结果见表1。由表1可知，RD＞RB＞RA＞RC，因此影响自制清洗剂去污力各因素的主次顺序为：OT＞AES＞APG＞CAB。根据极差分析结果，选各因素最大K值所对应的水平为配方组成，确定的优化方案清洗剂配方的组成分别为OT 2.0%、AES 4.0%、APG 5.8%和CAB 6.8%，相应的去污力达93.4%。

2.2 OT含量对自制清洗剂去污力的影响

随后在室温下考察了最主要影响因素OT含量对自制清洗剂去污力的影响。研究发现，其它组分含量不变、OT含量增加到4.0%时自制清洗剂的去污力最高，可达96.4%；进一步提高其含量时溶液出现不兼溶的分层现象，因此自制清洗剂的配方组成可以优化为OT 4.0%、AES 4.0%、APG 5.8%和CAB 6.8%，相应的去污力达96.4%。

2.3 浓缩和稀释对去污力的影响

进一步在OT含量对自制清洗剂去污力影响实验的基础上，进行了自制清洗剂的浓缩和稀释去污试验，并与市售典型清洗剂稀释液的去污力进行对比，结果见表2。由表2可知，自制清洗剂的去污力随着其浓缩倍数的提高先增加后降低，浓缩 1.1倍时其去污力达到最高值98.2%。此外，将清洗剂稀释1.33倍和2倍后使用，自制清洗剂的去污力仍然达到93.0%和91.7%，显著优于市售品牌清洗剂1的去污力 72.3%和 71.3%，并与市售品牌清洗剂 2的去污力93.2%和 92.3%基本相当。综上，将阴离子型表面活性剂OT单因素实验所获清洗剂的配方浓缩1.1倍后，可以得到更优的清洗剂配方组成：OT 4.4%、AES 4.4%、APG 6.4%和CAB 7.5%，相应去污力可达98.2%。

表1 正交试验结果与分析

2.4 清洗温度对自制清洗剂清洗效果的影响

清洗温度对该自制清洗剂的清洗效果也有着显著的影响，见表3。由表3可知，该自制清洗剂在室温～45℃基本上可以清除全部油污，清洗温度降至10℃后去污力仍高达92.3%，但清洗温度进一步降至 0℃后去污力降至 74.2%，因此，采用该清洗剂清洗油垢最好在温度高于10℃下进行。

表2 不同浓缩和稀释倍数下自制清洗剂与市售品牌清洗剂1和2去污力的比较

表3 清洗温度对自制清洗剂去污力的影响

2.5 自制清洗剂和市售清洗剂的清洗性能对比

按照国家标准，对较佳清洗剂配方组成下的自制清洗剂和市售品牌清洗剂1和2在25℃下的外观、气味、稳定性和pH值等清洗指标进行综合比较，结果见表4。由表4可知，自制清洗剂的外观、气味和稳定性等指标均已达到国家标准，并且其pH仅为6.5，呈微弱酸性，接近中性，而市售品牌清洗剂1和2的pH值分别为9.0和10.0，呈弱碱性；此外，自制清洗剂的去污力高达98.2%，略高于市售品牌清洗剂1的去污力92.9%和市售品牌清洗剂2的去污力95.3%。综上，在本实验条件下自制清洗剂的综合清洗性能优于市售品牌清洗剂1和2，并且对人皮肤的刺激性更小。

表4 自制清洗剂和市售品牌清洗剂1和2清洗性能的对比

3 结论

（1）成功地研制出一种环保型高效稠油垢弱酸性水基清洗剂，正交实验、主要活性物含量和清洗剂的浓缩等实验优化后的较佳配方组成为 OT 4.4%、AES 4.4%、APG 6.4%和CAB 7.5%，pH值6.5，接近中性，对人体皮肤基本无刺激，室温下其去污力达98.2%，40℃下其去污力可达100%，且其在 25℃下的综合清洗性能优于典型市售品牌清洗剂1和市售品牌清洗剂2。

（2）所研制的自制清洗剂具有配方和配制工艺简单、原料廉价无害、溶剂为自来水和不添加任何酸碱等优良特性，且pH值呈接近中性的弱酸性，与典型市售品牌清洗剂略有不同，对温和型高效稠油垢水基清洗剂的开发具有较大参考价值。

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