适用于无磷洗衣粉的新型聚羧酸盐

2014-03-07宋晶晶梁水娇

中国洗涤用品工业 2014年8期

关键词：无磷羧酸洗衣粉

宋晶晶，梁水娇，钟伟

（广州市盛邦化工科技有限公司，广东广州 510620）

适用于无磷洗衣粉的新型聚羧酸盐

宋晶晶，梁水娇，钟伟

（广州市盛邦化工科技有限公司，广东广州 510620）

由美国陶氏化学生产的新型聚羧酸盐分散剂Acusol 940具有出色的抗灰性能、良好的白度保持性能，特别适用在无磷洗衣粉中作为功能性助剂。本文研究将3种不同的聚羧酸盐加入到无磷基粉中，使其抗灰性能、白度保持性能及去污比值均有明显提升。其中，Acusol 940的抗灰性能最出色，且即使添加70%其他普通分散剂的量，抗灰效果仍表现优异。

洗衣粉；无磷；聚羧酸盐；抗再沉积剂；抗灰性能

洗衣粉由表面活性剂和洗涤助剂等主要成分组成。其中，表面活性剂的作用是降低水的表面张力，去除衣物上的污渍；洗涤助剂的作用是结合钙镁离子，阻止污垢再沉积，同时有助于提高表面活性剂的去污能力。例如，含磷洗衣粉就是以磷酸盐为主要助剂的一类产品。然而，磷是一种营养元素，它容易加剧环境水体的富营养化现象，从而破坏水质，污染环境。因此，我国绝大多数地区对洗衣粉实施了禁磷措施。

无磷洗衣粉则是指不使用磷酸盐作助剂的一类洗衣粉。使用这种洗衣粉可以减少含磷污水的排放，因而有利于水体的环境保护。随着经济的发展和人们的环保意识日益提高，无磷洗衣粉已取代含磷洗衣粉成为市场主流，目前市场上销售的洗衣粉基本都为无磷洗衣粉。而且，浓缩化是国内外洗涤剂行业可持续发展的必然要求和市场趋势，中国选择使用浓缩洗衣粉的消费者越来越多。因此，有必要加强相关研究。

1. 无磷洗衣粉的技术现状

无磷洗衣粉的主要成分一般包括表面活性剂和硅酸盐、碳酸盐、4A沸石等洗涤助剂、分散剂以及其他添加剂（如酶制剂、彩色粒子等）。

在早期的洗衣粉研发中，配方师为提升去污力倾注了主要精力，对表面活性剂的了解和运用已极为深入。随着配方技术的发展，研究人员开始更多地关注通过加入各种功能性助剂以提高产品的综合性能。例如，通过加入抗再沉积剂，防止洗涤后污渍再沉积到衣物上，提升漂洗效果。

抗污渍再沉积能力是指在洗涤过程中洗涤剂悬浮洗涤液中的污渍、抑制其吸附到织物表面的能力。它是表征洗涤剂洗涤能力的指标之一，可以通过白度保持和沉积灰分两项指标来进行综合评价。

在无磷洗衣粉中，需要添加抗污渍再沉积剂来减少灰分沉积和保持较好的白度，减少不溶物在衣物上的附着，从而使无磷粉的去污性能和白度保持值得以提升。可应用于无磷洗衣粉的抗污渍再沉积剂的种类很多，常用的有CMC（羧甲基纤维素钠）、均聚羧酸盐、马来酸-丙烯酸共聚物等。例如，陶氏公司的丙烯酸均聚物AcusolTM940就是一款性能优异的洗衣粉用新型抗灰剂。

2. 实验对比

本文主要考察分析了Acusol 940等3个型号的抗污渍再沉积剂的性能。在无磷洗衣粉基粉中分别添加这3种抗污渍再沉积剂，通过测定其去污值、白度保持值及其沉积灰分比值，验证比较各种抗污渍再沉积剂的使用效果。

2.1 试剂与仪器

试剂：聚羧酸盐A（45%）；Acusol 940（42.5%），陶氏化学；聚羧酸盐B（45%），（见表1）。洗衣粉实验配方中的其他原料均符合相关国家标准。

仪器和材料：立式去污机；白度计；马弗炉；市售白布；标准污布。

聚羧酸盐A和聚羧酸盐B均属于丙烯酸均聚物，平均分子量的范围为4000～5000；Acusol 940属于改性羧酸盐均聚物。

2.2 性能测试与评价

2.2.1 基础配方

先按一般无磷洗衣粉的基础配方，经过配料、烘干、粉碎、过筛等工序制成基粉（即无磷基粉）。然后，将抗污渍再沉积剂按质量比1%配入无磷基粉中。无磷基粉的配方为：直链烷基苯磺酸钠17%，烯基磺酸钠4%，脂肪醇聚氧乙烯醚-9 2%，水玻璃9%，碳酸钠16%，4A沸石8%，荧光混合剂0.1%，余量元明粉。

2.2.2 去污力测试

将上述抗再沉积剂分别加入无磷基粉中，配制出样品1～样品4，对照样为不加抗再沉积剂的无磷基粉和加入CMC的国标洗衣粉（详见表2）。分别对样品1至样品6进行去污力测试。

具体测试步骤按照国家标准GB/T 13174-2008《衣料用洗涤剂去污力及循环洗涤性能的测定》执行。先用硬度为250mg CaCO3/L的水配制成0.2%洗衣粉溶液（样品1至样品6分别配制成溶液），然后对各类污渍试片进行洗涤测试。测试时，将市售白布和国标污布用立式去污机内在水温30℃下洗涤20min，烘干后用白度计在选定波长下测定洗涤前后的白度值。以洗涤前后白度值之差评价洗涤剂的去污力。实验结果见表3及图1、图2。

对比分析表3的数据及图1、图2可以看出：

1）无磷基粉及加入抗再沉积剂的无磷基粉对三种污布的去污力均高于国标粉。其中，对皮脂污布的去污比值提升最高，炭黑污布次之；对蛋白污布去污比值的提升作用最低，且不同样品间差异不大。这是因为所有样品均未添加蛋白酶，若添加了蛋白酶则此项比值可明显提升。

2）加入聚羧酸盐的基粉对炭黑污布的一次去污比值明显高于未添加聚羧酸盐的配方，提高值在6～12%。聚羧酸盐之所以具有增强去污力的作用，是因为它本身就具有软化硬水的能力，可以起到增强表面活性剂洗涤性能的效果；同时，聚羧酸盐带负电荷，和带正电荷的灰尘粒子会相互吸引，使灰尘悬浮在溶液中，从而增加了炭黑污布洗涤后的白度值。

表1 3种抗污渍再沉积剂

表2 测试样品详情

表3 样品污布白度差值及去污比值

3）聚羧酸盐A对于炭黑污布的去污比值提升最明显，Acusol 940次之。

2.2.3 灰分沉积测试

按照国家标准GB/T 13174-2008《衣料用洗涤剂去污力及循环洗涤性能的测定》，对表2中的样品1至样品6进行灰分沉积测试。将市售白布剪成布片，布片循环洗涤20次后烘干，称量布片的重量，然后在800℃的马弗炉中灼烧6h，在干燥器中冷却至室温，称量灰分重量，计算出灰分沉积率和与标准粉的比值。结果见表4和图3。

分析表4的数据及图3可以看出：

1）无磷基粉的灰分沉积率较含磷国标粉高出一倍以上，一方面是因为含磷国标粉中含有抗再沉积剂CMC，另一方面是在无磷基粉中缺乏磷酸盐的悬浮、分散作用，而且纯碱等碱性助剂含量远高于含磷标准粉。所以，必须添加有效的抗再沉积助剂，以降低灰分的沉积。

图1 三种污布白度差值图

图2 三种污布去污比值图

表4 灰分沉积数据对比

2）实验所采用的3种聚羧酸盐抗再沉积剂均具有良好的抗灰分沉积作用。其中，1%的Acusol 940抗灰分沉积效果最佳，可以减少灰分沉积率达42.8%；即使将加入量减至0.7%，Acusol 940的抗灰分沉积效果仍好于其他两种均聚物，所以性价比较高。

以上结果表明，聚羧酸盐在无磷基粉中具有很好的抗灰分沉积作用。至于其抗灰分沉积的机理，一方面是由于聚羧酸盐的CaCO3分散力，直接抑制了碳酸钙晶体的形成，减少了碳酸钙对织物板结的影响；另一方面，聚合物上有足够多的羧酸根基团以离子态存在，有利于保持聚合物在水中的溶解度，而聚合物通过部分活性基团可吸收在负电性表面，如果它另外的活性基团没有被阳性离子所饱和，就可以提供斥力抵抗其他也覆有聚合物分子的固体颗粒，从而起到分散、去除污垢的作用，进一步提高洗涤剂的抗灰分沉积性能。

2.2.4 白度保持测试

将样品1至样品6循环洗涤20次，每10次测一次白度值。结果见表5。

由表5可以看出：1）洗涤次数越多，白棉布的白度值下降越多，说明污渍的沉积量越来越多；2）添加聚羧酸盐可以减少污渍的沉积，白度保持率提升明显。

图3 灰分沉积效果对比图

表5 抗再沉积剂对白度保持的影响

以上结果表明，多次循环洗涤时油污液中的污垢在自身亲和力及水分子的作用下，小块污垢之间相互狙击，形成一定的污粒后，由于重力及织物表面自由基的影响，开始向织物表面沉降，使得白布表面在干燥后显得灰暗，即白度值不断下降。由于聚羧酸盐具有较强的对固体颗粒的分散悬浮能力，应用在无磷洗衣粉时，可有效阻止小块污垢的聚集，使得小块污垢分散、悬浮在洗涤液中，从而使污垢向织物上在沉积的概率降低。而且在污垢表面作用的同时，同样会在织物表面发生作用，使污垢与织物之间的斥力增强，也有效地抑制了污垢的再沉积。抑制了污垢的再沉积，在表观上即表现为白布能保持较好的白度。

2.3 评价与分析

由上述实验数据可以看出，Acusol 940具有良好的抗灰性能，即使将其添加量减少至0.7%，仍然具有比其他抗再沉积剂更优异的性能。这是由于对Acusol 940的链段进行了特殊改性，增强了其电荷密度以及对碳酸钙/镁等难溶水无机物的作用力。因此，将之应用于配方中，可以显著提高无磷洗衣粉的整体抗灰性能。