配方简单的高效稠油垢微碱性水基清洗剂的研制

刘璠，康娟，陈鑫铜，吕振强，朱梦媛，曹景顺，涂天翼，古蒙蒙，蔡卫权，2

（1武汉理工大学化学化工与生命科学学院，湖北 武汉 430070; 2武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，湖北 武汉 430070）

大量餐饮店、厨房和路面表面遗留的油污，尤其是稠油垢，不及时清理会影响美观，也给周边环境造成了很大的负面影响，甚至会影响城市形象；路面上的稠油垢会影响行人和车辆的通行，尤其在雨天等特殊天气下还会造成安全隐患。稠油垢的成分非常复杂，主要由食物烹饪过程中形成的油烟、油性聚合物、食物碎渣、尘埃和其他沉积物构成，聚合油脂将各种污垢交织在一起，通常情况下既难溶解，又难以乳化，只有合理复配表面活性剂和其他助剂，增强对污垢的渗透性、乳化性和分散性，才有可能有效解决其清洗去除问题[1-2]。近些年来，针对不同应用场合的各种油垢清洗剂相继开发使用，但由于表面活性剂的选择和配方结构不合理，导致清洗剂的配方过于复杂，或安全性和环境友好性不佳，或对稠油垢的清洗效果难以让人满意。例如，所采用的高碱或高pH 值配方、强酸、含磷物质和有机溶剂等容易对环境造成污染，因而，原料廉价、配方和制备方法简单、去污效果显著并且使用安全的绿色高效水基清洗剂的开发是一项十分重要而又紧迫的工作[2-4]。

在前期研究中，本文作者课题组曾制备了pH≈9左右的碱性高效路面油污半水基清洗剂，该配方组成复杂，包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、直链烷基苯磺酸钠、烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚、桔子油、三乙醇胺、柠檬酸三钠和自来水共7 种组分，其中，桔子油为有机助溶剂，三乙醇胺为有机碱[5]；也曾制备了pH≈8.3 左右的碱性水基清洗剂，该配方组成仍较复杂，包括阴离子型表面活性剂F、烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、柠檬酸钠、三乙醇胺和自来水共7 种组分，仍使用了有机碱三乙醇胺[6]。本文基于从源头上预防污染的绿色化学基本理念[7]，试图迎合清洗技术向绿色、环保、功能型、傻瓜型和精细化方向发展的大趋 势[8-9]，进一步利用廉价的工业原料制备了不添加任何酸碱、不使用任何有机溶剂、配方简化并且对植物油垢去除快速、清洗效果显著的微碱性水基清洗剂，该清洗剂仅含有5 种组分，较现有清洗剂配方组成大大简化。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

烷基糖苷（APG），工业级，碳链长度8～10，宜兴市金兰化工有限公司；壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10），工业级，邢台蓝星助剂厂；脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9），工业级，邢台蓝星助剂厂；椰子油脂肪酸二乙醇酰胺（6501），工业级，武汉市三仁科技有限公司；自来水；市售金龙鱼大豆油。

85-2A 型恒温磁力搅拌器，常州博远实验分析仪器厂；THZ-C 型台式恒温振荡箱，太仓市华美生化仪器厂；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；AL104 型电子天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；DHG90A 系列普通干燥箱，上海索普仪器有限 公司。

1.2 清洗剂的制备

将两个反应釜分别标记为A 和B。首先将一定量的APG 和自来水加入到A 中，50℃下化匀。然后将所需AEO-9、6501 和TX-10 加入到B 釜中搅拌，化匀后与A 釜中的溶液在搅拌下混合，直至形成透明的溶液。

1.3 清洗实验

首先将洗净的试片于120℃下干燥30min 后，放置到干燥器中冷却30min 后称重，记为m0。用毛片刷在试片规定部位涂敷市售金龙鱼大豆油0.24g±0.02g，并转移至干燥的培养皿中，依次在200℃下干燥10min、室温干燥器中陈化20～22h，制得油垢试片称重，记为m2。将称重的试片置于500mL 的烧杯中，加入50mL 清洗剂后置于25℃的恒温振荡器中，振荡10min 后取出试片，分别于120℃下干燥20min、室温干燥器中冷却30min 后称重得m1，去污力按式（1）计算[5]。

式中，W 为清洗剂的去污力；m0为干燥试片的质量；m1为清洗剂清洗油垢后试片的质量；m2为涂敷油垢并干燥后试片的质量。

1.4 清洗性能测试

自制清洗剂和市售厨房多用清洗剂的外观、气味、稳定性、碱度、pH 值和腐蚀性的测试均参照标准进行[10-11]。

1.5 清洗剂对金属的腐蚀试验

清洗剂对金属腐蚀率数据的测定方法参照“金属材料和零件用水基清洗剂技术条件”进行[12-13]。

2 结果与讨论

2.1 正交试验

除自来水外，选用的清洗剂配方仅有APG、AEO-9、TX-10 和6501 共4 种组分组成。其中，“绿色”功能性非离子表面活性剂APG 具有高表面活性、良好的生态安全性和相溶性；非离子表面活性剂AEO-9 具有良好的乳化、去污和净洗性能；非离子表面活性剂6501 具有良好的发泡、稳泡、渗透去污、抗硬水等功能；TX-10 具有极好的渗透、乳化、分散和洗涤性能。

根据前期探索实验，先进行其他组分含量均为3.5%时，某一组分含量影响自制清洗剂清洗效果的单因素实验。随着APG 含量的提高，清洗剂的去污力显著提高，APG 含量为8%时清洗效果最好，去污力达98.7%；进一步提高APG 含量对其去污力的影响并不显著，而且低温时清洗剂的稳定性较差，易出现浑浊，因此APG 含量的上限定为8.0%。

类似地，随着AEO-9 含量的提高，清洗剂的去污力显著提高，但AEO 含量超过3.5%后清洗剂的低温稳定性差，易析出白色固体，因此AEO 含量的上限定为3.5%。随着TX-10 含量的提高，清洗剂的去污力显著提高，但TX-10 含量超过3.5%后清洗剂易分层，因此TX-10 含量的上限定为3.5%。随着6501 含量的提高，清洗剂的去污力显著提高，6501含量为2.0%时，去污力达87.4%，溶液pH 值近中性；进一步提高6501 含量清洗剂的pH 值增加，而且泡沫较多、稳定性不佳，因此6501 含量的上限定为2.0%。

进一步采用正交试验对清洗剂的配方组成进行优化，确定各组分的最佳含量[14]。将APG、AEO、6501 和TX-10 及其含量分别作为正交表的因素和水平，进行四因素四水平的正交试验。根据表1 因素权值表[15]，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，正交试验结果见表2。其中，Ki表示任一列上水平号为i(i=1，2 或3)时对应的去污力之和；R 为极差，任一列上R=max｛K1，K2，K3，K4｝- min｛K1，K2，K3，K4｝。由表2 可知，本实验条件下各因素影响自制清洗剂去污力的主次顺序为：APG＞AEO-9＞TX-10＞6501；较佳清洗剂配方组成分别为APG 8%、TX-10 0.5%、AEO-9 3.5%和6501 1%，所制备清洗剂的去污力达94.7%。根据表2 中的极差分析结果，进一步对清洗剂的配方组成进行性能优化实验，得出更优的配方组成分别为APG 8%、TX-10 3.5%、AEO 3.5%和6501 2%，相应的去污力可达99.3%。

表1 因素权值表

表2 正交试验结果

2.2 清洗剂的稀释去污试验

将上述按最优配方制备的近中性清洗剂和市场上销售的两种厨房多用清洗剂稀释前后的去污力进行了对比，结果见表3。由表3 可知，自制清洗剂较这两种商业清洗剂具有更佳的去污力。

表3 自制清洗剂和市售清洗剂稀释0～4 倍时的去污力比较

此外，最优配方下本清洗剂的pH 值仅为7.5，相比之下这两种市售清洗剂的pH 值分别为9.5 和9.0，因此，本清洗剂较佳的清洗性能是在非常温和的条件下实现的。

表4 自制最优配方组成清洗剂稀释或浓缩一定倍数后的稳定性比较

2.3 清洗剂的稳定性

表4 给出了上述自制清洗剂稀释或浓缩一定倍数后的外观、气味和稳定性比较。表4 显示，该自制清洗剂原液、2～4 倍稀释液、2～3 倍浓缩液均具有较好的低温稳定性、常温稳定性、高温稳定性和耐硬水性能。

2.4 清洗剂对不同金属的腐蚀和清洗性能试验

以上述最佳配方组成的自制清洗剂为例，测定了其对45 钢、H62黄铜和LY12铝的腐蚀率和去污力，结果见表5。由表5 可知，该自制清洗剂对45钢、H62黄铜和LY12铝等金属的腐蚀性极小，而对它们的去污力很高。

表5 清洗剂对不同金属的腐蚀率和表面的去污力

3 结 论

针对餐饮店、厨房和路面稠油垢的组成特点，利用廉价的工业原料成功地研制出一种配方组成非常简单的高效稠油垢微碱性水基清洗剂，其较佳配方组成为APG 8.0%、AEO 3.5%、TX-10 3.5%和6501 2.0%，pH 值仅为7.5，接近中性，相应去污力高达99.3%。

该清洗剂具有不添加任何酸碱组分、配方简单、溶剂为自来水、组分兼容性好、pH 值近中性、配制工艺简单和对稠油垢去除效果好等优点，较好地符合了洗涤剂行业的发展趋势。此外，按较佳配方制备的近中性水基清洗剂原液、2 倍稀释液和4 倍稀释液的去污力明显优于市售厨房多用清洗剂，并且对45 钢、H62黄铜和LY12铝等金属的腐蚀性小、去污性能好，因而具有较好的推广应用价值。

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