用于工业与公共设施清洗的几种脂肪醇乙氧基化物的性能研究

吴 霞

（沙索（中国）化学有限公司，江苏 南京，210047）

工业洗涤剂是在工业化生产领域，由于生产技术上的需要而使用的洗涤剂，包括工艺用洗涤剂和非工艺用洗涤剂。例如在机械加工工业中，对钢材的酸洗（除锈）、碱洗（脱油脂）属于工艺洗涤过程，对机械加工设备的清洗（使用金属清洗剂）属于非工艺洗涤过程。但是用的洗涤剂都属于工业洗涤剂。

公用设施洗涤剂是适应人类生活社会化，从家用洗涤剂分化出来的一类洗涤剂，用于公用设施及社会化清洁服务。其洗涤基质大都为有规则的硬表面，洗涤过程由专职人员来承担。例如，承担社会清洁服务的洗衣房使用有别于家用织物洗涤剂的一类洗涤用品，承担建筑物清洗，宾馆、剧场、车站等公共场所的专业清洗公司，一般使用机械化方式和专用洗涤剂完成清洗工程。服务行业中与洗涤有密切关系的如餐饮业洗涤餐具、厨具、灶具；医院中洗涤手术器械、病床用织物，手术前洗手消毒；公共场所洗涤厕所、卫生间，都需要较家用洗涤剂洗涤消毒性能更好的专用产品。

工业与公共设施清洗剂中使用的原料范围很宽，种类很多，这是因为工业及公共设施洗涤工艺中，面对的基质和污垢要复杂得多，洗涤现场千差万别，对洗涤剂的技术要求也参差不齐，但是使用频率最高的仍然是表面活性剂。在水基洗涤剂中，表面活性剂是去污的主要成分[1]。

表面活性剂是一种具有亲水亲油两亲分子的结构，当它在溶液中以很低的浓度溶解分散时，优先吸附在溶液的表面或其他界面上，使表面或界面张力（或自由能）显著地降低，改变体系的界面状态；当其达到一定浓度时，溶液中缔合成胶束，从而，直接地产生润湿或反润湿、乳化或破乳、起泡或消泡、分散、加溶和洗涤等作用。

脂肪醇乙氧基化物是非离子型表面活性剂的代表品种，种类多，具有良好的表面性能，如润湿性能和乳化性能好，泡沫低，抗硬水，易生物降解，被广泛用于工业和公共设施的清洗。不同的脂肪醇种类、环氧乙烷加成数和生产工艺合成的脂肪醇乙氧基化物性能相差较大。本文主要从基础性能方面，探究几种不同结构的非离子表面活性剂在润湿、泡沫、洗涤、硬表面清洗、耐碱和凝固点等方面的性能，并与常规的月桂醇乙氧基化物进行比较。希望对工业和公共设施清洗实际应用有所帮助。

1 实验部分

1.1 主要材料与仪器

材料：AEO7-24Z（C1214醇+7EO，普通EO分布）、SAFOL 23E7（C1213醇+7EO，普通EO分布）、SAFOL EN70（C1213醇+7EO，窄EO分布）、MULTISO 13/70（异构C13醇+7EO，普通EO分布）、MARLOSOL TA70（异构C13醇+7EO，窄EO分布）、WET LF-7（异构C12醇+7EO，窄EO分布）、AEO9-24Z（C1214醇+9EO，普通EO分布）、SAFOL 23E9（C1213醇+9EO，普通EO分布）、SAFOL EN90（C1213醇+9EO，窄EO分布）、MULTISO13/90（异构C13醇+9EO，普通EO分布）、MARLOSOL TA90（异构C13醇+9EO，窄EO分布）、WET LF-9（异构C12醇+9EO，窄EO分布）[沙索（中国）化学有限公司]；JB-01（国标碳黑污布）、JB-03（国标皮脂污布）（中国日用化学工业研究院）；棉布圆片。氢氧化钠和BDG二乙二醇单丁醚（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）。

仪器：Waters 1525 & 2996高效液相色谱仪（Waters公司），精密温度计（常州盛之源仪器仪表有限公司），SYD-510F1多功能低温试验器（上海五久自动化设备有限公司），OCA20视频接触角测量仪（Dataphysics公司），2151型罗氏泡沫仪（苏州奇乐电子科技有限公司），生化培养箱（BINDER），RHLQ II型立式去污测定机（中国日用化学工业研究院），WSD-III全自动白度计（北京康光光学仪器有限公司），RHBX-II型硬表面摆洗机（中国日用化学工业研究院），DHG-9240A型电热鼓风干燥箱（上海春佳电热设备有限公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 EO分布

将样品用带苯环的衍生试剂衍生，通过氨基柱分离用紫外检测器测定。

1.2.2 浊点

依照GB/T 5559-2010《环氧乙烷型及环氧乙烷-环氧丙烷嵌段聚合型非离子表面活性剂浊点的测定》测定，将规定浓度的试样溶液在测试条件下加热至液体完全不透明，冷却并不断搅拌，观察不透明消失时的温度即为浊点。

1.2.3 凝固点

将试样加热至完全透明后，取50mL样品置于100mL试管中，并用保鲜膜将试管密封，将其置于多功能低温试验器中，从26℃开始逐步降温测试，每次降温1℃，并在测试温度下恒温3h后，观察产品外观状态，冷却试样到不能流动的最高温度即为凝固点。

1.2.4 润湿性能

硬表面接触角：通过悬滴法测试接触角，方法是将被测液体由微量注射器取一小滴，滴在所需的固体平面上，再通过光学反光系统及放大系统将液滴放大于观测镜内，然后用镜头内的测角器测定其接触角值的大小。转动测角器的水平线与小滴物像相切，做切线时尽可能取接近固体平板与液滴相交点处焦点的切线。

帆布润湿：依照GB/T 11983-2008《表面活性剂润湿力的测定浸没法》测定，将棉布圆片夹在浸没夹内，浸没于已知质量浓度的表面活性剂溶液中。由于棉布中包藏空气，棉布圆片趋向于浮到液面，可借助特制的浸没夹，使棉布圆片保持完全浸没于溶液中。空气被取代，溶液渗透进棉布后，棉布圆片开始下沉。测量棉布圆片从浸没到开始下沉的时间间隔来测试润湿时间。润湿时间越短，则润湿性能越好。

1.2.5 泡沫性能

依照GB/T 7462-1994《表面活性剂发泡力的测定改进Ross-Miles法》测定，使500mL表面活性剂溶液从450mm高度流到相同溶液的液面，在液流停止后的第30s、3min和5min，测量泡沫体积。

1.2.6 耐碱性能

配制不同质量浓度的碱溶液，加入2%表面活性剂，搅拌均匀，于25℃恒温24h后观察溶液的外观状态，溶液透明则为耐碱稳定性好，溶液浑浊漂油则为耐碱稳定性不好。

1.2.7 去污力

织物表面去污力：依照GB/T 13174-2008《衣料用洗涤剂去污力及循环洗涤性能的测试》测定，将不同种类的试片置于用一定硬度水配制的确定质量浓度的洗涤剂溶液中，在去污试验机内于规定温度下洗涤一定时间后，用白度计在规定波长下测定试片洗涤前后的白度值。具体洗涤方法如下：表面活性剂质量浓度2g/L，水的硬度250ppm，洗涤温度30℃，洗涤时间20min，转速120r/min，污布种类JB-01和JB-03，测试时每片污布裁成6cm×6cm，每组测试6片污布。采用以下公式进行计算：去污率=（F2-F1）/（F0-F1）×100%。其中，F0为原白布的白度值80.6，F1为每组6片污布洗涤前的平均白度值，F2为每组6片污布洗涤后的平均白度值。去污率越大，则洗涤性能越好。

硬表面除油率：依照QB/T2117-1995《通用水基金属净洗剂》测定。将涂覆有人工油污的不锈钢片置于用一定硬度水配制的确定质量浓度的洗涤液中，在摆洗机内于规定温度下摆洗一定时间后，用四位天平测定不锈钢片上摆洗前后的油污重量。测试条件: 洗涤配方浓度3%，水硬度250ppm，摆洗温度50℃，浸泡3min，摆洗3min（摆洗频率为40±2次/min，摆洗距离为50±2 mm）。采用以下公式进行计算：除油率=（P2-P3）/（P2-P1）×100%。其中，P1为不锈钢片净重，P2为涂覆人工油污后不锈钢片的重量，P3为摆洗烘干后不锈钢片的重量。

2 结果与讨论

2.1 EO分布

脂肪醇与环氧乙烷制备聚醚是一个逐级加成的开环反应，因此存在着分子量分布问题，而聚醚分子量分布的宽窄是影响其应用性能的一个重要指标[2]。

由图1可看出：基于窄分布的SAFOL EN，MARLOSOL TA和WET LF系列目标产物含量更高；游离醇含量更低，意味着产品气味更低；环氧乙烷加成数少的和多的含量较常规的更低，因而在配制水溶性和非水清洗剂时性能更优越，且倾点更低，可节省贮存和运输的能量消耗；终产物PEG的含量更低。

图1 不同脂肪醇乙氧基化物的EO分布 (7EO)

2.2 浊点

水分子借助氢键可与亲水性乙氧基上的醚氧呈松弛的结合，这使得表面活性剂溶解于水中成为氧鎓化合物。当温度升高时，结合的水分子逐渐脱离，直至乙氧基化合物在水中析出，此时，原来透明的溶液变成白色浑浊的乳状液。浑浊和相的分离现象是可逆的，当温度下降时，溶液重新变为澄清，溶液出现浑浊时的温度称之为浊点。测试了7EO产品10%试样在25%BDG水溶液中的浊点，和9EO产品1%试样水溶液的浊点。

由表1可知：在相同乙氧基数下，疏水基支链度越大，其浊点越低。对一特定的疏水基来说，聚乙氧基链越长，浊点越高。加入BDG可以帮助表面活性剂更好地溶解在水中，同时，提高其在水中的浊点。在实际应用过程中，在浊点附近，去污效果最佳，且泡沫较低，因为此时非离子表面活性剂的吸附、乳化和增溶均处于最佳状态。

2.3 凝固点

从图2可看出：在相同环氧乙烷加成数的情况下，带有支链结构的 SAFOL EN、MULTISO13、MARLOSOL TA和WET LF系列产品的凝固点要远低于传统直链 C12-14醇乙氧基化产品，低温操作性好，基本上在大多数地区的冬天使用也是没有问题的。

表1 不同脂肪醇乙氧基化物浊点数值对比

图2 不同脂肪醇乙氧基化物凝固点数值对比

2.4 润湿性能

固体表面的原子价键因暴露于外，常因有多余的能量而吸附气体。当液体与固体表面接触，气体被排斥，原来的固-气界面消失，代之以固-液界面，这种现象称之为润湿，一切影响固体和液体表面和体相性质的因素都会对润湿作用产生影响。针对润湿的三种类型，沾湿、铺展和浸湿，由相应的界面自由能数据可以判断出所研究体系润湿过程能否自发进行。但实际上，涉及固体表面的界面自由能数据至今难以准确测试，而Young方程利用易于测定的接触角和液体表面张力可以方便评估润湿性能。

将一液体置于固体表面，在气、液、固三相交界处的气液界面和固液界面之间的夹角称为接触角，接触角愈大，愈不润湿。在工业和公共设施清洗中，硬表面是最常见的基质。我们可通过悬滴法测试接触角对表面活性剂水溶液在硬表面的润湿进行评估，采用Dataphysics公司OCA系列接触角测量仪测试了1.0g/L的表面活性剂水溶液在25℃和50%湿度下在不锈钢表面的接触角。

从图3可看出：基于异构十三醇的MARLOSOL TA70和MULTISO 13/70在不锈钢表面具有更好的铺展润湿性能，这主要是因为根据Young方程接触角与界面张力的关系为cosq=(gsg-gsl)/ɣlg，而MULTISO TA70和MULTISO 13/70有较低的glg，所以有较小的接触角。当然基于不同的介质表面，这几类产品的铺展润湿性能是有差异的。在实际应用中，可以根据接触角的大小选择合适的表面活性剂应用于清洗剂、漂洗剂等。

图3 不同脂肪醇乙氧基化物在不锈钢表面接触角的数值对比（7EO）

表面活性剂在织物上的润湿我们常用帆布法进行评估，以一定规格的帆布在一定温度下沉入一定深度水溶液中所需的时间表示之。测试了20℃下棉布在1.0和2.5g/L表面活性剂水溶液中的润湿时间。

从图4可看出：7EO产品较9EO产品具有更好的棉布润湿性能，这主要是因为液体在多孔性织物内渗透速度的快慢除了与织物本身的特性外，主要取决于液体的表面张力、对纤维表面的接触角、黏度等物理化学特性，而在碳链长度为C12-16的范围内，同样疏水链条件下，7EO产品的表面张力较9EO产品的表面张力低，粘度低。在同样EO加成数条件下，支链度越大的产品降低表面张力的能力越大，对棉布的润湿渗透性能更好。MARLOSOL TA和WET LF系列产品在水溶液中表现出优异的棉布润湿性能。

图4 不同脂肪醇乙氧基化物润湿性能数值对比

2.5 泡沫性能

工业和公共设施清洗大部分是要求低泡甚至无泡配方，因此需要根据清洗的类型和温度选择合适泡沫的表面活性剂。

一般脂肪醇乙氧基化物的起泡力较低，随着温度的升高和EO数的增加而提高。当超过浊点时，起泡力显著下降。聚氧乙烯链较短的水溶性较差，降低表面张力的能力和产生泡沫都较低，如果乙氧基链太长，则吸附于界面的分子所需表面面积大为增加，因而降低其界面弹性。当乙氧基链增长时，吸附膜分子间的内聚力增加，而范德华力降低。由于乙氧基链在水相中呈螺旋卷曲状，因分子间及分子内部氢键产生的内聚力在乙氧基到达某一长度时有一极大值，此时泡沫达到峰值。测试了50℃下，1.0g/L的脂肪醇乙氧基化物水溶液采用ROSS&MILES泡沫法测出在不同时间段的泡沫体积。

从图5可看出：MULTIAO 13、MARLOSOL TA和WET LF系列产品具有低泡性能，且消泡更快。笔者发现泡沫性与其溶解度相关，在实际应用中可用水浊点作为参考，浊点越高，泡沫相对也越高，浊点越低，则反之。

图5 不同脂肪醇乙氧基化物泡沫数据对比

2.6 耐碱性能

就清洗机理来说，只有在碱性溶液中才有利于污垢的去除，因为碱性使形成的洗涤液有更高的去污活性（降低表面张力、降低临界胶束浓度、增强表面活性）。所以，在一般的水基清洗剂中都要加入提供碱性的成分。从一般经验讲，碱性越强，去污力越高。测试了2%表面活性剂浓度在20℃下能耐的NaOH的最大浓度。

从表2可看出：SAFOL系列的耐碱性能是比较好的，比较适合pH值比较高的基础清洗。从一般经验讲，浊点越高的脂肪醇乙氧基化物耐碱性能是越好的，这主要是因为碱的存在不利于乙氧基化物分子中所含氧乙烯与水相两者间氢键的形成，这种脱水现象会降低乙氧基化物在水中的溶解性和浊点。

表2 不同脂肪醇乙氧基化物耐酸耐碱数值对比

2.7 去污力

去污过程是一个复杂的物理、化学过程，或者说，去污过程是将吸附在基质上的污垢解析下来的过程，主要包括：洗涤液对基质和污垢的润湿过程，洗涤液向基质和污垢界面的渗透过程，洗涤液使油性污垢卷脱、乳化和增溶过程，洗涤液使固体污垢脱落、解析和分散过程，防止乳化、分散后的污垢再沉积，将污垢从洗涤系统中排除过程，从基质上彻底去除洗涤液的过程。

在工业及公共设施洗涤去污中，由于基质、污垢以及二者连接方式的复杂性，对表面活性剂原料的选择和技术要求是非常严格的。

对于纤维织物类软质表面，通过测试2g/L表面活性剂对JB-01碳黑污布和JB-03皮脂污布的洗涤能力，可以对表面活性剂做一个初步的筛选。

从图6可看出：在相同环氧乙烷加成数的情况下，MULTISO 13/XX系列产品的去污力是最好的。这主要是因为其EO加成数较高（≥7mol EO），可以在水中达到很好的亲水亲油平衡，且润湿渗透性能优异，能快速渗透到织物内部将污垢进行好的乳化包裹和清洗，然后分散在水中，进而达到最佳的去污效果。

图6 不同脂肪醇乙氧基化物去污力数值对比

对于硬表面，通过摆洗机测试简单配方水溶液对不锈钢表面的人工油污的除油能力，可以对表面活性剂做一个初步的筛选。因为硬表面清洗大多涉及喷淋清洗，要求低泡，故仅针对低泡脂肪醇乙氧基化物进行测试。

由图7可看出：SAFOL EN90，MARLOSOL TA90和WET LF-9均具有优异的除油效果，非常适合硬表面的清洗。9EO产品较7EO产品具有更好的除油效果，这是因为清洗温度较高，更接近9EO产品的浊点温度，此时非离子表面活性剂的吸附、乳化和增溶均处于最佳状态，故去污效果最佳，且泡沫较低。

表3 测硬表面清洗性能的配方

图7 不同脂肪醇乙氧基化物除油率数值对比

3 结论

带支链结构的脂肪醇醚产品相对于直链产品具有更强的去污力、更低的泡沫、更好的润湿性能和更低的凝固点，非常适合工业和公共设施清洗的应用。总体来说，沙索公司表面活性剂范围比较多，本文只介绍了其中一些，我们也希望和客户一起合作，充分利用沙索醇的优势，来开发一些定制的表面活性剂。根据客户的需求，我们会选择现有的产品或者去设计新的产品。

[1] 章永年, 洪珍玉.工业及公用设施洗涤剂. 北京:中国轻工业出版社,2000.1:3,4

[2] 萧安民, 窄范围脂肪醇乙氧基化物的生产和性质[J].精细石油化工,1993 (4):1-8