脂肪酸在洗衣液中的应用性能研究

陈海兰 刘心建 李梦雪

（山西焦煤运城盐化集团有限责任公司，山西运城，044000）

脂肪酸有天然脂肪酸和合成脂肪酸两种，天然脂肪酸主要由动植物油脂制备，合成脂肪酸则主要是以石油产品为原料经化学合成而得。脂肪酸作为三大油脂（脂肪醇、脂肪酸和脂肪胺）化学中间体之一，广泛应用于表面活性剂、油漆、增塑剂、纺织、食品、金属加工等领域[1]。在洗涤剂配方中应用脂肪酸（皂），可以起到去污、抑泡、柔软织物、调节液体流变性的作用，而且迎合当今社会的绿色发展理念。近些年，脂肪酸在洗涤剂中的应用已被广为研究[2-3]。本文对碳链长度在12～18的天然脂肪酸在洗衣液中的应用性能进行研究，期待能给同行提供技术参考。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

脂肪酸：月桂酸（十二酸，纯度99%）、豆蔻酸（十四酸，纯度99%）、棕榈酸（十六酸，纯度99%）、硬脂酸（十八酸，纯度99%）、油酸（十八烯酸，纯度85%）均为工业品。

中和剂：氢氧化钠（纯度96%）、氢氧化钾（纯度85%）、三乙醇胺（纯度99%）均为化学试剂。

磺酸（纯度96%）、AES（纯度70%）、AEO-9，EDTA螯合剂、卡松防腐剂、香精等原料均为工业品。

标准洗衣液、标准污布（JB-01炭黑污布、JB-02蛋白污布、JB-03皮脂污布），购自全国表面活性剂洗涤用品标准化中心。

A型电热鼓风干燥箱，北京市永光明医疗仪器有限公司；BCD-518WEC冰箱，合肥美菱股份有限公司；NDJ-79旋转黏度计，上海昌吉地质仪器有限公司；WSD-3U荧光白度仪，北京康光光学仪器有限公司；RHLR-Ⅲ型立式去污测定机，中国日用化学工业研究院。

1.2 样品制备

取容器，加入去离子水，搅拌情况下加入EDTA、中和剂。加入磺酸、脂肪酸充分反应，加入AES和AEO9，升温至40～45℃。待各原料完全溶解后加入其他组分，搅拌均匀，洗衣液样品制备完成。各原料配比见表1。

表1 实验配方

1.3 性能检测

1.3.1 稳定性能的测定

参照QB/T 1224—2012《衣料用液体洗涤剂》进行测定。

1.3.2 黏度性能的测定

参照GB/T 15357—2014《表面活性剂和洗涤剂旋转黏度计测定液体产品的黏度和流动性质》进行测定。

1.3.3 去污性能的测定

参照GB/T 13174—2021《衣料用洗涤剂去污力及循环洗涤性能的测定》进行测定。

1.3.4 泡沫性能的测定

将洗衣液样品用150 ppm硬水配制成浓度为2.5‰的水溶液，取容积为100 ml具塞量筒，量取40 ml，双手互换各上下颠倒10次，静置观察，读取泡沫高度，记录数据变化。

2 结果与讨论

2.1 稳定性能

参照QB/T 1224—2012规定，先后在(40±2)℃和(-5±2)℃条件下测试洗衣液样品的耐热、耐寒稳定性，不同中和剂、脂肪酸洗衣液测试结果见表2、表3。

表2 、表3的稳定性测试结果显示：(40±2)℃下保持24 h，恢复室温，无论氢氧化钠、氢氧化钾还是三乙醇胺做中和剂，添加各脂肪酸的洗衣液样品与实验前均无明显变化；(-5±2)℃下保持24 h，恢复室温，采用三种中和剂的月桂酸和油酸洗衣液样品与实验前无明显变化，添加豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸的洗衣液样品均有不同程度的白色固体物析出。说明在配方添加量相当的情况下，月桂酸和油酸较豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸与洗衣液各组分的配伍性好，短碳链长度和不饱和键有助于提高脂肪酸在洗衣液中应用的低温稳定性；实验条件下，同一脂肪酸不同中和剂对其在洗衣液中应用稳定性的影响没有显著差异。

表2 添加不同中和剂、脂肪酸洗衣液的耐热稳定性

表3 添加不同中和剂、脂肪酸洗衣液的耐寒稳定性

2.2 黏度性能

添加不同中和剂、脂肪酸洗衣液黏度的测定结果见表4。

由表4添加月桂酸、豆蔻酸和油酸洗衣液黏度的测定结果可以看出，脂肪酸碳链长度越长，洗衣液黏度越高。究其原理，脂肪酸具有极性，能插入表面活性剂胶团，促进胶团形成，同时与表面活性剂分子相互作用在表面定向紧密排列，改变了表面活性剂胶束性质，碳链越长影响越大，增稠越明显[4]。另外，从表4还可以看出，同一种脂肪酸，氢氧化钾做中和剂的洗衣液黏度值比氢氧化钠大，三乙醇胺最小。分析此现象，作为脂肪酸皂的反离子，可能是因为K+原子半径大于Na+，脂肪酸钾较脂肪酸钠更容易生成棒状或六角形胶束的缘故。三乙醇胺具有溶剂的特点，能增加表面活性剂在水中的溶解度，使其不易形成胶束，因此利用三乙醇胺做中和剂的样品黏度往往不高。

表4 添加不同中和剂、脂肪酸洗衣液黏度的测定结果（25℃，mPa·s）

2.3 去污性能

添加不同中和剂、脂肪酸洗衣液去污性能的测试结果见图1、图2和图3。

图1 添加不同中和剂和脂肪酸洗衣液对炭黑污布的去污性能

值比污去1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0氢氧化钠 氢氧化钾 三乙醇胺月桂酸豆蔻酸棕榈酸硬脂酸油酸

图2 添加不同中和剂和脂肪酸洗衣液对蛋白污布的去污性能

图3 添加不同中和剂和脂肪酸洗衣液对皮脂污布的去污性能

根据图1，总体上看，同一中和剂、不同脂肪酸对炭黑污布的去污性能差别不大；同一脂肪酸，氢氧化钾较氢氧化钠和三乙醇胺做中和剂的去污性能稍优。从图2、图3可以看出，同一脂肪酸，不同中和剂对蛋白污布和皮脂污布的去污性能差别不十分明显；同一中和剂，对两种污布的去污性能随脂肪酸碳链长度增加成上升趋势。

2.4 泡沫性能

添加不同中和剂、脂肪酸洗衣液泡沫性能的测试结果见图4、图5。

根据图4、图5，计算不同中和剂和脂肪酸洗衣液5 min与即时泡沫的降幅（mm），结果见表5。

图4 添加不同中和剂和脂肪酸洗衣液的即时泡沫

图5 添加不同中和剂和脂肪酸洗衣液的5 min泡沫

由图4可以看出，无论氢氧化钠、氢氧化钾还是三乙醇胺做中和剂，随着脂肪酸碳链长度增加，洗衣液的即时泡沫成上升趋势，唯独硬脂酸可能是因其水溶性差的缘故而出现下降。结合图5，从表5可以看出，对于饱和脂肪酸，无论氢氧化钠、氢氧化钾还是三乙醇胺做中和剂，5min后泡沫的降幅都不十分明显而且彼此间的差异也不是很大，油酸尤其以氢氧化钾做中和剂的消泡效果显著。

表5 不同中和剂、脂肪酸洗衣液的消泡效果 单位：mm

3 结论

（1）在配方添加量相当的情况下，月桂酸和油酸较豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸与洗衣液各组分的配伍性好，短碳链长度和不饱和键有助于提高脂肪酸在洗衣液中应用的低温稳定性。在配方添加量2%～3%条件下，不同中和剂对脂肪酸在洗衣液中应用的稳定性影响没有显著差异。

（2）相同中和剂，脂肪酸碳链长度越长，洗衣液黏度越大。同一种脂肪酸，采用氢氧化钾中和的洗衣液黏度比氢氧化钠大，三乙醇胺最小。

（3）相同中和剂，不同脂肪酸对炭黑污布的去污性能差别不大；同一种脂肪酸，氢氧化钾较氢氧化钠和三乙醇胺做中和剂的去污性能稍优。相同脂肪酸，不同中和剂对蛋白污布和皮脂污布的去污性能差别不十分明显；同一种中和剂，对两种污布的去污性能随脂肪酸碳链长度增加而提高。

（4）无论氢氧化钠、氢氧化钾还是三乙醇胺做中和剂，随着脂肪酸碳链长度增加，洗衣液的即时泡沫上升，硬脂酸下降。对于饱和脂肪酸，无论氢氧化钠、氢氧化钾还是三乙醇胺做中和剂，5 min后泡沫降幅都不明显而且彼此间的差异不大，油酸尤其以氢氧化钾做中和剂的消泡效果突出。