餐具洗涤剂的低温浊点影响因素研究
2022-01-01邹宽廖宇
邹 宽 廖 宇
中山榄菊日化实业有限公司，广东中山，528434
餐具洗涤剂作为日常生活清洁用品，除了满足基本的去污、除菌、护肤等功能外，人们对外观的需求越来越高，市售的餐具洗涤产品中，透明瓶洗洁精的占比也逐年提升。影响外观的浊点、色泽等感官指标在餐具洗涤剂国家标准GB/T 9985—2000中虽未作强制要求[1]，但这两项指标与黏度指标在业内已成为共识，是产品开发过程和生产厂家控制性能的重要指标。适宜的黏稠度使洗涤剂在冬天有流动性，夏天不至于太稀，较低的浊点使洗涤剂在低温环境下不易混浊或凝固。
液体餐具洗涤剂配方一般由表面活性剂、增稠剂、螯合剂、防腐剂、香精、去离子水等组成[2]，本实验就常用的三种表面活性剂和无机盐增稠剂、高分子增稠剂对低温浊点的影响进行研究，以探讨餐具洗涤剂降低浊点的一般规律与方法。
1 实验部分
1.1 材料与仪器
直链烷基苯磺酸，工业级，广州立智化工有限公司。乙氧基化烷基硫酸钠（AES），工业级，广州立智化工有限公司。椰油酰胺丙基氧化胺，工业级，广州花语精细化工有限公司。液碱（32%），工业级，江门市广悦电化有限公司。高分子增稠剂（HS-T），肇庆市宏昊生物科技有限公司。NaCl，分析纯，天津市大茂化学试剂厂。去离子水，实验室自制。
NDJ-5S型数字式黏度计，上海衡平仪器仪表厂生产；搅拌器，艾卡IKA RW 20 Digital；电子天平，梅特勒-托利多METTLER TOLEDO PL2002；pH计，上海仪电科学仪器股份有限公司生产。
1.2 正交设计
1）餐具洗涤剂配方中，氧化胺作为增稠剂和稳泡剂，一般在洗涤剂中含量较低，因此将其作为定量，以磺酸含量5%～10%、AES含量5%～15%和NaCl含量0.5%～1%三个影响因素的三个水平进行正交试验，设计9组配方见表1。用磺酸与液碱搅拌反应生成十二烷基苯磺酸钠（LAS），再依次加入AES、氧化胺和NaCl，搅拌均匀。
2）对9组配方样品用低温盐水浴和温度计进行浊点测试，试验结果见图1，正交分析结果见表2。
表2 正交试验结果分析
图1 浊点测试结果
其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为表1中各对应列上1、2、3水平效应的估计值，其计算式是：
表1 正交试验设计
Ⅰi ＝ 第i列上对应水平1（2，3）的数据和。K1为1水平数据的综合平均=Ⅰ/水平1的重复次数。
R为极差，表明因子对结果的影响幅度。
2 结果与讨论
2.1 影响低温浊点的因素
由图1和表2可以看出，餐具洗涤剂配方中各组分的含量直接影响低温浊点的高低，磺酸和NaCl含量越低浊点越低，AES含量越高浊点越低。
在水中加入表面活性剂后，当其浓度达到临界胶束浓度（critical micelle concentration，CMC）时开始形成胶束，胶束型溶液在低温状态由于凝聚而首次呈雾状或混浊时的最高温度，即为溶液的浊点，CMC值越大，浊点越低；CMC值越小，浊点越高。由磺酸、AES等阴离子表面活性剂复配成的洗涤剂，在添加无机盐NaCl之后，溶液中的反离子吸附于胶束中的极性基团上，同电荷的极性基团之间排斥力减小，使得CMC值降低；NaCl的浓度越大，其影响越明显[3]。随着乙氧基化烷基硫酸钠（AES）含量的增加，溶液的CMC值将变大，更不易于形成胶束，因此在设计餐具洗涤剂基础配方时，要降低溶液的浊点，可适当增加AES的用量，减少磺酸和NaCl的用量。
2.2 高分子增稠剂的应用
国标要求手洗餐具洗涤剂总活性物的含量要为15%及以上，满足去污力要求。磺酸由于其优异的洗涤效果和成本优势，在设计低浊点洗涤剂时，配比量不可过低。AES与磺酸相互配伍时，可起到增加去污功能、减少对皮肤刺激、降低配方设计中不利影响的作用，但从配方成本方面考虑的话，配比量不能过高。因此，餐具洗涤剂的低温浊点主要由NaCl含量决定。而无机盐NaCl作为离子型表面活性剂的增稠剂[4]，降低其含量会导致洗涤剂的黏度偏低，对产品的外观质量不利。
要让洗涤剂保持一定的黏度，同时减少配方中的NaCl含量，需要通过引入其他原料来解决黏度对于NaCl含量的依赖。HS-T是一款含聚醚官能团的聚丙烯酸酯，其结构既具有聚醚的表面活性，又具有聚丙烯酸的增稠性能（图2）。HS-T与氢氧化钠反应后形成的聚丙烯酸钠是具有亲水基团的高分子化合物，由于其分子内阴离子基的离子现象使分子链增长，使得洗涤剂表观黏度增大而形成高黏性溶液[5]，从而在减少NaCl含量的情况下保持洗涤剂黏度不降低。
图2 HS-T的原料结构
以总活性物含量为15%、pH为7.0～8.0、黏度为2 500 mPa·s设计餐具洗涤剂配方，同时对比HS-T体系和非HS-T体系的NaCl用量和低温浊点表现，配方设计见表3。用磺酸与液碱搅拌反应生成十二烷基苯磺酸钠（LAS），加入HS-T进行中和反应，再依次加入AES、氧化胺和NaCl，搅拌均匀。各配方低温浊点的测试结果见图3。
图3 浊点测试结果
表3 增稠剂配方设计及其空白对照
由图3可以看出，添加了增稠剂HS-T的洗涤剂产品，其浊点均低于未添加HS-T的空白对照组，说明在配方中加入一定比例的增稠剂HS-T，可以用更低含量的NaCl使产品黏度达到预设的要求，从而实现降低洗涤剂低温浊点的效果。
3 结论
以磺酸、AES为表面活性剂，辅以氧化胺和无机盐助剂的餐具洗涤剂体系，提高AES用量，降低磺酸和NaCl用量，均可以使产品的低温浊点更低。通过在产品中使用高分子增稠剂HS-T，可以在保持洗涤剂黏度不降低的情况下减少NaCl用量，以改良产品的低温浊点。
