非离子表面活性剂在绿色液体洗涤剂中的应用研究

2023-10-10李双奇刘明辉董浩婷焦玉铎

辽宁科技学院学报 2023年4期

刘悦,李双奇,刘明辉,董浩婷,焦玉铎

(辽宁科技学院生物医药与化学工程学院,辽宁本溪 117004)

洗涤剂是按照一定配方制备的日用精细化工产品之一,随着表面活性剂工业的迅速发展和人们对生活安全性能要求的不断提高,液体餐具洗涤剂的配方研究亟待向产品的高效、安全、节能及绿色等方向发展[1-2]。国外对液体餐具洗涤剂中表面活性剂复配性能的基础性研究、配方组分协调作用、产品多效功能等方面已经比较深入,推动了液体洗涤剂配方技术的改进与创新,美国和欧洲液体餐具洗涤剂的发展水平要高于日本。我国受工业生产水平和消费水平等因素的限制,在液体餐具洗涤剂复配技术的配方研究上起步较晚,目前应充分发挥自身资源和消费优势,借鉴并参考先进的研究经验和成果,提高液体餐具洗涤剂的配方复配技术和产品性能质量[3-4]。

本研究通过对具有高效洗涤性能、生态性能良好的非离子表面活性剂烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚与阴离子表面活性剂脂肪酸甲酯磺酸钠进行复配,配方添加助洗剂柠檬酸钠、螯合剂乙二胺四乙酸二钠作代磷试剂,促进分散污垢粒子,提高产品去污及环保性能,添加无机助剂碳酸钠,皂化脂肪污垢有利于去污,同时加入防止污垢再沉积的聚乙烯吡咯烷酮、含氧漂白剂过碳酸钠、酶等助洗剂,研究它们的配伍及协同效应,推进非离子表面活性剂在液体洗涤剂领域的广泛应用,为开发适合我国国情的液体洗涤剂配方提供研究基础[5]。

1 复配协同原理

表面活性剂是一类具有双亲性结构的化合物,它是洗涤剂中的主要活性组分,其在较低浓度下就能显著降低洗涤液表面张力改变体系的界面状态,是去除污垢的主要因素,洗涤剂中常用的表面活性剂主要有阴离子、非离子和两性离子表面活性剂。不同的表面活性剂配合应用,能够弥补各自欠缺的能力,从而使其综合性能得到显著提高,实现表面活性剂的协同效应。

非离子表面活性剂的类别主要有聚氧乙烯型、多元醇型、嵌段聚醚型和酰胺型等,在分子结构中通过醚键与羟基结合形成氢键而亲水,其亲水性较弱,一般采用加成多个基团来提高非离子表面活性剂亲水性能。非离子表面活性剂因其去污效果好、稳定性好、兼容性高,在液体洗涤剂中的应用日渐增加,成为现阶段洗涤剂研究的热点[6]。

烷基糖苷(APG)是世界级的新一代绿色非离子表面活性剂,工业应用发展前景十分广泛。其是由葡萄糖与天然可再生资源天然脂肪醇经过缩醛脱水制成,含有单苷、二苷、三苷和多苷。APG在液体洗涤剂中具有很多优异性能,表面张力低,活性高,生物降解好,不污染环境,有良好的皮肤相容性和复配性能,在提高产品洗涤效能的同时,减少了洗涤剂中表面活性剂的总含量,降低了成本,能够提高产品市场竞争力。研究表明,APG在液体洗涤剂中C12～C14范围内洗涤效果最佳,并可以用于配制浓缩型液体洗涤剂[7]。

脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO9)是典型的非离子表面活性剂,它具有良好的去污性、渗透性、乳化性、抗硬水能力和生物降解性,其能与任何类型的表面活性剂复配。

将APG、AEO9加到MES溶液后,显著增加了体系降低表面张力的能力,溶液的表面活性得到有效提高。该复配体系性能提高的原因是非离子表面活性剂与离子型表面活性剂混合后,APG、AEO9减弱了阴离子型表面活性剂MES “离子头”基间的电性斥力作用,使在洗涤剂气、液界面上表面活性剂的单分子膜更加紧凑,且两种表面活性剂分子中的憎水基都具有疏水作用,在洗涤剂溶液中比较容易形成混合胶团,从而引起混合后溶液的临界胶束浓度值降低[8]。

非离子表面活性剂复配增效性能优良,不易受pH、强电解质影响。文章选用具有良好协同作用的非-阴离子表面活性剂(AEO/APG/ MES)进行复配,有效地改善制品洗涤性能,增强胶束,与吸附层中分子之间的相互作用,使胶束更加容易形成,表现出良好的复配协同效应,选用可再生原料替代石油基表面活性剂,更符合绿色和环保的发展理念。

2 实验部分

2.1 主要试剂与仪器

烷基糖苷(APG),脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO9),脂肪酸甲酯磺酸钠(MES),乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)柠檬酸钠,聚乙烯吡咯烷酮,过碳酸钠、阿拉伯胶等。

N2型可见分光光度计(上海精密科学仪器有限公司),DP-AW型表面张力仪(北京同德创业科技有限公司),NDJ-9S旋转粘度计(上海平轩科学仪器有限公司)等。

2.2 实验方法

2.2.1 洗涤剂的配置

翻译实践过程中，经指原文本应有之意，是译者对原文应有之意的尊重与持守；权指译者在尊重原文意义基础上，根据交际目的对其所作的必要阐释与权变。这种解释源于对文章的自我理解，服务于最终意图，对篇章进行由表及里的深度分析，阐释原文言外之意；在微观层次，它影响乃至决定了译者如何选择分析视角、选择何种翻译策略等方面。

烧杯中量取25 mL去离子水加热到50 ℃,按照配方复配比例依次加入APG、AEO9、MES,置于磁力搅拌器上不断搅拌直到全部溶解;适当降温并加入EDTA-2Na充分溶解,混匀后依次加入4.3 g柠檬酸钠、0.7 g过碳酸钠、1.5 g聚乙烯吡咯烷酮、0.8 g阿拉伯胶等试剂并搅拌均匀;35 ℃时加入适量的酶、苯甲酸钠、香精,进行搅拌使其完全溶解;最后按配方用量加入剩余去离子水,继续搅拌使溶液充分混合均匀。

2.2.2 液体洗涤剂去污率测定方法

去污率测定实验依据国家标准GB9985-2000执行,以表面皿模拟餐具,在相同实验条件下,以一定时间去除污垢的百分比作为衡量去污效率标准。将清洗、干燥、冷却后的表面皿晾干后称量其质量M1;涂覆一定质量的污垢室温放置8小时称重M2;配制一定浓度的餐具洗涤剂溶液,20 ℃条件下进行洗涤;将清洗后表面皿置于60 ℃恒温干燥箱里干燥数小时,取出冷却后称重M3[9]。去污率计算见公式(1)。

(1)

2.2.3 表面活性剂表面张力测定方法

采用鼓泡实验法测定表面活性剂的表面张力。首先测定表面张力仪的仪器常数,向滴定瓶中注入清水,使得毛细管口正好与液面成切线,系统采零,关闭泄压开关;打开滴液瓶的滴水开关,缓慢放水,调节流量,压力计读数由小变大,气泡由毛细管底部均匀而稳定地排出,读取数值;通过室温下水的表面张力数值,计算仪器常数K。然后在相同的实验条件下,分别测定单一表面活性剂APG、AEO9、MES及复配体系洗涤剂溶液的最大压差,平行测定3次。将测定得到的数据带入公式(2),计算可得到目标溶液表面张力值。

σ=KΔh最大

(2)

2.2.4 液体洗涤剂黏度测定方法

黏度测定实验是在一定温度条件下,选用旋转黏度计2号转子、12 r/min的转速下进行测定。将调配好的洗涤剂溶液放至250 mL烧杯中,缓慢调节仪器升降旋钮,使转子浸入液面下,并使其凹槽中部与液面相平,设置转速自动后进行实验测定。

2.2.5 液体洗涤剂甲醛含量测定方法

以GB9985-2000为依据应用可见分光光度计,对洗涤剂中甲醛含量的安全性能进行测定,检测目标洗涤剂中甲醛含量是否符合国家标准。配置乙酰丙酮、甲醛等试剂,分别移取 0.10 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、5.00 mL、10.00 mL、15.00 mL、20.00 mL、25.00 mL系列甲醛工作溶液至容量瓶中,并加入异丙醇,用可见分光光度计测定波长在410 nm处的吸光度;在相同实验条件下测定一定浓度目标液体洗涤剂的吸光度[10]。通过标准曲线获得洗涤剂中甲醛含量。

3 结果与讨论

3.1 液体洗涤剂去污性能测定

洗涤剂配方设计,去污性能是主要评价标准,表面活性剂作为洗涤剂的必要活性组分,对产品的洗涤能力起主要作用。通过正交试验来考察非离子表面活性剂APG、AEO9与阴离子表面活性剂MES复配时,不同配比量对去污性能的影响,依据去污率高效原则确定最佳配方比例。

试验因素与水平如下:

A. AEO9:A1=3.2%,A2=3.5%,A3=3.8%

B. MES:B1=4.0%, B2=4.3%,B3=4.6%

C. APG:C1=1.0%, C2=1.2%,C3=1.4%

选用表L9(34)进行正交试验设计,试验数据见表1。

表1 液体洗涤剂去污率正交试验表

通过试验数据分析可知,以最大去污率为原则,以水平条件A3B2C3作为最优复配比例。其中极差R1>R3>R2,说明非离子表面活性剂AEO9这一因素对液体洗涤剂去污率的影响最为显著,烷基糖苷次之。

3.2 表面活性剂表面张力实验测定

对APG、AEO9、MES单一表面活性剂及复配体系洗涤剂溶液分别进行表面张力测定,实验数据如图1所示。

图1 单一及复配表面活性剂表面张力

由实验数据可以得出,表面活性剂按照优选复配比例形成液体洗涤剂的表面张力0.034 9 N/m小于AEO9、MES和APG这三种单一表面活性剂的表面张力0.041 62 N/m、0.046 54 N/m和0.039 52 N/m,说明非离子表面活性剂能有效降低洗涤剂复配体系表面张力,提高产品活性,对复配体系有良好的协同效应而非对抗作用,对液体洗涤剂的去污功能有显著的增效作用。