混合盐在洗衣粉中的应用研究

2024-04-25李彩霞

中国洗涤用品工业 2024年4期

李彩霞

南风化工（运城）集团有限公司技术中心，山西运城，044000

混合盐是指两种或两种以上的盐类物质的混合物，主要成分是氯化钠和硫酸钠，部分还含有一定量的有机物。混合盐可以代替洗衣粉中的元明粉使用，专利CN111422885A[1]就报道了一种基于焦炉烟气脱硫灰的混合盐的制备方法和应用，制备的混合盐应用于洗衣粉中，从去污方面与正常添加硫酸钠和碳酸钠的洗衣粉进行比较，效果基本一致。

本文所用混合盐为矿井副产的氯化钠和硫酸钠的混合物，在洗衣粉类产品中代替元明粉。混合盐的使用不仅能实现废物再利用，而且在一定程度上降低洗衣粉的成本，切实降低对环境的污染，符合国家清洁生产和节能减排的战略方针，促进日化产品良性、可持续发展。但由于混合盐中含大量的氯离子，氯离子浓度超过一定值会对洗衣粉生产过程中的金属设备和管道造成腐蚀[2]，也有可能在使用过程中对消费者的洗衣机滚筒造成腐蚀，因此需要制定切实可行的方案模拟不同浓度的混合盐对生产过程中的金属设备和管道的影响以及使用过程中对消费者的洗衣机滚筒的影响。除此之外，部分混合盐会混有一些大分子的有机物，在洗衣粉生产中会造成料浆黏度过大，增大洗衣粉料浆的流动性，不易输送，影响正常生产。因此，作者对不同加量梯度的混合盐对洗衣粉料浆及不同材质的金属设备、管道的洗衣机造成的影响进行研究，从而确定混合盐的最佳加量和加入工艺条件。

1 实验部分

1.1 主要材料和设备

混合盐，自产；砂纸，240号；S型钩；丙酮（99.5%），分析纯，润景化工；实验室配制洗衣粉基本原料，均为工业级。

Z30一级铸铁（GB 718），50 mm×25 mm×（3～6）mm；1Gr18Ni9Ti不锈钢（GB 3280），50 mm×25 mm ×（3～6）mm；45号碳钢（GB 710），50 mm×25 mm ×（3～6）mm；LY12-BC2硬铝（GB 3880），50 mm×25 mm×（3～6）mm，均购自中国日用化学工业研究院。

YC-015实验型喷雾干燥机，上海雅程仪器设备有限公司；RHLQ Ⅲ型立式去污测定机，中国日用化学化工研究院；101-2A电热鼓风干燥箱，北京市永光明医疗仪器有限公司。

1.2 洗衣粉生产设备和洗衣机滚筒及管道材质

1.2.1 洗衣粉生产设备材质

洗衣粉生产设备材质见表1。

表1 洗衣粉生产设备材质

1.2.2 洗衣机滚筒及管道材质

洗衣机滚筒及管道材质见表2。

表2 洗衣机滚筒及管道材质

1.3 腐蚀性测试方法

1.3.1 试片的打磨和清洗

参照QB/T 2117—1995《通过水基金属净洗剂》试片的打磨和清洗方法，用240号砂纸将金属片表面锈打磨干净，打磨方向平行于试片的长边。打磨好的试片吊挂在S型钩上，浸入无水乙醇中，用镊子夹脱脂棉进行擦拭，直到擦掉表面所有杂质，把试片移至丙酮中进行漂洗，用热风吹干，把干净试片连S型钩吊挂在试片架上备用。

1.3.2 全浸试验

将洗衣粉料浆和一定浓度的洗衣粉溶液放在烧杯里，将选定的干净金属片全部浸入洗衣粉料浆和洗衣粉溶液中，用保鲜膜封住，于80～90 ℃的烘箱中放置1周，定期观察金属片的腐蚀情况。

1.3.3 半浸试验

将洗衣粉料浆和一定浓度的洗衣粉溶液放在烧杯里，将选定的干净金属片连S型钩吊挂在试片架上，部分浸入洗衣粉料浆和洗衣粉溶液中，试片的上方离料浆和溶液上表面2 cm，用保鲜膜封住，于80～90 ℃的烘箱中放置1周，定期观察金属片的腐蚀情况。

1.3.4 试验用洗衣粉料浆和洗衣粉溶液的配制

试验用洗衣粉料浆：按配方加量加入液碱和磺酸，中和后加入泡花碱、沸石、元明粉和混合盐，搅拌均匀即可。

试验用洗衣粉溶液：按配方配制好的洗衣粉料浆通过实验室小型喷雾干燥塔喷成粉末，再依次加入后配原料，搅拌均匀即为洗衣粉。将洗衣粉分别配成2%的洗衣粉溶液，备用。

1.3.5 腐蚀试验后的试片表面评价定级

钢和铸铁：0级—表面无锈，无明显变化；1级—表面无锈，轻微变色或失光；2级—表面轻锈或不均匀变色；3级—表面大面积锈蚀。

铝：0级—表面无明显变化；1级—表面轻微变色或失光；2级—表面不均匀变色、失光，局部有斑点；3级—表面严重变色或腐蚀。

1.4 评价方法

（1）产品外观、pH值等理化指标和去污性等性能指标依据洗衣粉GB/T 13171.2—2022《洗衣粉第2部分：试验方法》的方法。

（2）产品泡沫力测试按照GB/T 13173-2021《表面活性剂洗涤剂试验方法》的方法。

（3）金属腐蚀性判断参考QB/T 2117—1995《通用水基金属净洗剂》的方法。

2 结果与讨论

2.1 混合盐成分剖析

抽取6批混合盐进行检测和应用研究，第1批次为装置首次开车时取样，其余5批次为装置正常运行后随机取样，成分组成见表3。由表3可以看出，每批次混合盐的硫酸钠和氯化钠含量各自不同，第1批次混合盐800 ℃灼烧失量较高，为1.32%。依据混合盐中的两种盐Na2SO4和NaCl的性能（高温不分解），认为800 ℃灼烧失量即为有机物含量。装置首次开车会带进去有机物，这进一步证实了第1批混合盐中有机物高的原因。

表3 6批次混合盐成分剖析结果

2.2 混合盐对洗衣粉料浆黏度和粉体白度的影响

选取白度不同批次混合盐（第1批、第2批和第4批），测试洗衣粉的粉体白度，同时测试洗衣粉配制过程的料浆黏度（表4）。第1批混合盐加入后在搅拌过程中发现洗衣粉料浆流动性较小，且混合盐沉于容器底部，不易搅拌，预示着生产过程料浆输送难度较大。第2批和第4批混合盐在配料过程中发现对料浆流动性没有影响，洗衣粉生产不存在输送难度。三批混合盐在洗衣粉中应用对产品的白度没有影响。

表4 混合盐对洗衣粉料浆黏度和粉体白度的影响测试结果

依据2.1混合盐的成分分析可知第1批、第2批以及第4批混合盐在成分上最大的区别为第1批有机物含量较高。判断第1批混合盐在应用过程中出现料浆流动性差的原因为有机物含量过高。

2.3 混合盐对生产设备和洗衣机材质的影响

混合盐的主要成分是氯化钠，氯离子基于其半径小、穿透能力强的特点，可优先选择吸附在钝化膜上，把氧原子排挤掉，然后和钝化膜中的阳离子结合成可溶性氯化物，在新露出的基底金属的特定点上生成小蚀坑，进而造成对设备的腐蚀[3]。混合盐应用于洗衣粉生产料浆对不同材质的设备、管道和洗衣粉使用中对洗衣机金属内筒和管道的影响进行研究，确定混合盐的适宜加量和加入工艺条件。由于对金属产生腐蚀的主要是氯离子，选择正常工况下生产的氯离子含量区别大的两批（第4批和第6批）进行腐蚀性测试（表5）。

表5 第4批和第6批混合盐对生产设备和洗衣机材质的影响评估加量表

2.3.1 料浆对生产设备的腐蚀影响

在洗衣粉生产过程中可能产生腐蚀的部位为配料罐和输送管道，而生产厂的配料罐和输送管道的材质为不锈钢和碳钢，为此选择45#碳钢、不锈钢、铸铁试片进行测试。用不同加量的混合盐配制而成的洗衣粉料浆进行全浸和半浸试验，将容器放入电热鼓风恒温干燥箱，模拟配料锅的温度，在80～90 ℃放置1周，观察试片腐蚀情况。

图1为第4批混合盐测试结果，第6批混合盐所测结果与第4批基本一致。

图1 金属片在料浆中半浸泡实验结果

（1）半浸泡实验：从图1可看出，1#料浆和4#料浆对45#碳钢试片均有腐蚀作用，料浆上方的部分大面积锈蚀，达到3级腐蚀标准；对1Gr18Ni9Ti不锈钢试片，无论是露在空气中的部分还是浸入料浆的部分均没有腐蚀作用，符合0级腐蚀标准表面无锈、无明显变化的特点；对Z30一级铸铁试片，不论露在空气中的部分还是浸入料浆的部分均发生了腐蚀作用，露在空气中的部分大面积腐蚀，符合3级腐蚀标准，浸入料浆的部分不均匀变色，符合2级腐蚀标准。

（2）全浸泡实验：从图2可以看出，1#、2#、3#和4#对45#碳钢试片、1Gr18Ni9Ti不锈钢试片均没有腐蚀作用，符合0级腐蚀标准表面无锈，无明显变化的特点；对Z30一级铸铁试片均有腐蚀作用，1#、2#和3#料浆浸泡的铸铁试片不均匀变色，符合2级腐蚀标准，4#料浆浸泡的铸铁试片大面积腐蚀，符合3级腐蚀标准。

图2 金属片在料浆中全浸泡实验结果

2.3.2 洗衣粉溶液对洗衣机的腐蚀影响

将1#、2#、3#和4#料浆通过小型喷雾干燥塔喷成基粉，再加上后配物料，搅拌均匀得洗衣粉成品，将4个洗衣粉样品分别制成2%含量的溶液进行1Gr18Ni9Ti不锈钢试片和LY12-BC2硬铝试片的腐蚀性测试。从图3可看出，1Gr18Ni9Ti不锈钢试片和LY12-BC2硬铝试片在1#、2#、3#和4#洗衣粉溶液中于80～90 ℃温度下，浸泡1周后颜色和光泽与浸泡前相比均无变化，符合0级腐蚀标准表面无锈，无明显变化的特点，说明采用混合盐的洗衣粉在洗涤过程中对洗衣机的金属部件没有影响。

图3 金属片在洗衣粉溶液中全浸泡图

2.4 对去污的影响

日常研究未发现不同含量的Na2SO4、NaCl对去污有显著影响，对去污最可能有影响的是有机物，因此选择有机物含量不同的两批（第1批和第2批）进行去污检测。在国内，含磷洗衣粉已经被禁止使用，但在外贸洗衣粉中仍然存在一定量的含磷洗衣粉。为了进行更加全面的应用研究，在含磷洗衣粉中也进行了相应的测试。

第1批混合盐和第2批混合盐不同加量生产的含磷洗衣粉和无磷洗衣粉，按GB/T 13174—2021《衣料用洗涤剂去污力及循环洗涤性能的测定》进行去污测试。

2.4.1 第1批次混合盐对洗衣粉性能的影响测试

（1）无磷洗衣粉：从表6可看出，混合盐的加入降低了皮脂污布的去污力，加入量越高，降低的趋势越明显。混合盐替代量超过50%对去污造成明显影响，因此第1批混合盐代替量不宜超过50%。

表6 第1批混合盐在无磷洗衣粉中应用去污结果

由于第1批混合盐中有机物含量在1.3%左右，其余批次混合盐在0.3%左右，根据第1批混合盐替代比例推算混合盐中有机物含量不超过0.65%即可在无磷洗衣粉中全部代替而不影响去污。

（2）含磷洗衣粉：从表7可知，第1批样品应用在含磷洗衣粉中进行测试，测试结果表明混合盐的加入对含磷洗衣粉没有影响。

表7 第1批混合盐在含磷洗衣粉中应用去污结果表

2.4.2 第2批次混合盐对洗衣粉性能的影响测试

从表8可知，第2批混合盐分别应用于含磷洗衣粉和无磷洗衣粉中进行去污测试，混合盐全部替代配方中元明粉对去污没有明显影响。

表8 第2批混合盐在含磷和无磷洗衣粉中应用的去污结果

对第1批次混合盐和第2批次混合盐进行成分比较，第1批次混合盐中有机物含量在1.3%左右，对无磷粉去污的影响主要是有机物引起，而这种影响在含磷粉中由于三聚磷酸钠强大的螯合和分散作用得以抵消；第2批次的混合盐有机物含量均在0.3%左右，在含磷粉和无磷粉中对去污均无影响。

2.5 对泡沫的影响

选取刚开车时取样的第1批和最能代表正常运行工况的第2批和第3批混合盐以不同加入量代替洗衣粉中的元明粉来配制无磷洗衣粉，进行泡沫影响测试。测试条件：浓度0.25%；温度40 ℃。

从表9可看出，第1批混合盐有机物较高，对泡沫有一定程度的降低作用，混合盐代替量超过50%泡沫下降明显。由于第1批混合盐中有机物含量在1.3%左右，根据第1批混合盐替代比例推算混合盐中有机物含量不超过0.65%即可在无磷洗衣粉中全部代替而不影响泡沫；第2批混合盐和第3批混合盐对泡沫均无影响；第2批和第3批的数据正好验证了第1批的结论。