配方簡(jiǎn)單的高效稠油垢微堿性水基清洗劑的研制

劉璠，康娟，陳鑫銅，呂振強(qiáng)，朱夢(mèng)媛，曹景順，涂天翼，古蒙蒙，蔡衛(wèi)權(quán)，2

（1武漢理工大學(xué)化學(xué)化工與生命科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430070; 2武漢理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070）

大量餐飲店、廚房和路面表面遺留的油污，尤其是稠油垢，不及時(shí)清理會(huì)影響美觀，也給周邊環(huán)境造成了很大的負(fù)面影響，甚至?xí)绊懗鞘行蜗?；路面上的稠油垢?huì)影響行人和車輛的通行，尤其在雨天等特殊天氣下還會(huì)造成安全隱患。稠油垢的成分非常復(fù)雜，主要由食物烹飪過(guò)程中形成的油煙、油性聚合物、食物碎渣、塵埃和其他沉積物構(gòu)成，聚合油脂將各種污垢交織在一起，通常情況下既難溶解，又難以乳化，只有合理復(fù)配表面活性劑和其他助劑，增強(qiáng)對(duì)污垢的滲透性、乳化性和分散性，才有可能有效解決其清洗去除問(wèn)題[1-2]。近些年來(lái)，針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)合的各種油垢清洗劑相繼開發(fā)使用，但由于表面活性劑的選擇和配方結(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)致清洗劑的配方過(guò)于復(fù)雜，或安全性和環(huán)境友好性不佳，或?qū)Τ碛凸傅那逑葱Чy以讓人滿意。例如，所采用的高堿或高pH 值配方、強(qiáng)酸、含磷物質(zhì)和有機(jī)溶劑等容易對(duì)環(huán)境造成污染，因而，原料廉價(jià)、配方和制備方法簡(jiǎn)單、去污效果顯著并且使用安全的綠色高效水基清洗劑的開發(fā)是一項(xiàng)十分重要而又緊迫的工作[2-4]。

在前期研究中，本文作者課題組曾制備了pH≈9左右的堿性高效路面油污半水基清洗劑，該配方組成復(fù)雜，包括脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、直鏈烷基苯磺酸鈉、烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚、桔子油、三乙醇胺、檸檬酸三鈉和自來(lái)水共7 種組分，其中，桔子油為有機(jī)助溶劑，三乙醇胺為有機(jī)堿[5]；也曾制備了pH≈8.3 左右的堿性水基清洗劑，該配方組成仍較復(fù)雜，包括陰離子型表面活性劑F、烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、檸檬酸鈉、三乙醇胺和自來(lái)水共7 種組分，仍使用了有機(jī)堿三乙醇胺[6]。本文基于從源頭上預(yù)防污染的綠色化學(xué)基本理念[7]，試圖迎合清洗技術(shù)向綠色、環(huán)保、功能型、傻瓜型和精細(xì)化方向發(fā)展的大趨 勢(shì)[8-9]，進(jìn)一步利用廉價(jià)的工業(yè)原料制備了不添加任何酸堿、不使用任何有機(jī)溶劑、配方簡(jiǎn)化并且對(duì)植物油垢去除快速、清洗效果顯著的微堿性水基清洗劑，該清洗劑僅含有5 種組分，較現(xiàn)有清洗劑配方組成大大簡(jiǎn)化。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

烷基糖苷（APG），工業(yè)級(jí)，碳鏈長(zhǎng)度8～10，宜興市金蘭化工有限公司；壬基酚聚氧乙烯醚（TX-10），工業(yè)級(jí)，邢臺(tái)藍(lán)星助劑廠；脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9），工業(yè)級(jí)，邢臺(tái)藍(lán)星助劑廠；椰子油脂肪酸二乙醇酰胺（6501），工業(yè)級(jí)，武漢市三仁科技有限公司；自來(lái)水；市售金龍魚大豆油。

85-2A 型恒溫磁力攪拌器，常州博遠(yuǎn)實(shí)驗(yàn)分析儀器廠；THZ-C 型臺(tái)式恒溫振蕩箱，太倉(cāng)市華美生化儀器廠；HHS-12 型電熱恒溫水浴鍋，水溫波動(dòng)±1℃，上海東星建材試驗(yàn)設(shè)備有限公司；AL104 型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；DHG90A 系列普通干燥箱，上海索普儀器有限 公司。

1.2 清洗劑的制備

將兩個(gè)反應(yīng)釜分別標(biāo)記為A 和B。首先將一定量的APG 和自來(lái)水加入到A 中，50℃下化勻。然后將所需AEO-9、6501 和TX-10 加入到B 釜中攪拌，化勻后與A 釜中的溶液在攪拌下混合，直至形成透明的溶液。

1.3 清洗實(shí)驗(yàn)

首先將洗凈的試片于120℃下干燥30min 后，放置到干燥器中冷卻30min 后稱重，記為m0。用毛片刷在試片規(guī)定部位涂敷市售金龍魚大豆油0.24g±0.02g，并轉(zhuǎn)移至干燥的培養(yǎng)皿中，依次在200℃下干燥10min、室溫干燥器中陳化20～22h，制得油垢試片稱重，記為m2。將稱重的試片置于500mL 的燒杯中，加入50mL 清洗劑后置于25℃的恒溫振蕩器中，振蕩10min 后取出試片，分別于120℃下干燥20min、室溫干燥器中冷卻30min 后稱重得m1，去污力按式（1）計(jì)算[5]。

式中，W 為清洗劑的去污力；m0為干燥試片的質(zhì)量；m1為清洗劑清洗油垢后試片的質(zhì)量；m2為涂敷油垢并干燥后試片的質(zhì)量。

1.4 清洗性能測(cè)試

自制清洗劑和市售廚房多用清洗劑的外觀、氣味、穩(wěn)定性、堿度、pH 值和腐蝕性的測(cè)試均參照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行[10-11]。

1.5 清洗劑對(duì)金屬的腐蝕試驗(yàn)

清洗劑對(duì)金屬腐蝕率數(shù)據(jù)的測(cè)定方法參照“金屬材料和零件用水基清洗劑技術(shù)條件”進(jìn)行[12-13]。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)

除自來(lái)水外，選用的清洗劑配方僅有APG、AEO-9、TX-10 和6501 共4 種組分組成。其中，“綠色”功能性非離子表面活性劑APG 具有高表面活性、良好的生態(tài)安全性和相溶性；非離子表面活性劑AEO-9 具有良好的乳化、去污和凈洗性能；非離子表面活性劑6501 具有良好的發(fā)泡、穩(wěn)泡、滲透去污、抗硬水等功能；TX-10 具有極好的滲透、乳化、分散和洗滌性能。

根據(jù)前期探索實(shí)驗(yàn)，先進(jìn)行其他組分含量均為3.5%時(shí)，某一組分含量影響自制清洗劑清洗效果的單因素實(shí)驗(yàn)。隨著APG 含量的提高，清洗劑的去污力顯著提高，APG 含量為8%時(shí)清洗效果最好，去污力達(dá)98.7%；進(jìn)一步提高APG 含量對(duì)其去污力的影響并不顯著，而且低溫時(shí)清洗劑的穩(wěn)定性較差，易出現(xiàn)渾濁，因此APG 含量的上限定為8.0%。

類似地，隨著AEO-9 含量的提高，清洗劑的去污力顯著提高，但AEO 含量超過(guò)3.5%后清洗劑的低溫穩(wěn)定性差，易析出白色固體，因此AEO 含量的上限定為3.5%。隨著TX-10 含量的提高，清洗劑的去污力顯著提高，但TX-10 含量超過(guò)3.5%后清洗劑易分層，因此TX-10 含量的上限定為3.5%。隨著6501 含量的提高，清洗劑的去污力顯著提高，6501含量為2.0%時(shí)，去污力達(dá)87.4%，溶液pH 值近中性；進(jìn)一步提高6501 含量清洗劑的pH 值增加，而且泡沫較多、穩(wěn)定性不佳，因此6501 含量的上限定為2.0%。

進(jìn)一步采用正交試驗(yàn)對(duì)清洗劑的配方組成進(jìn)行優(yōu)化，確定各組分的最佳含量[14]。將APG、AEO、6501 和TX-10 及其含量分別作為正交表的因素和水平，進(jìn)行四因素四水平的正交試驗(yàn)。根據(jù)表1 因素權(quán)值表[15]，以去污力為主要試驗(yàn)指標(biāo)計(jì)算極差，確定各因素的主次順序，正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。其中，Ki表示任一列上水平號(hào)為i(i=1，2 或3)時(shí)對(duì)應(yīng)的去污力之和；R 為極差，任一列上R=max｛K1，K2，K3，K4｝- min｛K1，K2，K3，K4｝。由表2 可知，本實(shí)驗(yàn)條件下各因素影響自制清洗劑去污力的主次順序?yàn)椋篈PG＞AEO-9＞TX-10＞6501；較佳清洗劑配方組成分別為APG 8%、TX-10 0.5%、AEO-9 3.5%和6501 1%，所制備清洗劑的去污力達(dá)94.7%。根據(jù)表2 中的極差分析結(jié)果，進(jìn)一步對(duì)清洗劑的配方組成進(jìn)行性能優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，得出更優(yōu)的配方組成分別為APG 8%、TX-10 3.5%、AEO 3.5%和6501 2%，相應(yīng)的去污力可達(dá)99.3%。

表1 因素權(quán)值表

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.2 清洗劑的稀釋去污試驗(yàn)

將上述按最優(yōu)配方制備的近中性清洗劑和市場(chǎng)上銷售的兩種廚房多用清洗劑稀釋前后的去污力進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3 可知，自制清洗劑較這兩種商業(yè)清洗劑具有更佳的去污力。

表3 自制清洗劑和市售清洗劑稀釋0～4 倍時(shí)的去污力比較

此外，最優(yōu)配方下本清洗劑的pH 值僅為7.5，相比之下這兩種市售清洗劑的pH 值分別為9.5 和9.0，因此，本清洗劑較佳的清洗性能是在非常溫和的條件下實(shí)現(xiàn)的。

表4 自制最優(yōu)配方組成清洗劑稀釋或濃縮一定倍數(shù)后的穩(wěn)定性比較

2.3 清洗劑的穩(wěn)定性

表4 給出了上述自制清洗劑稀釋或濃縮一定倍數(shù)后的外觀、氣味和穩(wěn)定性比較。表4 顯示，該自制清洗劑原液、2～4 倍稀釋液、2～3 倍濃縮液均具有較好的低溫穩(wěn)定性、常溫穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性和耐硬水性能。

2.4 清洗劑對(duì)不同金屬的腐蝕和清洗性能試驗(yàn)

以上述最佳配方組成的自制清洗劑為例，測(cè)定了其對(duì)45 鋼、H62黃銅和LY12鋁的腐蝕率和去污力，結(jié)果見(jiàn)表5。由表5 可知，該自制清洗劑對(duì)45鋼、H62黃銅和LY12鋁等金屬的腐蝕性極小，而對(duì)它們的去污力很高。

表5 清洗劑對(duì)不同金屬的腐蝕率和表面的去污力

3 結(jié) 論

針對(duì)餐飲店、廚房和路面稠油垢的組成特點(diǎn)，利用廉價(jià)的工業(yè)原料成功地研制出一種配方組成非常簡(jiǎn)單的高效稠油垢微堿性水基清洗劑，其較佳配方組成為APG 8.0%、AEO 3.5%、TX-10 3.5%和6501 2.0%，pH 值僅為7.5，接近中性，相應(yīng)去污力高達(dá)99.3%。

該清洗劑具有不添加任何酸堿組分、配方簡(jiǎn)單、溶劑為自來(lái)水、組分兼容性好、pH 值近中性、配制工藝簡(jiǎn)單和對(duì)稠油垢去除效果好等優(yōu)點(diǎn)，較好地符合了洗滌劑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。此外，按較佳配方制備的近中性水基清洗劑原液、2 倍稀釋液和4 倍稀釋液的去污力明顯優(yōu)于市售廚房多用清洗劑，并且對(duì)45 鋼、H62黃銅和LY12鋁等金屬的腐蝕性小、去污性能好，因而具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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