脂肪酸在洗衣液中的應(yīng)用性能研究

陳海蘭 劉心建 李夢(mèng)雪

（山西焦煤運(yùn)城鹽化集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西運(yùn)城，044000）

脂肪酸有天然脂肪酸和合成脂肪酸兩種，天然脂肪酸主要由動(dòng)植物油脂制備，合成脂肪酸則主要是以石油產(chǎn)品為原料經(jīng)化學(xué)合成而得。脂肪酸作為三大油脂（脂肪醇、脂肪酸和脂肪胺）化學(xué)中間體之一，廣泛應(yīng)用于表面活性劑、油漆、增塑劑、紡織、食品、金屬加工等領(lǐng)域[1]。在洗滌劑配方中應(yīng)用脂肪酸（皂），可以起到去污、抑泡、柔軟織物、調(diào)節(jié)液體流變性的作用，而且迎合當(dāng)今社會(huì)的綠色發(fā)展理念。近些年，脂肪酸在洗滌劑中的應(yīng)用已被廣為研究[2-3]。本文對(duì)碳鏈長度在12～18的天然脂肪酸在洗衣液中的應(yīng)用性能進(jìn)行研究，期待能給同行提供技術(shù)參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器

脂肪酸：月桂酸（十二酸，純度99%）、豆蔻酸（十四酸，純度99%）、棕櫚酸（十六酸，純度99%）、硬脂酸（十八酸，純度99%）、油酸（十八烯酸，純度85%）均為工業(yè)品。

中和劑：氫氧化鈉（純度96%）、氫氧化鉀（純度85%）、三乙醇胺（純度99%）均為化學(xué)試劑。

磺酸（純度96%）、AES（純度70%）、AEO-9，EDTA螯合劑、卡松防腐劑、香精等原料均為工業(yè)品。

標(biāo)準(zhǔn)洗衣液、標(biāo)準(zhǔn)污布（JB-01炭黑污布、JB-02蛋白污布、JB-03皮脂污布），購自全國表面活性劑洗滌用品標(biāo)準(zhǔn)化中心。

A型電熱鼓風(fēng)干燥箱，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；BCD-518WEC冰箱，合肥美菱股份有限公司；NDJ-79旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司；WSD-3U熒光白度儀，北京康光光學(xué)儀器有限公司；RHLR-Ⅲ型立式去污測(cè)定機(jī)，中國日用化學(xué)工業(yè)研究院。

1.2 樣品制備

取容器，加入去離子水，攪拌情況下加入EDTA、中和劑。加入磺酸、脂肪酸充分反應(yīng)，加入AES和AEO9，升溫至40～45℃。待各原料完全溶解后加入其他組分，攪拌均勻，洗衣液樣品制備完成。各原料配比見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)配方

1.3 性能檢測(cè)

1.3.1 穩(wěn)定性能的測(cè)定

參照QB/T 1224—2012《衣料用液體洗滌劑》進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 黏度性能的測(cè)定

參照GB/T 15357—2014《表面活性劑和洗滌劑旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定液體產(chǎn)品的黏度和流動(dòng)性質(zhì)》進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3 去污性能的測(cè)定

參照GB/T 13174—2021《衣料用洗滌劑去污力及循環(huán)洗滌性能的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定。

1.3.4 泡沫性能的測(cè)定

將洗衣液樣品用150 ppm硬水配制成濃度為2.5‰的水溶液，取容積為100 ml具塞量筒，量取40 ml，雙手互換各上下顛倒10次，靜置觀察，讀取泡沫高度，記錄數(shù)據(jù)變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 穩(wěn)定性能

參照QB/T 1224—2012規(guī)定，先后在(40±2)℃和(-5±2)℃條件下測(cè)試洗衣液樣品的耐熱、耐寒穩(wěn)定性，不同中和劑、脂肪酸洗衣液測(cè)試結(jié)果見表2、表3。

表2 、表3的穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果顯示：(40±2)℃下保持24 h，恢復(fù)室溫，無論氫氧化鈉、氫氧化鉀還是三乙醇胺做中和劑，添加各脂肪酸的洗衣液樣品與實(shí)驗(yàn)前均無明顯變化；(-5±2)℃下保持24 h，恢復(fù)室溫，采用三種中和劑的月桂酸和油酸洗衣液樣品與實(shí)驗(yàn)前無明顯變化，添加豆蔻酸、棕櫚酸和硬脂酸的洗衣液樣品均有不同程度的白色固體物析出。說明在配方添加量相當(dāng)?shù)那闆r下，月桂酸和油酸較豆蔻酸、棕櫚酸和硬脂酸與洗衣液各組分的配伍性好，短碳鏈長度和不飽和鍵有助于提高脂肪酸在洗衣液中應(yīng)用的低溫穩(wěn)定性；實(shí)驗(yàn)條件下，同一脂肪酸不同中和劑對(duì)其在洗衣液中應(yīng)用穩(wěn)定性的影響沒有顯著差異。

表2 添加不同中和劑、脂肪酸洗衣液的耐熱穩(wěn)定性

表3 添加不同中和劑、脂肪酸洗衣液的耐寒穩(wěn)定性

2.2 黏度性能

添加不同中和劑、脂肪酸洗衣液黏度的測(cè)定結(jié)果見表4。

由表4添加月桂酸、豆蔻酸和油酸洗衣液黏度的測(cè)定結(jié)果可以看出，脂肪酸碳鏈長度越長，洗衣液黏度越高。究其原理，脂肪酸具有極性，能插入表面活性劑膠團(tuán)，促進(jìn)膠團(tuán)形成，同時(shí)與表面活性劑分子相互作用在表面定向緊密排列，改變了表面活性劑膠束性質(zhì)，碳鏈越長影響越大，增稠越明顯[4]。另外，從表4還可以看出，同一種脂肪酸，氫氧化鉀做中和劑的洗衣液黏度值比氫氧化鈉大，三乙醇胺最小。分析此現(xiàn)象，作為脂肪酸皂的反離子，可能是因?yàn)镵+原子半徑大于Na+，脂肪酸鉀較脂肪酸鈉更容易生成棒狀或六角形膠束的緣故。三乙醇胺具有溶劑的特點(diǎn)，能增加表面活性劑在水中的溶解度，使其不易形成膠束，因此利用三乙醇胺做中和劑的樣品黏度往往不高。

表4 添加不同中和劑、脂肪酸洗衣液黏度的測(cè)定結(jié)果（25℃，mPa·s）

2.3 去污性能

添加不同中和劑、脂肪酸洗衣液去污性能的測(cè)試結(jié)果見圖1、圖2和圖3。

圖1 添加不同中和劑和脂肪酸洗衣液對(duì)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氫氧化鈉 氫氧化鉀 三乙醇胺月桂酸豆蔻酸棕櫚酸硬脂酸油酸

圖2 添加不同中和劑和脂肪酸洗衣液對(duì)蛋白污布的去污性能

圖3 添加不同中和劑和脂肪酸洗衣液對(duì)皮脂污布的去污性能

根據(jù)圖1，總體上看，同一中和劑、不同脂肪酸對(duì)炭黑污布的去污性能差別不大；同一脂肪酸，氫氧化鉀較氫氧化鈉和三乙醇胺做中和劑的去污性能稍優(yōu)。從圖2、圖3可以看出，同一脂肪酸，不同中和劑對(duì)蛋白污布和皮脂污布的去污性能差別不十分明顯；同一中和劑，對(duì)兩種污布的去污性能隨脂肪酸碳鏈長度增加成上升趨勢(shì)。

2.4 泡沫性能

添加不同中和劑、脂肪酸洗衣液泡沫性能的測(cè)試結(jié)果見圖4、圖5。

根據(jù)圖4、圖5，計(jì)算不同中和劑和脂肪酸洗衣液5 min與即時(shí)泡沫的降幅（mm），結(jié)果見表5。

圖4 添加不同中和劑和脂肪酸洗衣液的即時(shí)泡沫

圖5 添加不同中和劑和脂肪酸洗衣液的5 min泡沫

由圖4可以看出，無論氫氧化鈉、氫氧化鉀還是三乙醇胺做中和劑，隨著脂肪酸碳鏈長度增加，洗衣液的即時(shí)泡沫成上升趨勢(shì)，唯獨(dú)硬脂酸可能是因其水溶性差的緣故而出現(xiàn)下降。結(jié)合圖5，從表5可以看出，對(duì)于飽和脂肪酸，無論氫氧化鈉、氫氧化鉀還是三乙醇胺做中和劑，5min后泡沫的降幅都不十分明顯而且彼此間的差異也不是很大，油酸尤其以氫氧化鉀做中和劑的消泡效果顯著。

表5 不同中和劑、脂肪酸洗衣液的消泡效果 單位：mm

3 結(jié)論

（1）在配方添加量相當(dāng)?shù)那闆r下，月桂酸和油酸較豆蔻酸、棕櫚酸和硬脂酸與洗衣液各組分的配伍性好，短碳鏈長度和不飽和鍵有助于提高脂肪酸在洗衣液中應(yīng)用的低溫穩(wěn)定性。在配方添加量2%～3%條件下，不同中和劑對(duì)脂肪酸在洗衣液中應(yīng)用的穩(wěn)定性影響沒有顯著差異。

（2）相同中和劑，脂肪酸碳鏈長度越長，洗衣液黏度越大。同一種脂肪酸，采用氫氧化鉀中和的洗衣液黏度比氫氧化鈉大，三乙醇胺最小。

（3）相同中和劑，不同脂肪酸對(duì)炭黑污布的去污性能差別不大；同一種脂肪酸，氫氧化鉀較氫氧化鈉和三乙醇胺做中和劑的去污性能稍優(yōu)。相同脂肪酸，不同中和劑對(duì)蛋白污布和皮脂污布的去污性能差別不十分明顯；同一種中和劑，對(duì)兩種污布的去污性能隨脂肪酸碳鏈長度增加而提高。

（4）無論氫氧化鈉、氫氧化鉀還是三乙醇胺做中和劑，隨著脂肪酸碳鏈長度增加，洗衣液的即時(shí)泡沫上升，硬脂酸下降。對(duì)于飽和脂肪酸，無論氫氧化鈉、氫氧化鉀還是三乙醇胺做中和劑，5 min后泡沫降幅都不明顯而且彼此間的差異不大，油酸尤其以氫氧化鉀做中和劑的消泡效果突出。