高效非離子表面活性劑在洗衣凝珠中的應(yīng)用探索

胡鹛元 李全偉

聯(lián)泓（江蘇）新材料研究院有限公司，江蘇常州，213146

回顧近幾年中國(guó)洗滌用品行業(yè)發(fā)展歷程，可以看到行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)體系等都邁上了新臺(tái)階，行業(yè)發(fā)展已漸入成熟期，但經(jīng)濟(jì)效益走勢(shì)已出現(xiàn)拐點(diǎn)。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，“十三五”期間合成洗滌劑營(yíng)業(yè)收入同比下降12.15%，利潤(rùn)總額同比減少29.41%，洗滌用品生產(chǎn)企業(yè)面臨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)[1]。同時(shí)，在城鎮(zhèn)化加速、人口結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、消費(fèi)升級(jí)、環(huán)保需求提高的共同作用下，消費(fèi)者對(duì)洗滌用品有了多元化的需求。因此，開發(fā)新劑型產(chǎn)品、豐富產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、布局新領(lǐng)域，是洗滌用品生產(chǎn)企業(yè)提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和影響力的有效途徑。洗衣凝珠是快速增長(zhǎng)的典型品類，2018年以來，洗衣凝珠產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)，市場(chǎng)銷售額超過15億元，受到了行業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注[1]。

洗衣凝珠使用方便、性能優(yōu)良、節(jié)能環(huán)保，并且滿足了消費(fèi)者個(gè)性化的需求，這些特性讓消費(fèi)者認(rèn)可了洗衣凝珠類產(chǎn)品。同時(shí)，由于洗衣凝珠的單次用量是傳統(tǒng)洗衣液體積的1/2或1/3，洗衣凝珠配方類似于超濃縮洗衣液配方，消費(fèi)者在使用過程中無須考慮使用劑量問題，無意中就使用了濃縮洗滌產(chǎn)品，所以洗衣凝珠的發(fā)展有望促進(jìn)洗滌劑濃縮化[2]。從行業(yè)政策性文件可以看到，推動(dòng)洗滌劑濃縮化進(jìn)程、大力發(fā)展洗衣凝珠等高濃縮新劑型洗滌劑是行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)工作[3]。

在市場(chǎng)和政策的雙重作用下，洗衣凝珠快速發(fā)展，只有提升其核心競(jìng)爭(zhēng)力，也就是洗衣凝珠的品質(zhì)，才能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。洗衣凝珠由水溶膜和濃縮洗滌劑組成，水溶膜的特性要求凝珠液含水量一般在15%以下，只使用普通原料很難達(dá)到要求的固含量。洗衣液中常用的表面活性劑有直鏈烷基苯磺酸鹽（LAS）、月桂醇醚硫酸酯鹽（AES）、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）等，其中LAS、AES常溫下溶解度有限，AEO溶解速度較慢并且易形成凝膠。為了使凝珠液含水量少和配方穩(wěn)定，一般采取的方法是加入溶劑或應(yīng)用特殊非離子表面活性劑，如異構(gòu)醇醚，但溶劑本身沒有去污力，部分異構(gòu)醇醚無法到達(dá)與AEO同等的去污力。若要兼顧濃縮洗滌劑配方的穩(wěn)定性和高去污力，可以篩選使用方便且去污力高的非離子表面活性劑。

對(duì)比不同結(jié)構(gòu)的非離子表面活性劑，可以發(fā)現(xiàn)在脂肪醇環(huán)氧乙烯醚分子中引入聚氧丙烯鏈節(jié)，在一定程度上能改進(jìn)傾點(diǎn)、溶解速度、泡沫、清洗力、潤(rùn)濕力等性能，而且與陰離子表面活性劑的配方相容性好，適用于濃縮洗滌劑。本實(shí)驗(yàn)對(duì)脂肪醇聚氧烷基醚MSC 99的傾點(diǎn)、水溶性、泡沫力和去污力，以及在洗衣凝珠配方中的應(yīng)用性能進(jìn)行了研究，為其在洗衣凝珠中的應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑和儀器

直鏈C12～C14醇聚烷氧基醚（MSC 99）、支鏈C13醇聚氧乙烯醚（HIT 3009）、支鏈C10醇聚烷氧基醚（HIC 2108）、直鏈C12～C14醇聚氧乙烯醚（AEO 2409），99%，聯(lián)泓新材料科技股份有限公司；月桂醇醚硫酸酯鈉AES-70，70%，直鏈烷基苯磺酸LAS，99%，南京金桐；三乙醇胺TEA，99%，DOW；一水檸檬酸，99%，英軒；無水檸檬，99%，英軒；甘油，99%，KLK；丙二醇，99%，Shell；去離子水，實(shí)驗(yàn)室自制。

標(biāo)準(zhǔn)污布：JB-01，碳黑污布；JB-03，皮脂污布，中國(guó)日用化學(xué)工業(yè)研究院。

SYP 1022-Ⅲ石油產(chǎn)品傾點(diǎn)、濁點(diǎn)、凝點(diǎn)、冷濾點(diǎn)試驗(yàn)器，上海神開；K 100表面張力儀，Krüss；勻質(zhì)機(jī)，艾卡T18；WXJ-6立式去污機(jī)，武漢科恒；WSB-3A智能式數(shù)字白度計(jì)，溫州方圓。

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.2.1 傾點(diǎn)測(cè)試

取適量非離子表面活性劑置于傾點(diǎn)儀配套試管中，按照《石油產(chǎn)品傾點(diǎn)測(cè)定法》（GB/T 3535—2006）觀察樣品流動(dòng)性，記錄樣品傾點(diǎn)。

1.2.2 凝膠范圍測(cè)試

在燒杯中放入一定量的去離子水，于攪拌狀態(tài)下緩慢加入非離子表面活性劑，觀察并記錄非離子表面活性劑添加量和混合物的狀態(tài)。反之，在燒杯中放入一定量的非離子表面活性劑，攪拌狀態(tài)下緩慢加入去離子水，觀察并記錄去離子水添加量和混合物的狀態(tài)。去離子水和非離子表面活性劑均恒溫至40℃，混合后在40℃水浴中觀察。

1.2.3 泡沫性能測(cè)試

使用250 mg/kg硬水配制50 ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%的非離子表面活性劑水溶液，添加至100 ml具塞量筒中，握住具塞量筒兩端，上下劇烈振蕩數(shù)次，記錄振蕩后初始泡沫體積和5 min后的泡沫體積。

1.2.4 乳化性能測(cè)試

使用250 mg/kg硬水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%的非離子表面活性劑水溶液，取40 ml待測(cè)液添加至100 ml高腳燒杯，再加入40 ml大豆油，將混合物用勻質(zhì)機(jī)高速攪拌1 min，靜置并記錄下層水相析出10 ml所需時(shí)間。

1.2.5 界面張力測(cè)試

使用250 mg/kg硬水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%的非離子表面活性劑水溶液，取適量待測(cè)溶液于Krüss K 100配套玻璃皿中，再加入適量大豆油，放置測(cè)試用鉑金環(huán)，儀器通過測(cè)量環(huán)下液膜產(chǎn)生的拉力來測(cè)定界面張力，記錄界面張力。

1.2.6 去污力測(cè)試

按照《衣料用洗滌劑去污力及循環(huán)洗滌性能的測(cè)定》（GB/T 13174—2008），使用250mg/kg硬水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%的非離子表面活性劑水溶液，測(cè)試對(duì)碳黑污布和皮脂污布的去污力。

將非離子表面活性劑復(fù)配制成洗衣凝珠液基礎(chǔ)配方，使用量為標(biāo)準(zhǔn)洗衣液的1/6、1/8、1/12，與標(biāo)準(zhǔn)洗衣液對(duì)比碳黑污布和皮脂污布的去污力。

1.2.7 洗衣凝珠配方測(cè)試

將非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、溶劑等復(fù)配成洗衣凝珠液基礎(chǔ)配方，參考《洗衣凝珠》（QB/T 5658—2021）考察不同配方的穩(wěn)定性、水溶性，并與標(biāo)準(zhǔn)洗衣液對(duì)比去污力。

2 結(jié)果與討論

2.1 傾點(diǎn)

按照《石油產(chǎn)品傾點(diǎn)測(cè)定法》（GB/T 3535—2006）測(cè)試脂肪醇聚氧烷基醚MSC 99的傾點(diǎn)，并與異構(gòu)醇醚、AEO對(duì)比。從表1中可以發(fā)現(xiàn)，MSC 99的傾點(diǎn)最低可到3℃，比異構(gòu)醇醚的傾點(diǎn)低。在低溫條件下，MSC 99比異構(gòu)醇醚操作更方便，可以提高冬季生產(chǎn)效率及節(jié)省能源。

表1 MSC 99傾點(diǎn)對(duì)比

2.2 凝膠范圍測(cè)試

觀察對(duì)比40℃時(shí)MSC 99、異構(gòu)醇醚HIC 2108、HIT 3009和AEO 2409水溶液的外觀。從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，MSC 99只有一段較窄的凝膠區(qū)間，在濃縮洗滌劑生產(chǎn)過程中可以很快溶解在水中，適用于活性物含量較高的超濃縮洗滌劑配方。

圖1 40℃表面活性劑水溶液流變狀態(tài)

2.3 泡沫性能測(cè)試

0.01 %表面活性劑水溶液手搖泡沫測(cè)試結(jié)果記錄了初始泡沫體積和5 min后泡沫體積，分別對(duì)應(yīng)表面活性劑的起泡性和泡沫穩(wěn)定性。從圖2可以看出，低濃度下，MSC 99的低泡性能僅次于異構(gòu)C10醇聚醚HIC 2108，優(yōu)于AEO 2409和異構(gòu)C13醇聚醚HIT 3009。在實(shí)際應(yīng)用中，MSC 99可以降低洗衣凝珠的泡沫，減少漂洗次數(shù)，達(dá)到提升效率、節(jié)省能源的目的。

圖2 MSC 99泡沫性能對(duì)比

2.4 乳化性能及界面張力測(cè)試

在乳化過程中，表面活性劑若能有效降低界面張力使油水界面更易形成，則有助于乳液的穩(wěn)定性。對(duì)油脂乳化能力越好的表面活性劑則對(duì)油脂類污垢的去除越有正向作用。從圖3實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，MSC 99可以明顯降低油水界面張力，對(duì)植物油的乳化力優(yōu)于其他表面活性劑。

圖3 MSC 99乳化性能和界面張力對(duì)比

2.5 去污力測(cè)試

按照《衣料用洗滌劑去污力及循環(huán)洗滌性能的測(cè)定》（GB/T 13174—2008）測(cè)試MSC 99對(duì)國(guó)標(biāo)碳黑污布和皮脂污布的洗滌能力，并與異構(gòu)醇醚、AEO對(duì)比。從圖4中可以看出，MSC 99對(duì)皮脂污布的去污力與AEO 2409相近，明顯優(yōu)于異構(gòu)C10醇聚醚和異構(gòu)C13醇聚醚。

圖4 MSC 99去污力對(duì)比

2.6 洗衣凝珠液配方開發(fā)及性能對(duì)比

由于洗衣凝珠水溶膜的要求，洗衣凝珠液配方的含水量需低于15%；根據(jù)《洗衣凝珠》（QB/T 5658—2021）中的感官要求和性能要求，洗衣凝珠液配方在高低溫環(huán)境中要有穩(wěn)定性，洗衣凝珠液配方的去污力不低于標(biāo)準(zhǔn)洗衣液的4倍。根據(jù)以上原則，通過原料篩選和大量配方優(yōu)化工作，設(shè)計(jì)出洗衣凝珠液基礎(chǔ)配方，如表2所示。

表2中的非離子表面活性劑分別使用AEO 2409、HIC 2108、HIT 3009、MSC 99，配制成4個(gè)洗衣凝珠液配方，配方的穩(wěn)定性及使用性如表3所示。使用MSC 99配制的洗衣凝珠液樣品低溫穩(wěn)定性最好，在溫度較低的水中也能快速溶解，MSC 99有助于提升配方的低溫穩(wěn)定性和水溶性。

表2 洗衣凝珠液基礎(chǔ)配方

去污力是洗衣凝珠的核心競(jìng)爭(zhēng)力，為了更直觀的對(duì)比，將表3中的洗衣凝珠樣品用量定為標(biāo)準(zhǔn)洗衣液用量的1/6、1/8和1/12，與標(biāo)準(zhǔn)洗衣液對(duì)比洗滌效果，結(jié)果見表4。MSC 99和AEO 2409配制的凝珠樣品都能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)洗衣液的12倍去污力。

表3 洗衣凝珠液配方低溫穩(wěn)定性和低溫水溶性對(duì)比

表4 洗衣凝珠液配方去污力對(duì)比

3 結(jié)論

與異構(gòu)醇醚和直鏈AEO產(chǎn)品相比，高效非離子表面活性劑MSC 99具有傾點(diǎn)低、凝膠區(qū)窄、泡沫低、去污力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，非常適用于洗衣凝珠及其他濃縮型洗滌產(chǎn)品。MSC 99在應(yīng)用過程中操作方便、高效環(huán)保，是一款具有應(yīng)用潛力的產(chǎn)品。