低温洗涤用表面活性剂的研究

闫菡，郑利强

（山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室， 山东 济南 250100）

低温洗涤用表面活性剂的研究

闫菡，郑利强

（山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室， 山东 济南 250100）

表面活性剂是一类具有两亲结构的物质，在工业、农业、医药、国防及日常生活中都有广泛应用，被誉为“工业味精”[1]。普通洗涤用表面活性剂需较高温度才能发挥出最佳洗涤效果，洗涤过程要消耗较多能源，因此应用于低温洗涤的表面活性剂的开发和应用越来越受到业界关注。本文简要总结了厨房、毛毯、衣物、金属制品等领域使用的低温洗涤用表面活性剂的研究现状。

表面活性剂；低温；洗涤

由于季节、地域、洗涤方式、洗涤工具等不同，各国的实际洗衣温度存在显著差异。欧洲的洗衣温度总体上比较高，其中70℃以上占7%，50℃～60℃占29%，40℃约占38%，小于40℃占26%。美国则趋于温水洗涤，日本则普遍采用冷水洗涤。

与日本一样，我国普遍采用冷水洗涤，但因为季节变化和南北差距，水温差异较大。以长江中、下游地区为例，采用波轮式洗衣机时冬天与夏天的洗涤液温度可相差25℃左右。因此，开发适合国人洗涤习惯、在低温下具有良好去污能力的洗涤剂十分必要。

1 温度对洗涤效能的影响[2]

温度是影响洗涤效能最重要的因素之一：1) 温度对表面活性剂的临界胶束浓度无明显影响；2) 温度对表面活性剂、洗涤剂的表面张力、润湿力及螯合剂的螯合能力均有一定的影响；3) 温度对表面活性剂、洗涤剂的去污力有极为显著的影响，但温度对阴/非离子复配型洗涤剂的性能的影响小于阴离子型洗涤剂；4) 温度对含酶洗衣粉的去污力有一定的

影响，但没有表面活性剂和洗涤剂基础粉影响显著。与表面活性剂相比，酶更能有效地提高洗涤剂在低温时的去污力；5) 表面活性剂之间的复配、螯合剂之间的复配以及洗涤剂与酶复配的体系均能有效地提高洗涤剂的低温洗涤性能，其中洗涤剂与酶的复配最为有效。

2 用于不同领域的低温洗涤剂

根据所要清洗的具体对象和使用要求，低温洗涤用表面活性剂的性能有所差异。以下分别简单介绍四类适用于常用洗涤剂的低温用表面活性剂。

2.1 厨房清洁用表面活性剂[3]

厨房污垢主要由高级脂肪酸甘油酯构成，因此厨房清洗剂的主要成分是阴离子表面活性剂、磺酸盐、硫酸盐或盐酸盐。在低温下，单一表面活性剂往往不能得到良好的厨房清洗效果，因此常通过多种表面活性剂复配以提高低温去污能力。

2.1.1 单一表面活性剂对油污的去除

表1比较了几种常用的表面活性剂对油污的去除能力。实验中选用SDS、LAS、AES、AEO9、OP-10，分别配成0.2（重量比）的溶液。

由表1可以看出，非离子表面活性剂去除油污的能力强于阴离子表面活性剂，而阴离子表面活性剂中去污力较好的是AES。油污的去除过程主要是通过“卷缩”来实现的，增溶和乳化也是重要的机制。非离子表面活性剂的表面张力低，油污易发生卷缩而被除去。AES的聚氧乙烯链有利于极性油污的增溶，使之对油污的除去能力优于SDS、LAS。

2.1.2 表面活性剂的混合体系对油污的去除

两种阴离子表面活性剂L A S与A E S的混合体系（总浓度为0.2%）在8∶2时去污力最大，这与此时的油/水界面张力很低有关。阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂混合体系（如L A S/AEO9、LAS/OP-10和AES/AEO9，总浓度为0.2%）的去污力明显高于单一表面活性剂，并且与其中一种表面活性剂份额的变化相对应。研究表明，在阴离子表面活性剂中加入一定量的非离子表面活性剂有利于油污的除去，在非极性油污（如矿物油）的洗涤中也存在类似情况。这是由于阴离子表面活性剂的加入使油/水界面张力升高，影响去污力。两种以上的表面活性剂进行复配时情况比较复杂，例如将LAS∶AES＝8∶2的体系与AEO9配成混合溶液，此三元混合体系（总浓度为0.2%）对油污的去污力反而产生负效应。

表1 单一表面活性剂对油污的去除

2.1.3 几种助剂对油污的去除能力

将STPP、Na2SiO3、Na2CO3、Na2SO4、单乙醇胺、三乙醇胺配成0.1%的溶液，比较其去油污力，结果见表2。

上述助剂的去污力依次为：STPP＞Na2SiO3＞Na2CO3＞Na2SO4＞单乙醇胺＞三乙醇胺。几种助剂对于油污的去除机理是其溶液均呈碱性，去污力随浓度增大而增强且趋于平缓，大于一定浓度时其去污力增加不多。此外，STPP对油污有一定的乳化、分散等作用。

配制厨房油污清洗剂时，其表面活性剂以LAS为主配入一定的AES，也可以在阴离子表面活性剂（如 LAS、AES）中配入一定量的非离子表面活性剂（如AEO9、0P-10）也有好的效果，而多种表面活性剂混用不一定能获得更理想的效果。

2.2 毛毯低温洗涤用表面活性剂

表2 几种助剂去油污力比较

一般在碱性条件下洗涤毛织物效果最佳，中性效果较差，因此毛毯洗涤剂常选用纯碱或氨水作助洗剂，目前广泛采用的是非离子型和阴离子型表面活性剂。因为羊毛在等电点时呈中性，小于等电点时呈阳性，电荷大于等电点带负电荷。所以，碱性或中性毛毯洗涤剂应选用阴离子表面活性剂，酸性或中性洗涤剂则应选用阳离子，非离子可适用于酸性、碱性或中性洗涤剂。

在用于毛毯洗涤的表面活性剂中，低温洗涤效果好且已被广泛使用的有净洗剂105、209洗涤剂、雷米邦A等。其洗涤工艺和洗涤要求有所不同：净洗剂105耐酸、耐碱、耐硬水，并且具有良好的润湿、扩散、乳化、渗透、起泡、去油污等性能，低温洗毯时配入少量纯碱，调节洗液pH值为8～9时效果较好；209洗涤剂耐酸、耐碱、抗硬水、耐金属盐类、泡沫稳定性较好，具有良好的洗涤、匀染、渗透及乳化作用，在低温洗毯时需加入少量纯碱，要求洗液pH值8～9；雷米邦表面活性较差，洗毯时去污能力不够理想，应加入少量纯碱使洗液pH为9～10，此时起泡效果较好。

毛毯类产品的清洗通常采用热洗工艺，需要消耗大量的蒸汽。低温洗涤用表面活性剂的使用改变了毛毯的常规洗涤方式，使得操作简便、易行，不但可以节约能源、利于后续养护，而且可减少羊毛纤维的损伤，使织物手感柔软、丰厚。

2.3 衣物低温洗涤用表面活性剂[4]

众所周知，洗衣粉(包括无磷洗衣粉)中含有大量无洗涤作用的填充剂，其质量分数≥40%，在资源和能源方面造成了极大的浪费，生产中还会造成粉尘污染，不利于环保。而洗衣液以资源丰富且价廉的水代替元明粉，采用可生物降解的表面活性剂作为主要成分并辅助无磷助剂复配而成。由于具有设备投资少、生产工艺简便、性能温和无刺激、易溶解、使用方便、低温下洗涤效果良好等特点，洗衣液已逐渐被广大国内消费者所接受。

洗衣液以阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂为主要原料，辅以助剂复配而成。洗衣液是一个混合复配体系，各组分间不是机械的组合，而是存在着复杂的物理化学作用。复配得当可以产生协同作用，有利于提高洗涤力和抗硬水能力；否则，各个组分作用会相互抵消，进而降低洗涤力。阴离子与非离子表面活性剂的配比是影响去污能力的主要因素。以常用于洗衣液配方的脂肪醇聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐为例，优化两者的组合比例可以确定出低温洗涤效果最好的配方。据报道，阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂配比为2∶1（质量比）时复配体系去污力最强、低温洗涤效果最好。在最佳复配体系中，非离子表面活性剂以2∶1的比例插入阴离子表面活性剂胶团中，使阴离子表面活性剂离子头间的斥力减弱，再利用表面活性剂疏水链间的相互作用而形成胶团，使混合溶液的cmc下降幅度最大。

此外，在普通洗衣粉中加入低温洗涤用酶，洗涤效果也可以有很大提高[5]。例如，诺维信公司推出的诺维信波力低温蛋白酶可以使普通洗衣粉的低温洗涤能力提升一倍以上，尤其对蛋白类污渍的清洗效能显著提高，并且其提高幅度随着温度的升高而增强。

2.4 金属低温洗涤用表面活性剂[6]

在金属加工、机械、汽车等行业，对金属外表面进行清洗是必不可少的。目前一般使用洗涤剂以喷洗或刷洗等方式达到较高的清洁度，具体方法有常规高温化学去油、有机溶剂去油、电化学去油等。常规高温化学去油主要是利用热的碱溶液去除零件表面的油污，其原理是皂化油污，反应式为(C17H35COO)3C3H5+3NaOH→3C17H35COONa+C3H5(OH)3。矿物油不与碱作用，但能在表面活性剂作用下形成乳液，并被从制品表面清洗掉。此外，国外较多采用低温或称常温快速去油法，国内也正在逐步推广应用这一技术。

2.4.1 低温化学除油的原理

低温化学除油作业以乳化除油为主，其使用的表面活性剂要求在低温条件下能降低表面张力、产生定向吸附、润湿、乳化、分散等作用，然后借助一定的机械力喷射作用除去污垢。工作表面上的污垢多属于极性污垢，因为表面活性剂具有润湿性，其分子的亲油端容易吸附在油污工作面上，而亲水极性的一端则不容易吸附。因此金属清洗剂能够渗透到污垢与工件之间，加速乳化速度和油污剥离速度，使除油效果大大提高。图1为清洗工作表面污物的示意图。

图1 清洗工件表面污物示意图

2.4.2 低温长效清洗剂

实验考察了以下三种样品的低温清洗能力：Na2CO3碱性清洗液；低温乳化剂Wx-1y型；聚氧乙烯基酚醚（EO=10）非离子表面活性剂。表3列出了不同溶质质量分数1%、25℃下的表面张力值。

从表3和图2可以看出：1) 不同溶质的水溶液有不同的表面张力；2) Na2CO3清洗液表面张力随质量分数增加上升；3) Tx-10非离子表面活性剂质量分数较低时能大大降低表面张力，而质量分数增加时表面张力降到一定值后便不再下降；4) Wx-1y乳化液加入少量，表面张力就大大降低。

在实际应用中，各种清洗剂达到最佳清洗效果时所需要的温度各有不同。如表4所示。

采用新型低温清洗剂后有效起点温度降低，在10℃时也具有除油能力，使用方便。

表3 不同溶质水溶液的表面张力（25℃）

图2 不同溶质水溶液的表面张力（25℃，质量分数/%）

表4 不同溶质的去油率

3 结语

今后5～10年洗涤剂的全球性发展趋势是低温、节水洗涤[7]。美国从1975年到2000年热水洗涤的比例下降了50%，美国能源部已经要求将洗涤温度从15℃～40℃进一步降低到10℃～25℃。一般而言，冷水是指18℃/648/，温水是指约31℃/888/，这就要求洗涤剂除了在低温下有好的溶解度和分散性外，还要有良好的洗涤力。

低温洗涤可以节省大量的能源与水资源，有利用环境保护和可持续发展。目前，在国家相关部门的大力推广和科研人员的共同努力下，低温洗涤已经在我国多个领域有了初步应用。顺应全球洗涤剂的绿色发展趋势，低温洗涤用表面活性剂的商业价值和应用空间将得到充分发掘。

[1] 白金泉，包余泉. 表面活性剂在洗涤工业中的应用[M]. 北京:化学工业出版社,2003.

[2] 蒋惠亮, 胡坚, 刘勇, 等. 洗涤剂及其主要组分效能与温度之关系的研究[J]. 日用化学工业, 2001(4).

[3] 陈小泉, 李珊, 金岳国.厨房油污的低温洗涤[J]. 中国工学院科技通讯, 1997,13(1).

[4] 许英梅, 优丽吐孜, 张树彪. 高效洗衣液的研究[J]. 日用化学品科学, 2003,26(6).

[5] 赵媛媛, 李浩东. 诺维信波力低温蛋白酶低温洗涤性能研究[J]. 日用化学品科学, 2008,28(8).

[6] 张魁兰, 黄明文, 张庆云. 低温长效洗涤剂的研制[J]. 化工科技,2002,10(2).

[7] 刘云, 张军, 孙玉娥. 21世纪洗涤剂的发展趋势和面临的挑战. 日用化学品科学, 2000,23.