MEO非离子表面活性剂在自动洗碗机洗涤剂中的应用研究

杨 聪 陈子杰 朱 宏,2＊

（1. 华南师范大学化学学院，广东广州，510006；2. 佛山市舒洁环保科技有限公司，广东佛山，528200）

随着人们消费观念的改变，自动洗碗机作为外国流入我国的新兴产品，近几年来开始被大家所接受。据大数据统计，自2009年开始，国内洗碗机用洗涤剂销量增幅一直高于20%[1]，发展势头良好。

区别于传统手洗餐具洗涤剂，机用洗涤剂主要以非离子表面活性剂及各类助剂组成。目前市面上的洗碗机主要是以喷淋式的清洗方式为主，其对餐具污垢的清洗主要通过以下方式作用：强劲水流的冲刷、高温使油污软化易脱落以及洗涤剂对油污的裹挟分散清除等[2]。由于洗碗机洗涤方式区别于传统手洗方式，洗涤剂的泡沫量不能过高，以免影响清洗。若将传统手洗餐具洗涤剂用于机洗，在洗涤过程中将会产生大量泡沫，对机器造成损伤；并且随着泡沫量的提高，水流的冲击力降低，对餐具的清洁也会产生不利影响。

为提高洗碗机清洗能力与降低其能耗，并实现快干、光洁等需求，机用洗涤剂一般需要将主洗剂、漂洗剂和软水盐配合使用，主洗剂需要有强的去污能力，漂洗剂需要有使餐具快干和光洁的能力，软水盐则是为了防止水垢在餐具表面的再聚集，三者之中最重要的部分为主洗剂。目前市场上的洗碗机用洗涤剂或主洗剂多以粉状或块状为主，在洗涤过程中有着溶解性差、填充剂多的缺点，液体洗涤剂则不存在此问题，在追求高效、环保的市场上有着良好的发展潜力。

市面上的机用洗涤剂或主洗剂主要包括非离子表面活性剂、助洗剂、氧化剂、酶制剂等，助洗剂一般由碱性助剂、螯合剂、分散剂等组成，每种组分都对洗涤剂的清洗效果有着重要影响[3]。

常用的非离子表面活性剂有脂肪醇聚氧乙烯醚类、嵌段聚醚类等，其主要作用是降低水的表面张力，并发挥其乳化、润湿、分散的作用，是洗涤剂中最重要的组成部分。一般用于机洗的非离子表面活性剂需要有低泡、高润湿性的特点。AEO-9作为市面上用量最大的非离子表面活性剂之一，有着良好的乳化、去污、润湿、净洗等性能，广泛运用于各类民用洗涤剂中，其结构式为：R-O-(CH2CH2O)nH (其中R=C12～14, n=9)。但AEO-9起泡好，不易消泡，限制了其作为机洗表面活性剂的应用。因此，在洗碗机洗涤剂中，开发泡沫低、去污力强的非离子表面活性剂十分必要。

助洗剂在机用洗涤剂中的占比有时能高达30%以上，对餐具的清洁有着重要作用。常用的碱性助剂有碳酸钠、碳酸氢钠、硅酸钠等，其主要作用是提供碱性，与脂肪成分发生皂化反应使得油污更易清洗。螯合剂的作用是通过与水中存在的钙镁离子结合，减少难溶性盐在水中的沉淀，降低水的硬度，确保不会被水中钙镁离子影响洗涤，常用的螯合剂有柠檬酸钠、乙二胺四乙酸钠盐（EDTA-2Na、EDTA-4Na）等。分散剂在助洗剂中起着分散污垢微粒、防止污垢在餐具表面再沉积的作用，常用的分散剂有马来酸-丙烯酸共聚物钠盐、聚丙烯酸钠等[4]。

氧化剂主要是将难以洗去的有色污渍如茶渍、咖啡渍等氧化分解，使其溶于水中能够被洗去。洗碗机洗涤剂中一般使用过碳酸钠、过硼酸钠等不含氯的氧化剂，以达到绿色环保的要求。

酶制剂相较其他助剂，在洗涤剂中有着微量高效的特点，淀粉酶和蛋白酶对于污垢中的淀粉类物质和蛋白类物质有着良好的洗涤作用，不过需要注意的是挑选酶制剂时应选择高温耐受性类型，避免洗涤温度过高导致其失活。

MEO属于脂肪醇聚氧烷基醚，即结构中含有聚氧乙烯醚和聚氧丙烯醚。相较于AEO-9，MEO脂肪醇聚氧烷基醚具有泡沫低、易消泡的特点，配合适当的助剂，有望开发出综合性能较好的洗碗机用洗涤剂。本文对MEO脂肪醇聚氧烷基醚和AEO-9表面活性剂的泡沫性、去污性、光洁度及干燥速度进行了比较，同时还考察了螯合剂及分散剂等助剂对MEO脂肪醇聚氧烷基醚性能的影响。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

脂肪醇聚氧烷基醚MEO-100（以下简称MEO-100），佛山市舒洁环保科技有限公司；脂肪醇聚氧烷基醚MEO-86（以下简称MEO-86），佛山市舒洁环保科技有限公司；脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-9，麒旭化工；无水碳酸钠、乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na）、柠檬酸钠，天津致远化学；乙二胺四乙酸四钠（EDTA-4Na），巴斯夫；聚丙烯酸钠（MP-70k，50%）、二甲苯磺酸钠（HAS040，40%），优索化工；马来酸-丙烯酸共聚物钠盐（PMA-40），欣奇化工；消泡剂Foamaster MO2190，巴斯夫。

JJ200精密电子天平；罗氏泡沫仪；美的M1型洗碗机。

1.2 性能测试

1.2.1 泡沫性能测试

根据GB/T 13173.6－1991《洗涤剂发泡力的测定（Ross-Miles法）》[5]对已设定配方样品做泡沫性能测试。

测试条件：60℃、150 mg/L硬水条件下分别测试。

评价方式：测试结果通过其发泡高度与稳泡率评价，发泡高度越低，说明样品对洗碗机的泡沫适配性越好；稳泡率越低，说明样品的消泡速度越快，也能更好地适用在洗碗机上。

稳泡率公式：

1.2.2 清洁性能测试

参考GB/T 24692－2009《表面活性剂 家庭机洗餐具用洗涤剂性能比较试验导则》[6]，进行人工油污制备。将10 g混合油加热至50～60℃融化，加入15 g小麦粉与7.5 g全脂奶粉搅拌均匀，再加入30 g新鲜鸡蛋液搅拌均匀；最后加入37.5 g蒸馏水搅拌均匀制得人工油污。将制得的油污按表1所示质量均匀涂布于餐具上，于室温下陈化8 h，得到被污染的待测餐具。所选餐具规格为：直径22.3 cm密胺餐盘，直径8.7 cm陶瓷酱油碟，长17 cm不锈钢餐勺、直径11 cm陶瓷碗，处理后的餐具如图1所示。每次配方清洗结束后，洗碗机需用清水再空洗一次，餐具需用去离子水再洗净，每种配方平行测试3次。

测试条件：M1洗碗机超快洗模式，60℃，自来水。

评价方式：测试结果用肉眼通过洗涤后餐具的污垢残留量、光洁程度、干燥速度等评价，满分5分。污垢残留量通过对洗涤结束后的餐具表面污垢残留的多少进行评价，污垢残留量越少，评分越高；光洁程度通过对洗涤晾干后的洗净区域水渍以及膜痕的严重程度进行评价，水渍和膜痕越少，评分越高；干燥速度通过机洗结束立刻取出餐具1 min后，餐具表面剩余水珠数N进行评价，剩余水珠数量越少，评分越高。评分标准见表2。

图1 不同餐具表面涂污陈化后情况

表1 各类型餐具表面污垢质量g

表2 餐具清洁评分标准

2 结果与讨论

2.1 泡沫性能评价

根据洗碗机用洗涤剂的主要成分，设计测试洗涤剂的配方[7]。测试的配方成分按质量分数100份进行配制，详情见表3。

表3 采用不同非离子表面活性剂的配方中各成分所占份数

样品半透明，其中的非离子表面活性剂分别采用MEO-100、MEO-86、AEO-9、MEO-100:MEO-86=2:1配制成4款。取2.5 g样品溶于1 L 150 mg/L的硬水中，根据GB/T 13173.6-91中所示方法，通过罗氏泡沫仪在60℃条件下测试待测样的起始发泡高度，结果如下。

由图2可以看出，在使用不同非离子表面活性剂的情况下测试，其初始泡沫高度会发生变化。AEO-9及MEO-100的泡沫量差异不大，但MEO-86的起始泡沫量明显少于AEO-9和MEO-100。当MEO-86与MEO-100进行复配后，其泡沫量介于MEO-86和MEO-100之间。MEO-100虽然与AEO-9在60℃下起始泡沫量相差不大，但由图3可知，MEO-100在60℃下的稳泡率低于AEO-9，在5 min时MEO-100的稳泡率已经低于AEO-9在10 min时的稳泡率，即其消泡速度更快，在洗涤过程中不会因泡沫的累积影响洗涤效果。故MEO-86和MEO-100相较AEO-9与洗碗机有更好的适配性。

图2 不同非离子表面活性剂配方下的起始泡沫情况比较

图3 AEO-9与MEO-100在60℃下的稳泡率对比

2.2 清洁性能评价

将待测餐具小餐碟、大餐盘、陶瓷碗和餐勺各一个，置于洗碗机相应槽内，加入5 L水，投入6 g洗涤剂配方样品，开启洗碗机超快洗功能。通过改变组分中非离子表面活性剂的种类，探究出配方样品清洁效果的优劣，再通过改变螯合剂、分散剂等助剂的种类，探究其对MEO脂肪醇聚醚在清洁性能上的影响。

2.2.1 非离子表面活性剂对清洗结果的影响

测试的配方样品如表3所示，样品半透明，其中的非离子表面活性剂分别采用MEO-100、MEO-86、AEO-9、MEO-100:MEO-86=2:1配制成4款，并与不加洗涤剂时的清洗结果进行比较，按照评价方式对餐具洗净效果进行评分，测试结果如图4所示。

由图4可知，在无洗涤剂的情况下，单纯依靠洗碗机内部水流的机械力与热能，对污垢的去除效果非常差。4种配方对小餐碟和大餐盘这类径深比大的餐具的清洗结果相差不大，都能有效洗净表面污垢，但对陶瓷碗这类有深度的餐具和不规则餐勺的污垢清洗有着差别，原因可能是小餐碟和大餐盘内凹平面大且平整，污垢能均匀分布，而碗勺类无大面积平整平面，整体呈凹陷状，污垢易聚集于最低点，使得其不易除去。MEO类的洗涤剂对诸如碗勺这类餐具的清洗效果要优于AEO-9。

图4 不同非离子表面活性剂配方下的污垢清洗性能对比

由图5可看出，在餐具晾干后的表面光洁程度比较中，不加洗涤剂清洗的餐具组，其光洁程度很差。对比4种配方清洗后餐具表面的光亮效果，MEO-86对表面水渍和膜痕的抑制效果最好，MEO-100次之，AEO-9最差，洗净后有小面积膜痕，影响光洁。MEO类洗涤剂对餐具的光洁效果优于AEO-9。

图5 不同非离子表面活性剂配方下的光洁程度对比

由图6可知，在小型餐具如餐勺类的干燥速度上，差别不明显，原因可能是热能使得其干燥速度过快。而在其他餐具上，MEO类的干燥速度快于AEO-9。各类配方在大餐盘上的干燥速度都比较慢，原因可能是餐具面积大，而且餐盘是密胺材质，不如陶瓷及不锈钢表面光滑平整，水珠易附着，不易干燥。

2.2.2 螯合剂对清洗结果的影响

螯合剂通过与水中存在的钙镁离子结合，减少难溶性盐在水中的沉淀，降低水的硬度，确保不会被水中钙镁离子影响洗涤。作为软化硬水，增强洗涤效果的一类助剂，螯合剂在洗涤剂配方中不可或缺，改变螯合剂的配方，样品成分见表4。

图6 不同非离子表面活性剂配方下的干燥速度对比

样品半透明，其中的螯合剂分别采用柠檬酸钠、EDTA-2Na、EDTA-4Na及去离子水配制成4款，按照评价方式对餐具洗净效果进行评分，测试结果如图7所示。

由图7可知，在改变螯合剂种类的情况下，对于小餐碟和大餐盘污垢的洗净能力，各类螯合剂的差别不大，甚至不加螯合剂都能达到良好的去污效果。但在碗勺这类餐具上，乙二胺四乙酸钠盐对污垢的洗净能力优于柠檬酸钠，柠檬酸钠对污垢的清洗能力有提高，但在配方中不明显。故若要增强MEO类配方洗涤剂的去污能力，使用乙二胺四乙酸钠盐的效果更好。

表4 采用不同螯合剂的配方中各成分所占份数

图7 不同螯合剂配方下的污垢清洗性能对比

由图8可知，在小餐碟上比较不同螯合剂配方洗净后的光洁程度是不明显的，而在大餐盘和碗勺上的光亮比较中，柠檬酸钠明显更胜一筹，EDTA-2Na次之，EDTA-4Na较差，有部分水渍和膜痕产生。因此，若洗涤剂洗净餐具后餐具表面光亮较差，可适当增加柠檬酸钠的使用量。

由图9可知，在干燥速度上，各类螯合剂配方在不同餐具的干燥上差别不大，在大餐盘上剩余水珠量都是20～30之间，勺子上都低于5个。而在小餐碟的干燥速度上，柠檬酸钠和去离子水的水珠数都在10个以下，乙二胺四乙酸钠盐都在5个之下，在陶瓷碗中的水珠差异也不明显，在干燥速度方面整体无较大差别。

2.2.3 分散剂对清洗效果的影响

分散剂有着分散污垢微粒，防止污垢在餐具表面再沉积的作用，加入能够与螯合剂协同，产生更好的清洗效果，并减少螯合剂的添加量。改变分散剂的配方样品成分见表5。

图8 不同螯合剂配方下的光洁程度对比

图9 不同螯合剂配方下的干燥速度对比

表5 采用不同分散剂的配方中各成分所占份数

样品半透明，其中的分散剂分别采用聚丙烯酸钠、马来酸-丙烯酸共聚物钠盐及去离子水配制成3款，按照评价方式对餐具洗净效果进行评分，测试结果如图10所示。

图10 不同分散剂配方下的污垢清洗性能对比

由图10可以看出，在改变分散剂种类后，大餐盘和小餐碟上的污垢都能有效去除干净，对于碗勺而言，不加分散剂的洗涤效果会差一些，PMA-40对污垢的洗净能力更好，MP-70k的洗净能力弱于PMA-40，故选择PMA-40增强配方的去污性能。

由图11可知，在光洁度方面，不加分散剂的配方在光亮的效果上弱于添加了分散剂的，而添加了分散剂的几种配方中，虽然各配方组分差别不大，但PMA-40对餐具的光亮效果的表现相较其他配方更优，MP-70k次之，因此若要使配方作用于餐具后表现出更光洁的效果，选择PMA-40更合适。

由图12可知，小碟和勺子在干燥速度上无明显差别，但在面积较大的餐具上就能体现出差异。在大餐盘上，MP-70k具有较好的催干效果，能使餐具表面的水珠较快干燥，而陶瓷碗上各类分散剂配方都能使表面水珠较快干燥，无分散剂配方的干燥速度在大餐盘和陶瓷碗中弱于含分散剂的配方，可能是因为分散剂也有能降低餐具与水之间的表面张力的能力，促使餐具更快干燥。

图11 不同分散剂配方下的光洁程度对比

3 结论

通过以上实验可知，在机洗洗涤剂的配方设计中，非离子表面活性剂的选择上，MEO表面活性剂优于AEO-9，MEO类表面活性剂对比AEO-9，有着较低的泡沫性能、良好的生物降解性和去污能力，在光洁程度和干燥速度上也稍好于AEO-9。在探究其他助剂如螯合剂和分散剂对MEO表面活性剂性能的影响中，发现螯合剂EDTA-2Na和分散剂PMA-40在去污能力上有着更好的表现，而螯合剂柠檬酸钠和分散剂PMA-40在餐具光洁上有更好的表现，干燥速度方面，螯合剂对餐具表面的催干效果并无明显差别，而分散剂中虽然也无十分明显的差异，但MP-70k在餐具表面的催干效果上表现还是稍好于其他两款。

综上所述，MEO脂肪醇聚氧烷基醚搭配EDTA-2Na、柠檬酸钠和PMA-40等助剂，相比AEO-9，在洗碗机餐具清洁上有着明显优势，其作为绿色环保且低泡的非离子表面活性剂，在洗碗机洗涤剂市场上具有良好的发展前景。