高效非离子表面活性剂在洗衣凝珠中的应用探索

胡鹛元 李全伟

联泓（江苏）新材料研究院有限公司，江苏常州，213146

回顾近几年中国洗涤用品行业发展历程，可以看到行业的生产规模、产品结构、标准体系等都迈上了新台阶，行业发展已渐入成熟期，但经济效益走势已出现拐点。据国家统计局统计数据，“十三五”期间合成洗涤剂营业收入同比下降12.15%，利润总额同比减少29.41%，洗涤用品生产企业面临激烈的市场竞争[1]。同时，在城镇化加速、人口结构转型、消费升级、环保需求提高的共同作用下，消费者对洗涤用品有了多元化的需求。因此，开发新剂型产品、丰富产品结构、布局新领域，是洗涤用品生产企业提升市场竞争力和影响力的有效途径。洗衣凝珠是快速增长的典型品类，2018年以来，洗衣凝珠产量迅速增长，市场销售额超过15亿元，受到了行业内的广泛关注[1]。

洗衣凝珠使用方便、性能优良、节能环保，并且满足了消费者个性化的需求，这些特性让消费者认可了洗衣凝珠类产品。同时，由于洗衣凝珠的单次用量是传统洗衣液体积的1/2或1/3，洗衣凝珠配方类似于超浓缩洗衣液配方，消费者在使用过程中无须考虑使用剂量问题，无意中就使用了浓缩洗涤产品，所以洗衣凝珠的发展有望促进洗涤剂浓缩化[2]。从行业政策性文件可以看到，推动洗涤剂浓缩化进程、大力发展洗衣凝珠等高浓缩新剂型洗涤剂是行业发展的重点工作[3]。

在市场和政策的双重作用下，洗衣凝珠快速发展，只有提升其核心竞争力，也就是洗衣凝珠的品质，才能在市场竞争中占有一席之地。洗衣凝珠由水溶膜和浓缩洗涤剂组成，水溶膜的特性要求凝珠液含水量一般在15%以下，只使用普通原料很难达到要求的固含量。洗衣液中常用的表面活性剂有直链烷基苯磺酸盐（LAS）、月桂醇醚硫酸酯盐（AES）、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）等，其中LAS、AES常温下溶解度有限，AEO溶解速度较慢并且易形成凝胶。为了使凝珠液含水量少和配方稳定，一般采取的方法是加入溶剂或应用特殊非离子表面活性剂，如异构醇醚，但溶剂本身没有去污力，部分异构醇醚无法到达与AEO同等的去污力。若要兼顾浓缩洗涤剂配方的稳定性和高去污力，可以筛选使用方便且去污力高的非离子表面活性剂。

对比不同结构的非离子表面活性剂，可以发现在脂肪醇环氧乙烯醚分子中引入聚氧丙烯链节，在一定程度上能改进倾点、溶解速度、泡沫、清洗力、润湿力等性能，而且与阴离子表面活性剂的配方相容性好，适用于浓缩洗涤剂。本实验对脂肪醇聚氧烷基醚MSC 99的倾点、水溶性、泡沫力和去污力，以及在洗衣凝珠配方中的应用性能进行了研究，为其在洗衣凝珠中的应用提供参考。

1 实验

1.1 试剂和仪器

直链C12～C14醇聚烷氧基醚（MSC 99）、支链C13醇聚氧乙烯醚（HIT 3009）、支链C10醇聚烷氧基醚（HIC 2108）、直链C12～C14醇聚氧乙烯醚（AEO 2409），99%，联泓新材料科技股份有限公司；月桂醇醚硫酸酯钠AES-70，70%，直链烷基苯磺酸LAS，99%，南京金桐；三乙醇胺TEA，99%，DOW；一水柠檬酸，99%，英轩；无水柠檬，99%，英轩；甘油，99%，KLK；丙二醇，99%，Shell；去离子水，实验室自制。

标准污布：JB-01，碳黑污布；JB-03，皮脂污布，中国日用化学工业研究院。

SYP 1022-Ⅲ石油产品倾点、浊点、凝点、冷滤点试验器，上海神开；K 100表面张力仪，Krüss；匀质机，艾卡T18；WXJ-6立式去污机，武汉科恒；WSB-3A智能式数字白度计，温州方圆。

1.2 实验内容

1.2.1 倾点测试

取适量非离子表面活性剂置于倾点仪配套试管中，按照《石油产品倾点测定法》（GB/T 3535—2006）观察样品流动性，记录样品倾点。

1.2.2 凝胶范围测试

在烧杯中放入一定量的去离子水，于搅拌状态下缓慢加入非离子表面活性剂，观察并记录非离子表面活性剂添加量和混合物的状态。反之，在烧杯中放入一定量的非离子表面活性剂，搅拌状态下缓慢加入去离子水，观察并记录去离子水添加量和混合物的状态。去离子水和非离子表面活性剂均恒温至40℃，混合后在40℃水浴中观察。

1.2.3 泡沫性能测试

使用250 mg/kg硬水配制50 ml质量分数为0.01%的非离子表面活性剂水溶液，添加至100 ml具塞量筒中，握住具塞量筒两端，上下剧烈振荡数次，记录振荡后初始泡沫体积和5 min后的泡沫体积。

1.2.4 乳化性能测试

使用250 mg/kg硬水配制质量分数为0.01%的非离子表面活性剂水溶液，取40 ml待测液添加至100 ml高脚烧杯，再加入40 ml大豆油，将混合物用匀质机高速搅拌1 min，静置并记录下层水相析出10 ml所需时间。

1.2.5 界面张力测试

使用250 mg/kg硬水配制质量分数为0.01%的非离子表面活性剂水溶液，取适量待测溶液于Krüss K 100配套玻璃皿中，再加入适量大豆油，放置测试用铂金环，仪器通过测量环下液膜产生的拉力来测定界面张力，记录界面张力。

1.2.6 去污力测试

按照《衣料用洗涤剂去污力及循环洗涤性能的测定》（GB/T 13174—2008），使用250mg/kg硬水配制质量分数为0.01%的非离子表面活性剂水溶液，测试对碳黑污布和皮脂污布的去污力。

将非离子表面活性剂复配制成洗衣凝珠液基础配方，使用量为标准洗衣液的1/6、1/8、1/12，与标准洗衣液对比碳黑污布和皮脂污布的去污力。

1.2.7 洗衣凝珠配方测试

将非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、溶剂等复配成洗衣凝珠液基础配方，参考《洗衣凝珠》（QB/T 5658—2021）考察不同配方的稳定性、水溶性，并与标准洗衣液对比去污力。

2 结果与讨论

2.1 倾点

按照《石油产品倾点测定法》（GB/T 3535—2006）测试脂肪醇聚氧烷基醚MSC 99的倾点，并与异构醇醚、AEO对比。从表1中可以发现，MSC 99的倾点最低可到3℃，比异构醇醚的倾点低。在低温条件下，MSC 99比异构醇醚操作更方便，可以提高冬季生产效率及节省能源。

表1 MSC 99倾点对比

2.2 凝胶范围测试

观察对比40℃时MSC 99、异构醇醚HIC 2108、HIT 3009和AEO 2409水溶液的外观。从图1中可以发现，MSC 99只有一段较窄的凝胶区间，在浓缩洗涤剂生产过程中可以很快溶解在水中，适用于活性物含量较高的超浓缩洗涤剂配方。

图1 40℃表面活性剂水溶液流变状态

2.3 泡沫性能测试

0.01 %表面活性剂水溶液手摇泡沫测试结果记录了初始泡沫体积和5 min后泡沫体积，分别对应表面活性剂的起泡性和泡沫稳定性。从图2可以看出，低浓度下，MSC 99的低泡性能仅次于异构C10醇聚醚HIC 2108，优于AEO 2409和异构C13醇聚醚HIT 3009。在实际应用中，MSC 99可以降低洗衣凝珠的泡沫，减少漂洗次数，达到提升效率、节省能源的目的。

图2 MSC 99泡沫性能对比

2.4 乳化性能及界面张力测试

在乳化过程中，表面活性剂若能有效降低界面张力使油水界面更易形成，则有助于乳液的稳定性。对油脂乳化能力越好的表面活性剂则对油脂类污垢的去除越有正向作用。从图3实验结果可知，MSC 99可以明显降低油水界面张力，对植物油的乳化力优于其他表面活性剂。

图3 MSC 99乳化性能和界面张力对比

2.5 去污力测试

按照《衣料用洗涤剂去污力及循环洗涤性能的测定》（GB/T 13174—2008）测试MSC 99对国标碳黑污布和皮脂污布的洗涤能力，并与异构醇醚、AEO对比。从图4中可以看出，MSC 99对皮脂污布的去污力与AEO 2409相近，明显优于异构C10醇聚醚和异构C13醇聚醚。

图4 MSC 99去污力对比

2.6 洗衣凝珠液配方开发及性能对比

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%；根据《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温环境中要有稳定性，洗衣凝珠液配方的去污力不低于标准洗衣液的4倍。根据以上原则，通过原料筛选和大量配方优化工作，设计出洗衣凝珠液基础配方，如表2所示。

表2中的非离子表面活性剂分别使用AEO 2409、HIC 2108、HIT 3009、MSC 99，配制成4个洗衣凝珠液配方，配方的稳定性及使用性如表3所示。使用MSC 99配制的洗衣凝珠液样品低温稳定性最好，在温度较低的水中也能快速溶解，MSC 99有助于提升配方的低温稳定性和水溶性。

表2 洗衣凝珠液基础配方

去污力是洗衣凝珠的核心竞争力，为了更直观的对比，将表3中的洗衣凝珠样品用量定为标准洗衣液用量的1/6、1/8和1/12，与标准洗衣液对比洗涤效果，结果见表4。MSC 99和AEO 2409配制的凝珠样品都能达到标准洗衣液的12倍去污力。

表3 洗衣凝珠液配方低温稳定性和低温水溶性对比

表4 洗衣凝珠液配方去污力对比

3 结论

与异构醇醚和直链AEO产品相比，高效非离子表面活性剂MSC 99具有倾点低、凝胶区窄、泡沫低、去污力强的优势，非常适用于洗衣凝珠及其他浓缩型洗涤产品。MSC 99在应用过程中操作方便、高效环保，是一款具有应用潜力的产品。