仲烷基醇醚及其在濃縮洗衣液中的應(yīng)用性能研究

劉心建 李夢雪 王澤云 邵文竹

（南風(fēng)化工集團股份有限公司，山西運城，044000）

洗滌劑的濃縮化發(fā)展趨勢在行業(yè)內(nèi)早已達成共識[1,2]，只是受洗滌習(xí)慣和消費水平等因素影響，我國洗滌劑在濃縮化的道路上才表現(xiàn)得步履維艱。所以，相比洗滌劑濃縮化進程基本完成的歐、美、日等發(fā)達國家市場，我國濃縮洗滌劑的增長空間巨大。

濃縮洗衣液在我國是指總活性物含量超過25%的織物用液體洗滌劑，目前國內(nèi)市場上濃縮洗衣液的活性物含量已知最高可達70%。洗衣液配方活性物含量越高，對配方技術(shù)的要求越高，與之相應(yīng)的開發(fā)難度也越大。高活性物含量液洗劑開發(fā)的技術(shù)難點在于如何有效地解決配方的高低溫穩(wěn)定性及產(chǎn)品的水溶分散問題。針對此問題，如下3種方案的應(yīng)用最為常見：一是在配方中加入二甲苯磺酸鈉、異丙苯磺酸鈉等水溶助長劑或/和乙醇、丙二醇等溶劑[3-6]；二是降低脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯鈉(AES)、直鏈脂肪(伯)醇聚氧乙烯醚(AEO，簡稱直鏈醇醚)等凝膠范圍寬的原料在配方中的添加量；三是采用仲烷基磺酸鈉(SAS)、支鏈脂肪(伯)醇聚氧乙烯醚(也稱異構(gòu)醇醚，本文簡稱支鏈醇醚)等凝膠范圍窄的原料代替AES和AEO[7,8]。對比3種方案，助長劑和溶劑本身對于產(chǎn)品洗滌性能的提升并無明顯幫助，然而卻會實實在在地造成資源浪費，徒增產(chǎn)品成本；降低AES和AEO的配方添加量，無疑會使產(chǎn)品的濃縮化水平大打折扣，同時嚴(yán)重影響產(chǎn)品的去污性能。故采用凝膠范圍窄的原料替代AES和AEO的方案將是國內(nèi)未來濃縮液體洗滌劑配方研發(fā)的首選。

仲烷基醇醚是由正構(gòu)烷烴氧化制得的仲醇再經(jīng)烷氧基化反應(yīng)而制得的一種非離子表面活性劑[9]，具有低黏度、低傾點，易溶解、凝膠范圍窄，潤濕和去污力強，消泡快，相比支鏈醇醚更易降解，安全性高等特點，同各類型表面活性劑及洗滌助劑配伍性能優(yōu)良，可以廣泛應(yīng)用于各品類的家用清洗劑和紡織、皮革、制漿造紙等工業(yè)領(lǐng)域[10]。本文以目前液體洗滌劑配方中最主要表面活性劑直鏈醇醚AEO-9、AEO-7和濃縮液體洗滌劑配方中最常用表面活性劑支鏈醇醚1309、1307為對照，系統(tǒng)研究了仲烷基醇醚的理化和應(yīng)用性能。同時參考文獻[6]，重點研究了仲烷基醇醚應(yīng)用于濃縮洗衣液對產(chǎn)品性能的影響，旨在為各業(yè)內(nèi)同行在研發(fā)濃縮液體洗滌劑時提供一些有益參考。

1 實驗

1.1 試劑和儀器

C12-C14仲烷基醇醚SOFTANOL 90、SOFTANOL 70，日本觸媒公司；C12-C14直鏈醇醚AEO-9、AEO-7，聯(lián)泓新材料有限公司；C13支鏈醇醚1309、1307，上海索凱實業(yè)有限公司；洗滌劑配方用其他原料均為市售工業(yè)品；標(biāo)準(zhǔn)洗衣液、國標(biāo)污布(碳黑污布JB-01、皮脂污布JB-03)，全國表面活性劑洗滌用品標(biāo)準(zhǔn)化中心。

白度儀，北京康光儀器有限公司；立式去污機、改進羅氏泡沫儀，中國日用化學(xué)研究院有限公司。

1.2 實驗方法

(1) 表面活性劑傾點的測定

參照GB/T 3535-2006《石油產(chǎn)品傾點測定法》進行測定。

(2) 表面活性劑濁點的測定

參照GB/T 5559-2010《環(huán)氧乙烷型及環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段聚合型非離子表面活性劑 濁點的測定》進行測定。

(3) 表面活性劑潤濕力的測定

參照GB/T 11983-2008《表面活性劑潤濕力的測定 浸沒法》進行測定。

(4) 表面活性劑乳化力的測定

量取40mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的試樣水溶液和40mL食用大豆油于具塞量筒中，上下猛烈振動量筒10次，靜置觀察，用秒表記錄分出10mL水相的時間，測定3次取平均值，時間越長表明乳化力越強。

(5) 表面活性劑和洗衣液去污力的測定

參照GB/T 13174-2008《衣料用洗滌劑去污力及循環(huán)洗滌性能的測定》進行測定。

(6) 表面活性劑和洗衣液發(fā)泡力的測定

參照GB/T 7462-1994《表面活性劑 發(fā)泡力的測定 改進Ross-Miles法》進行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性能

2.1.1 傾點

參照GB/T 3535-2006《石油產(chǎn)品傾點測定法》測定仲烷基醇醚的傾點，并與直鏈醇醚和支鏈醇醚進行對比，結(jié)果見表1。從表1可以看出，相同碳原子數(shù)，相同EO加成數(shù)的不同醇醚，仲烷基醇醚的傾點普遍較直鏈和支鏈醇醚低。因此，在低溫條件下應(yīng)用，仲烷基醇醚同直鏈醇醚及支鏈醇醚相比都將具有更為突出的優(yōu)勢。

2.1.2 濁點

濁點是衡量非離子表面活性劑親水性的一個重要指標(biāo)，也可以反映出非離子表面活性劑在水中的相對溶解度大小。參照GB/T 5559-2010《環(huán)氧乙烷型及環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段聚合型非離子表面活性劑 濁點的測定》測定仲烷基醇醚的濁點，并與直鏈醇醚和支鏈醇醚進行對比，結(jié)果見表2。從表2可以看出，相同碳原子數(shù)，相同EO加成數(shù)的不同醇醚，直鏈醇醚的濁點遠(yuǎn)高于支鏈醇醚和仲烷基醇醚，說明支鏈醇醚和仲烷基醇醚在水中的溶解度要小于直鏈醇醚；1309和SOFTANOL90的濁點比較接近，說明二者在水中的溶解度相當(dāng)。同SOFTANOL70相比，研究發(fā)現(xiàn)，1307的水溶性較差，其水溶液為渾濁狀態(tài)且靜置后分層。

2.1.3 水溶性

常溫下，將各待測試劑用去離子水分別配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的溶液，靜置24h觀察，結(jié)果見表3。從表3中可以看出，相同碳原子數(shù)，相同EO加成數(shù)的不同醇醚，直鏈醇醚較支鏈醇醚和仲烷基醇醚遇水易形成凝膠，說明在低溫條件下生產(chǎn)洗滌劑時直鏈醇醚將比支鏈醇醚和仲烷基醇醚需要消耗更多的能量。1307水溶性較差，溶液呈渾濁狀態(tài)而且靜置后分層。

2.1.4 潤濕力

常溫下，將各待測試劑用去離子水分別配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的溶液，參照GB/T 11983-2008《表面活性劑潤濕力的測定 浸沒法》測定仲烷基醇醚的潤濕性能，并與直鏈醇醚和支鏈醇醚進行對比，結(jié)果見表4。從表4可以看出，相同碳原子數(shù)，相同EO加成數(shù)的不同醇醚，仲烷基醇醚的潤濕力遠(yuǎn)優(yōu)于直鏈醇醚和支鏈醇醚。

表1 仲烷基醇醚的傾點

表2 仲烷基醇醚的濁點

2.1.5 乳化力

量取40mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的試樣水溶液和40mL食用大豆油于具塞量筒中，上下猛烈振動量筒10次，靜置觀察，用秒表記錄分出10mL水相的時間，各樣品平行測定3次取其算術(shù)平均值，結(jié)果見表5。從表5可以看出，相同碳原子數(shù)，相同EO加成數(shù)的不同醇醚，仲烷基醇醚和支鏈醇醚的的乳化力遠(yuǎn)優(yōu)于直鏈醇醚，仲烷基醇醚稍劣于支鏈醇醚。

表4 仲烷基醇醚的潤濕力

表5 仲烷基醇醚的乳化力

2.1.6 去污力

去污力是洗滌劑對表面活性劑最基本、最重要的一項性能要求，表面活性劑去污力的大小直接決定著洗滌劑產(chǎn)品的去污性能。參照GB/T 13174-2008《衣料用洗滌劑去污力及循環(huán)洗滌性能的測定》測定仲烷基醇醚的去污力，并與直鏈醇醚和支鏈醇醚進行對比，結(jié)果見圖1。從圖1可以看出，相同碳原子數(shù)，相同EO加成數(shù)的不同醇醚，仲烷基醇醚與直鏈醇醚和支鏈醇醚對碳黑污布的去污力基本相當(dāng)；SOFTANOL90對皮脂污布的去污力與AEO-9相當(dāng)，優(yōu)于1309；SOFTANOL70相比AEO-7對皮脂污布的去污力差距明顯。

2.1.7 發(fā)泡力

泡沫高度和穩(wěn)定性是表面活性劑的一項重要理化性能，在洗滌劑配方中其直接影響著產(chǎn)品的泡沫性能，決定著到產(chǎn)品的漂洗難易程度。表6研究了仲烷基醇醚和直鏈醇醚以及支鏈醇醚的泡沫性能和泡沫穩(wěn)定性。從表6中可以看出，相同碳原子數(shù)，相同EO加成數(shù)的不同醇醚，仲烷基醇醚和支鏈醇醚的消泡速度遠(yuǎn)高于直鏈醇醚，其中仲烷基醇醚的消泡速度最快，更適用于織物洗滌和工業(yè)類清洗產(chǎn)品。

圖1 仲烷基醇醚的去污力

2.2 應(yīng)用性能

2.2.1 配方實驗

參考文獻[6]中配方(F1)，并依據(jù)其制備方法配制濃縮洗衣液，如表7所示。

將表7各配方樣品一式3份分別于室溫、(40±2)℃、(0±2)℃條件下放置一個月，同時做(40±2)℃和(-5±2)℃條件下各放置24小時的冷熱循環(huán)實驗。結(jié)果顯示，各樣品在考察前后的狀態(tài)無明顯差異，說明仲烷基醇醚SOFTANOL90、SOFTANOL70與實驗配方用各原料具有良好的配伍性。表7還表明，SOFTANOL90、SOFTANOL 70替代AEO-9、AEO-7用于濃縮洗衣液配方可以降低配方中溶劑的添加量。

表6 仲烷基醇醚的發(fā)泡力

2.2.2 去污性能

去污力是洗滌劑最為重要的一個性能指標(biāo)。采用國標(biāo)碳黑污布JB-01、國標(biāo)皮脂污布JB-03，以標(biāo)準(zhǔn)洗衣液的洗滌濃度2.0g/L做參照，選定實驗配方洗衣液的洗滌濃度為1.0g/L，進行去污力測試。結(jié)果見表8。從表8中可以看出，在實驗所采用濃縮洗衣液配方體系中，3種醇醚對JB-03污布的去污力沒有明顯差異，仲烷基醇醚和支鏈醇醚對JB-01污布的去污力基本相當(dāng)，明顯高于直鏈醇醚。說明在濃縮洗衣液配方設(shè)計過程中的產(chǎn)品去污性能考量上，仲烷基醇醚完全可以和支鏈醇醚一起作為配方中醇醚型非離子表面活性劑的選項。此外，從表8中還可以看出，溶劑在配方中對產(chǎn)品去污力的提高確實沒有明顯作用，故各配方研發(fā)師在設(shè)計配方時應(yīng)盡力避免對溶劑的應(yīng)用或最大程度地降低溶劑用量。

2.2.3 泡沫性能

泡沫性能也是洗滌劑應(yīng)用性能的一項重要指標(biāo)，直接影響產(chǎn)品的漂洗性能。隨著全自動洗衣機的普及，在衣料用液體洗滌劑中，低泡節(jié)水型洗衣液更受消費者歡迎[11,12]。表9研究了仲烷基醇醚和直鏈醇醚以及支鏈醇醚應(yīng)用于洗衣液的泡沫性能和泡沫穩(wěn)定性。從表9中可以看出，仲烷基醇醚的消泡速度遠(yuǎn)高于直鏈醇醚，而且也明顯優(yōu)于濃縮洗衣液常用表面活性劑支鏈醇醚。說明在濃縮型低泡洗衣液配方中仲烷基醇醚比支鏈醇醚優(yōu)勢明顯，更能提高洗衣液的漂洗性能。

3 結(jié)論

(1) 仲烷基醇醚具有傾點低、水溶性好，潤濕、乳化力強，去污優(yōu)良、消泡速度快等特點。在傳統(tǒng)直鏈醇醚應(yīng)用受到制約的濃縮型液體洗滌劑配方當(dāng)中，仲烷基醇醚的綜合性能同支鏈醇醚相當(dāng)，二者基本可以相互替代使用，在消泡速度和易漂洗程度方面，仲烷基醇醚較支鏈醇醚的優(yōu)勢更為明顯。

(2) 在濃縮洗衣液應(yīng)用中，仲烷基醇醚與配方用各組分配伍性良好，可以降低配方中溶劑的添加量。仲烷基醇醚和直鏈醇醚以及支鏈醇醚對國標(biāo)皮脂污布的去污力無明顯差別，但在對國標(biāo)碳黑污布的去污力上，仲烷基醇醚和支鏈醇醚相當(dāng)明顯優(yōu)于直鏈醇醚。此外，添加仲烷基醇醚的產(chǎn)品消泡快、易漂洗。

表9 實驗配方的泡沫性能對比