新型商業洗衣用植物基非離子表面活性劑

馬曉琳 梁 冰 姜 丹

（陶氏化學（中國）投資有限公司，上海，201203）

近年來，隨著經濟騰飛和城市化進程的加速，面向賓館、酒店、醫院等機構的商業洗衣行業也進入了快速發展時期。商業洗衣的清潔對象是布草織物，主要來自客房（床單、被套、枕套等）、衛?。娼怼⒃∨鄣龋┖筒蛷d（臺布、口布、廚衣等）。商用布草洗滌過程與家庭洗衣不同，商業洗衣包括預洗、主洗、漂洗、中和、柔軟和上漿[1-2]。在所使用的化學產品中，主洗劑和乳化劑配方通常添加表面活性劑，以達到潤濕織物、乳化并去除污漬的效果。脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-9）廣泛使用在這類產品中，去污力較好，但通常泡沫穩定性高而影響漂洗效果，且容易形成凝膠和低溫固化而不利于配制和生產。針對上述情況，開發一種低凝點，快速破泡且具有優良潤濕和乳化性能的新型非離子表面活性劑成為研究領域的熱點。

TERGITOL? LA（LA-7和LA-9）系列是以植物來源的脂肪醇為起始劑，經烷氧基化反應制得的環保型非離子表面活性劑，具有易生物降解、低氣味和低水生毒性的特點。本研究針對泡沫、潤濕、乳化、凝膠范圍和傾點等性能進行測試，與商業洗衣配方中常用的非離子表面活性劑AEO-9相比，考察了該系列用于商業洗衣產品的潛力。

1 實驗原料及儀器

實驗用到的原料及儀器分別見表1和表2。

表1 實驗主要原料

表2 實驗主要儀器

2 實驗方法

2.1 泡沫性能（羅氏泡沫法）

方法參考國標GB/T 13173－2008的發泡力測試，采用去離子水配制1 g/L的表面活性劑水溶液，在室溫（約22℃）下進行測試。先用去離子水清洗刻度量管和滴液管，然后用試液潤洗，避免泡沫殘留。關閉刻度量管旋塞，將試液沿管壁加入至50 mL刻度線以上，靜置5 min，調節旋塞使液面恰好在50 mL刻度處；使用滴液管吸取200 mL試液并將其放在刻度量管上口；打開滴液管的旋塞，讓溶液流下；當溶液流完立即開始計時并讀取初始泡沫高度，在5 min末再讀取第二次讀數。

2.2 潤濕性能（動態表面張力測試）

使用KRUSS BP100動態表面張力儀，利用最大泡壓法測定。原理為在液相中的毛細管底部生成氣泡，隨著氣泡產生，曲率不斷增加，氣泡內壓力也相應增大，直至氣泡半徑與毛細管半徑相同，此時氣泡內壓力達到最大值。儀器給出的測量結果對應的是一定表面年齡（Surface Age）下的表面張力，表面年齡為從氣泡開始產生到最大壓力之間的時間。表面張力對表面年齡的關系可以通過不同的鼓泡速度測出。

本實驗配制1 g/L的表面活性劑溶液，測試表面年齡在10 ms至2000 ms（2 s）間該溶液的表面張力，并繪制相應曲線。

2.3 乳化性能

配制5 g/L的表面活性劑溶液，并將20 mL倒入100 mL量筒，再加入20 mL液體石蠟。上下震搖量筒10次為一輪，重復震搖5輪，每輪之間靜置1 min。第五輪震搖結束后開始計時，觀察分層情況，記錄分層后水層液體達到5 mL的時間。時間越長，說明乳化能力越好。

2.4 凝膠范圍

配制一系列不同質量分數（1 0%，2 0%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%）的表面活性劑水溶液，加熱至60℃以確保混勻，然后冷卻至室溫（約22℃）。觀察溶液流動性，若倒置后5 s不流動即為凝膠態。

2.5 傾點

將表面活性劑樣品倒入測試管中至刻度線處并置于恒溫45℃熱水浴中，至樣品上方溫度計顯示為45℃時取出。之后將測試試管固定于O型定位卡槽內，待樣品接近凝固時，取出樣品并成45°角進行流動性觀察（3 s內完成）。若樣品已凝固且不流動，進一步將樣品管傾倒至90°水平觀察其流動性（5 s內）。若仍不具有流動性，記錄實際測得溫度。反之，若樣品流動，重新放回O型定位卡槽內并將溫度下調3℃，重新觀察樣品流動性，直至樣品不流動并記錄其溫度值。

3 結果及討論

3.1 泡沫測試

尋求快速破泡的表面活性劑一直是商業洗衣配方開發的關注點之一，易破泡不僅在洗滌過程中減少了泡沫累積溢出的風險，更為漂洗過程帶來便利。相對陰離子表面活性劑來說，非離子表面活性劑的泡沫體積較低。而通過對親水鏈的修飾（例如引入疏水基團）則有利于進一步降低非離子表面活性劑的泡沫穩定性。羅氏泡沫法測試顯示（圖1），TERGITOL? LA系列與AEO-9的起始泡沫高度接近，但消泡速度要顯著快于AEO-9。起泡5 min后，泡沫高度僅為初始的1/5。

3.2 動態表面張力測試

圖1 表面活性劑的羅氏泡沫高度（1 g/L，22℃）

動態表面張力是指表面活性劑溶液在新界面達到吸附平衡前某一時刻的表面張力，反映的是在動態過程中表面張力隨著時間變化的情況。動態表面張力與體系中表面活性劑的遷移速度相關，而其遷移速度反映了該表面活性劑的潤濕性能。表面活性劑遷移速度越快，在同樣的時間下，表面張力降得越低，潤濕底材的速度越快[3-5]。結果顯示（圖2），TERGITOL? LA-7與LA-9的動態表面張力表現接近。它們的曲線都明顯低于AEO-9，說明TERGITOL? LA系列的表面張力降低速度要優于AEO-9，這一特點對于在衣物洗滌時的快速潤濕起到重要的作用。

3.3 乳化性能

圖2 表面活性劑的動態表面張力（1 g/L）

在主洗中，表面活性劑需要快速乳化去除織物上的污垢。乳化力是衡量非離子表面活性劑清洗性能的重要指標之一。將表面活性劑水溶液與石蠟混合搖勻后記錄水相分層達到5 mL所需的時間，需要的時間越長，說明乳化能力越好。結果顯示（圖3），TERGITOL? LA-7與石蠟的混合液分層的速度最慢，說明其乳化性能更好。TERGITOL? LA-9的性能接近且略優于AEO-9。

圖3 表面活性劑的乳化性能（5 g/L）

3.4 凝膠范圍

表面活性劑作為雙親分子，具有極性基團（可以形成氫鍵）和非極性基團，在與水混合后，易通過非共價的弱相互作用，形成網絡結構的骨架而使體系凝膠化[6-7]。濃縮化是液體洗滌劑的重要發展方向之一，而表面活性劑水溶液在形成凝膠后，會導致流動性變差和溶解速度變慢，對配方設計配制以及使用中的分配稀釋帶來不利影響[8]。因此，縮小表面活性劑的凝膠區間是受到關注的熱點。實驗通過配制不同濃度的表活水溶液進行觀察，發現AEO-9在質量分數為40%～70%范圍內均出現凝膠，而TERGITOL? LA系列在相應濃度下仍具有流動性（圖4～圖5）。

3.5 傾點

圖4 表面活性劑的凝膠范圍

圖5 凝膠和黏稠液體

傾點反映了原料的低溫流動性，傾點越低，表面活性劑的低溫流動性越好。通過2.5方法，測得3個表面活性劑的傾點（表3）。AEO-9傾點較高，在使用前常常需要烘料，給配制操作帶來不便。TERGITOL? LA-7和LA-9的傾點都低于5℃，相對AEO-9有了顯著的提升，可以在大部分情況下避免配制洗衣產品需烘原料的缺陷。有研究顯示[9]，低溫流動性較好的水溶性液體通常在水中的溶解速度也優于流動性較差的。因此，TERGITOL? LA系列可以完全或部分替代AEO-9以提升商用洗衣配方的溶解速率，進而增進洗滌效果。

表3 表面活性劑的傾點

4 結論

通過與常規非離子表面活性劑A E O-9 相比，植物醇起始的新型環保型非離子表面活性劑TERGITOL? LA-7和LA-9具有快速破泡性能，可以幫助配方減少或去除消泡劑的使用。同時，TERGITOL? LA系列還表現出更低的動態表面張力和更強的乳化性能，在洗滌中可以快速滲透織物并乳化油污，從而提高洗滌效率。最后，該系列產品在水溶液中無凝膠范圍，且相比AEO-9低溫流動性更好，有益于配方的生產配制和使用中的分配投料。這些特點表明，TERGITOL? LA-7和LA-9具有在商業洗衣產品中部分或完全替代AEO-9使用的潛力。