1预期目标
结构型重垢洗衣液含有较多的助洗剂,能更好发挥表面活性剂的作用。其技术关键和技术难点是解决稳定性问题。稳定性不仅要符合部颁标准[3]中耐热、耐寒的指标要求,更要经得起自然存放的考验,至少一年内应无变化。除了稳定性以外,还要有较高的去污力(去污力比值≥1.0),较好的流动性(能从瓶中方便地倒出),较低的原料成本(吨产品原料消耗不超过3500元)。其主要技术经济指标见表1。
表1 结构型重垢洗衣液的预期目标
2实验
2.1 实验原料
表面活性剂:LAS(烷基苯磺酸钠);AES(脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠);AOS(α-烯基磺酸钠);SAS(仲烷基磺酸钠);FAS(脂肪醇硫酸钠);ＡＥ(脂肪醇聚氧乙烯醚);APE(烷基酚聚氧乙烯醚)。
助洗剂:STPP(三聚磷酸钠);4Ａ沸石;硅酸钠;碳酸钠。
辅助剂:CMC(羧甲基纤维素钠);PAA(聚丙烯酸钠);CBS-Ｘ(汽巴精化增白剂);华科-88(凯松类防腐剂)。
以上原料均为工业级。
2.2 主要仪器与设备
实验室仪器设备:JB90-Ｄ型电动搅拌器;JMV型胶体磨;2XZ-0 5型真空泵;SC101型恒温干燥箱;GR184(Ａ)型电冰箱;QW-2型去污试验机;WSD-Ⅲ型白度计;pHS
中间试验设备:2ｍ3/ｈ去离子水装置;1ｍ3不锈钢配料锅;2ｍ3搪玻璃脱气釜;JZB5型均质泵;W3型真空泵;DGS型灌装机。
2.3 实验方法与程序
首先根据原料的性能拟定配方,然后按一定的工艺路线在实验室中配成样品,检验其稳定性。对稳定性较好的配方做去污力等理化实验。优选出配方后,在中试车间进行扩大试验。
2.4 配方实验
在表面活性剂中,LAS、AES、AE、APE的性能好,价格低,应作为重点实验对象。在助洗剂中,STPP的性能最全面,价格最合算,在当今仍被认为是无可比拟的通用助剂,应作为首选助剂。在表面活性剂与无机盐复配时,要获得稳定而均匀的流动性液体,目前还没有成熟的理论可以遵循, 也没有先进的方法可以采用,只能通过大量的实验进行探索,根据实验现象来分析比较,去劣存优,逐步逼近预期目标。
2.5 理化实验
将样品分成三份,分别密封于瓶中。第一份置于40±
GB/T13173 .2-91所述方法进行。
按GB/Ｔ6368-93所述方法进行。
称取样品约2ｇ(准确至0.001ｇ)于恒重的小烧杯中,置于105±
总固体%=(样品干燥后质量ｇ/样品质量ｇ)×100
按ＢＧ/Ｔ13174-91所述方法进行。
按GB11432-89中5 .5所述方法进行。
2.6 工艺实验基
本配方确定之后,对工艺路线及工艺参数进行优化。
3实验结果与讨论
3.1 配方实验结果
在表面活性剂的胶体溶液中,加入无机盐时常常会使表面活性剂析出(盐析),在宏观上能看到分层或沉淀现象,这种现象的发生就意味着配方的失败。
在某些情况下,表面活性剂溶液可与无机盐助剂共存而不分层,形成稳定而均匀的体系。在该体系中,表面活性剂在微观上以液晶[5,6]形式存在。液晶结构通常有六角液晶、立方液晶、层状液晶,其中层状液晶表现出较低的粘度(层与层之间摩擦力小)和较好的热稳定性。实验发现,当无机盐加入量逐渐增大时,体系的粘度由大变小,这种现象可解释为由六角液晶转变成了层状液晶。层状液晶在微观上可能为洋葱状的多层结构,液晶颗粒之间具有包夹和悬浮无机助剂的能力,因而可制得稳定而均匀的结构型液体产品。层状液晶是结构型重垢洗衣液所追求的目标,表现在宏观上即为均匀稳定且流动性好的乳状液体。
选择亲水性较强的阴离子表面活性剂(LAS、AES、AOS、FAS等)和亲水性较弱的非离子表面活性剂(AE、APE)等,通过改变它们的配比,从而调整它们的亲水疏水平衡,以期获得所需的稳定体系。
实验发现,当配方中含有大量的无机盐时(>20%),单采用非离子表面活性剂会很快分层,说明其耐盐程度很差;而单独采用阴离子表面活性剂则比较稳定;尤其是阴离子与少量非离子复配时稳定性更好。从这一点可以说明亲水疏水平衡的重要性。非离子表面活性剂的Ｃ原子数和EO数对稳定性起着举足轻重的作用,Ｃ原子数越低或EO数越高(即HLB值越高),稳定性越差;当Ｃ原子数低于12、EO数超过9时很容易发生分层现象。经计算,处于有机概念图中α角为68°45′～70°14′的阴-非离子表面活性剂组合体系能得到稳定的结构型液体洗涤剂。
在无机助剂中,4Ａ沸石对液洗的稳定性较差;易出现分层,这可能与其自身的碱性太强有关。STPP对稳定性的影响见表2。从表2可以看出,STPP或其与碳酸钠搭配时稳定性较好,与硅酸钠搭配时往往分层。STPP的颗粒度和Ｉ型含量对稳定性也有较大影响,颗粒太细时因水合速度太快会造成结块,颗粒度以通过0.180ｍｍ～0.355ｍｍ筛孔为宜;Ｉ型含量太高时体系较稠,并且易产生颗粒,Ｉ型含量以10%～25%为佳。STPP的pH值对体系的流动性影响较大,pH值低时流动性好,否则流动性差。
表2 STPP对结构型重垢洗衣液稳定性的影响
3.1.3
辅助剂包括抗污垢再沉积剂、增白剂、防腐剂等。由于辅助剂在配方中用量不大(1%以下),对稳定性的影响很小,在选入配方时应重点考虑其功能作用。对常见的几种抗再沉积剂进行优选实验,结果见表3。由表3可知,PAA无论对污布的去污作用还是纯棉、绦棉白布的抗污染效果,均好于SP-60(马丙共聚物)、CMS(羧甲基淀粉)、CMC、聚乙烯醇。对几种增白剂进行优选实验,结果(表4)表明,增白剂CBS-Ｘ在耐光、耐热方面均优于其他三种增白剂VBL、CBS、CBW-01。防腐剂采用华科-88,其用量少,抑菌力强,在中性和弱碱性体系中防腐效果显著。当体系pH值超过10.5时,这种碱性介质本身就能防腐,不必再加防腐剂。
3.1.4
经过长达数年的实验研究,研制出的382#配方稳定性较理想,其耐热耐寒合格,自然存放2年未见任何变化,外观洁白细腻,流动性好,无机盐含量达27%,去污力比值达1 4,原料成本不到3000元/ｔ,具有较高的性能价格比。
382#基本配方为:
阴离子表面活性剂(AES、LAS) 15(ｗ/%)
非离子表面活性剂(APE、AE) 3(ｗ/%)
无机盐助剂(STPP、碳酸钠、硅酸钠) 27(ｗ/%)
辅助剂(抗再沉积剂、增白剂、防腐剂) 适量
香精 适量
去离子水 至100(ｗ/%)
表4 几种增白剂的实验结果
3.2 理化实验结果
对稳定性和流动性较好的几个配方做理化实验,并进行性能价格比分析,结果列于表5。从表5可以看出,382#配方不仅稳定性好,而且去污力高,性能价格比最优。
表5 几个配方的理化实验结果
对市售的几种结构型洗衣液做理化分析,并与382#样品做对比,结果见表6。从实验结果可以看出,382#的无机盐含量最高,去污力也最强。
表6 与市售同类产品的比较
对382#样品用不同硬度的水溶液做去污力实验,并与普通洗衣粉作对比,结果见表7。实验结果表明,382#样品随水硬度的增加去污力下降,但比洗衣粉下降得缓慢,说明洗衣液的抗硬水性好于洗衣粉,这与配方中含有抗硬水性好的表面活性剂AES有关。
表7 不同水硬度下的去污力
3.3 工艺实验结果
结构型洗衣液由于含有较多的无机盐,这些无机盐并非全部溶解在里面,而是大部分悬浮在体系中,因此需要均质化,以使其更好地分散而被包容在层状液晶之中。另外,体系的粘度较大,液膜中的液体不易排出,液膜变薄的速度较慢,产生的气泡很难自行消去,因此需要脱气,以使液体的外观更加细腻,存放更加稳定。
在实验室中,采用小型真空泵,在透明玻璃脱气罐中进行脱气,以便观察过程中的现象。实验发现,当没有搅拌时,物料很容易溢出,脱气效果很差;当带有搅拌,而整罐料一起脱气时,效果略好,但仍不理想,还是容易溢出;当既有搅拌,又采取边脱气边进料的工艺时,效果较佳。通过实验室的脱气实验,为设计中试装置奠定了基础。中试工艺路线如图1所示。
图1 结构型重垢洗衣液工艺路线
离子水→液碱→磺酸→AES→APE/AE→辅助剂→STPP→碳酸钠/硅酸钠→香精。
中和与配料均为放热过程。当在室温下操作,不用外来热源加热时,利用反应热可使体系温度升至
搅拌转速太快产生气泡过多,给脱气工序造成负担;转速太慢物料分散不良,尤其是STPP形成颗粒。经试验该中试装置搅拌速度定为80r/min较为合适。
真空度≥0.08MPa时,脱气效果良好。
将实验室优选出的配方进行中间放大试验,每次投料1ｔ。通过3次试车和不断改进,已获得中试成功。对三次试车的产品进行理化检验,结果列于表8。由表8可知,试车产品除前两次外观不好以外,其余各项理化指标均合格,去污力不低于实验室样品,达到了预期效果。
表8 中试产品的理化检验结果
4结论
结构型重垢洗衣液作为合成洗涤剂的重要品种,符合行业发展趋势,应当开发。但配方技术难度较大,主要是稳定性技术障碍较难突破。通过长期研究,利用来源丰富、价格便宜的常规原料,研制的结构型重垢洗衣液稳定性好,自然存放2年无变化,外观洁白细腻,流动性好,粘度(
