随着生物降解表面活性剂和无磷酸盐洗涤剂的引入,洗涤剂工业早期所作的努力是使消费者能在洗涤和净洗方面对环境造成最低的危害｡由于这些导则已经在原料和配方方面作出标志,立法机构也在生态学和对人的毒理学方面,增加了洗涤剂环境､适应性和产品安全性的要求｡此外,为使地表水和空气洁净方面保护环境,也提倡要减少废料数量｡因此已对洗涤剂配方上作出大的改变,以使之符合法规条例｡
洗涤剂方面能做到与之同步,不仅在减少总的数量上,也要求减少每次使用时的剂量｡对产品开发者而言,这意味着开发浓缩制品,提高表面活性剂的百分含量,或甚至使用更为有效的表面活性剂｡为了避免需要标志这类浓缩制品,所用表面活性剂还必需满足越来越高的皮肤学和生态毒理学性质要求｡现在已有了从可更新资源制造的表面活性剂,特别是烷基聚葡糖苷(APG)和脂肪醇硫酸盐(FAS),它们均已在开发近代洗涤剂､餐具洗涤剂和净洗剂方面作出了贡献,报道如下｡
烷基聚葡糖苷是新一类完全从可更新资源生产的工业化非离子表面活性剂,近来已变成可获得的｡这类表面活性剂包含作为疏水基部分的脂肪醇和亲水基部分的葡萄糖(图1),其亲水性随着其低聚化程度而可变｡有2种可能的生产过程,分别涉及与丁醇的乙酰转移作用和直接合成,Henkel公司系选用不用溶剂路线制得,而采用得自椰子油的脂肪醇,和得自玉米或土豆淀粉的葡萄糖为起始原料,经过消除水分来获得烷基聚葡萄糖苷(APG)｡
从性能观点上烷基聚葡糖苷已被证明是多用途的表面活性剂｡它具有高发泡力,与阴离子表面活性剂合用时,表现出高泡沫稳定性和提高粘度效应,显示出良好的洗涤､餐具洗涤和净洗力,并且对皮肤温和｡此外,它具有高增溶能力,特别在高碱性介质中,易于溶解而不会形成凝胶相,并与塑料材质相容性好｡
含Ｃ12/14ＡＰＧ的手洗餐具洗涤剂的洗餐具性能,不管其非离子表面活性剂特性,当它与阴离子表面活性剂,例如烷基苯磺酸盐(ＬＡＳ),链烷磺酸盐(ＳＡＳ)或脂肪醇硫酸盐等合用时,与脂肪醇醚硫酸盐(ＦＥＳ)作比较,在洗盘试验上表现出有显著的增效作用(图2)。相应地,ＡＰＧ却与类似的非离子型脂肪醇乙氧基化物有着显著区别(图3)。
餐具洗涤剂的主要组成,常是主要表面活性剂的增效组合,LAS/FES､SAS/FES､更好的是FAS/FES｡添加小量的辅助表面活性剂,例如甜菜碱､烷醇酰胺､更好的是APG,这种三元主要表面活性剂将显著地提高洗餐具性能,特别是在FAS/FES组合的基础上(图4)｡
产品开发者开发出这种具有显著增效作用,使能配方出性能甚至更好的产品,或在不降低性能条件下减少表面活性剂含量,从而取得环境的益处｡因此,低含APG总活性物含量15%~20%的配方,却表现出与较好洗餐具性能可比拟的性能｡
烷基聚葡糖苷除了高洗餐具性能之外,它不仅本身对皮肤温和,还能降低阴离子表面活性剂的剌激效应｡与皮肤高度相容性的产品通常等于损失一些净洗性能,或高洗餐具性能的产品则常被分类为与皮肤相容性较差的｡但是APG的产品既有高洗餐具性能,又是与皮肤良好相容的｡
APG的含量,不仅用作为一种辅助表面活性剂是合适的,也适合用作餐具洗涤剂的主要表面活性剂,下述研究还表明它能与烷醇酰胺和甜菜碱合用｡
烷醇酰胺在餐具洗涤剂中的用量常受到它在水中不能充分溶解的限制,而甜菜碱的用量则受其含盐量的限制并伴随着会形成凝胶｡与N-甲基葡糖酰胺相比,APG能表现出所需的低温习性,因而不仅适合用作辅助表面活性剂,而且它在浓缩餐具洗涤剂中,原则上也可作为一种主要表面活性剂｡
APG除了高洗餐具性能外,它也具有高的净洗力,使能用于液体洗涤剂;当用它作液洗剂的活性物时,可以比市售产品减少用量10%~20%｡
与脂肪醇乙氧基化物相比,烷基聚葡糖苷还有其它优点,它在加水稀释时不形成凝胶｡在高含表面活性剂的浓缩液体洗涤剂特定事例中,APG还能改善在洗衣机中的分散性｡因此可以减少为保持良好的低温习性所需的高溶剂含量｡
APG的增溶性质也能在含表面活性剂达20%的浓缩多用途净洗剂的配方中加以探索｡APG高净洗力提供了开发浓缩型净洗剂的可能性;虽然其活性物含量降低了,但其性能却能与传统的净洗剂相比拟｡含APG净洗剂配方的另一优点是它们不会侵蚀塑料材质｡
2 脂肪醇硫酸钠(FAS)
以粉状洗涤剂为例,在贸易上有兴趣支持尽量缩小其包装体积,以节省容器空间,因而造成从普通粉､浓缩粉到超浓缩粉的开发,并建议使用剂量降低了60%,这形成了近10年来洗涤剂在包装方面几乎不变的‘里程碑’｡这种目标只能从增加粉体的每升重量,通过新的浓缩粉加工技术,并增加表面活性剂含量近50%来达到｡
LAS在使用数量上仍然是洗衣粉最重要的表面活性剂,尽管基于可更新资源象菜籽油,椰子油或棕榈仁油制得的脂肪醇硫酸盐,已变得日益重要,特别在浓缩洗衣粉上;这是除了它们具有更好的生物降解性外,也涉及其它性能和加工工艺等技术原因｡
无磷酸盐的浓缩洗衣粉的低使用剂量变得可能,也是由于无磷酸盐的软化水体系,具体说是沸石的高保证性质｡为了避免磷酸盐沉淀,含磷酸盐产品,特别是低含磷酸盐产品,需要小心地采纳对水中硬度盐类软化的浓度,因此对高的水硬度需要相应高的使用剂量｡
与此相反,含沸石的无磷酸盐洗涤剂,甚至在硬水中也能使用较小的剂量,才不致于在织物和洗衣机上产生沉积物｡于是无磷酸盐洗涤剂不仅在生态学争论,也在技术争论中获得支持｡这也影响到挑选表面活性剂,而表面活性剂的洗涤力很大程度上取决于特殊类型的助洗剂(沸石､三聚磷酸钠)｡与含磷酸盐的洗涤剂相反,FAS在含沸石的洗涤剂配方中,至少能相当甚至超过LAS的洗涤力｡
除了洗涤力外,洗衣粉的存放性质也是重要的｡它应不飞扬也不结块,并保持流动性良好;特别在浓缩粉上还要求易于计量｡从这点看,FAS由于它的结晶性质,明显地要比LAS好｡
在粉状洗涤剂的配方中,助洗剂组分,例如沸石､聚羧酸盐､水玻璃和纯碱,也趋向于吸收液态或半固态组分,例如脂肪醇乙氧基化物或LAS,按照维持所需流动性质的方式｡随着在配方中增大表面活性剂组分的含量,从普通粉的10%至超浓缩粉的大于20%,造成助洗剂含量的减少,再要求达到上述那样就增加了困难｡倘若再考虑到助洗剂的将来趋势,具体讲用部分水溶性助洗剂来代替沸石,例如水溶性硅酸盐,或漂白剂的情况用过碳酸盐代替过硼酸盐,粉体的吸收能力将会因新的助洗剂或漂白组分而进一步降低(图6)｡用FAS代替LAS后,其结块现象可大为减少而达到所需的流动性｡
FAS与LAS相比,它的更好粉状性质也反映在更纯的原料上,因为FAS能直接产出粉体或自由流动的颗粒状,采用Henkel公司开发的新工艺喷雾中和法得到粉体,它不再需经过原先“绕道”浆状液态｡这种工艺的特征是特别有利节约能源,由于中和时释出的能量,已被用来蒸发与氢氧化钠中和后的残余水｡
预干燥洗涤剂组分的生产是符合目前发展趋势的｡制造洗衣粉技术出现的变化,是不再单靠在喷雾干燥塔中的喷雾干燥,而趋向于喷雾混合工艺｡例如附聚法,挤压法或后配料工艺｡这有几方面的理由,因为水溶性助洗剂不能在喷雾干燥塔中加工,在洗涤剂料浆中添加FAS后再去热喷雾干燥,也受到为达到塔式粉所需的每升重量的限制｡
喷雾混合工艺不仅能提供每升重量较高的粉体,采用预干燥洗涤剂原料也意味着降低能源消耗,废水和废气等｡FAS颗粒还能用后配料法或附聚法加入至塔式粉或喷雾混合粉中(图7)｡
图7 含ＦＡＳ的颗粒状洗衣粉的生产
3 APG和FAS的生态性质
现代洗涤剂的原料质量,必须不仅从其性能上来衡量,也要看其生态适应性｡30年来,洗涤剂中的表面活性剂,一直是生态学讨论和立法规定的主题｡
今日只有易于生物降解的表面活性剂适用于洗涤剂,而不论它们是得自可更新资源或石油化学品｡然而已趋向于完全能生物降解的表面活性剂｡完全能生物降解意味着表面活性剂在任何环境下都能快速降解,包括有氧或无氧下｡
传统和常用的表面活性剂,例如LAS,FES和烷基乙氧基化物,它们在和生物降解性和生态毒理学上能满足法规要求｡在浓缩洗涤剂中高表面活性剂含量,产生了使用对鱼毒性最低表面活性剂的越来越高的要求｡在这方面,APG和FAS表现出更好的环境适应性｡
4 结论
烷基聚葡糖苷和烷基硫酸盐代表着可更新资源的洗涤剂原料,它们的开发将对现代洗涤剂作出重要贡献,不仅是由于它们的良好生态适应性,也是由于它们的高性能水平｡
