洗涤剂的配方设计与生产工艺

【摘 要】 合成洗涤剂的主要功能是在水溶液体系中通过多种物理化学作用

脱除黏附在基质(纤维、硬表面等)表面上的一种物质(污垢)，简称去污，这一过程从根本上说是一种表面化学现象。作为洗涤剂主成分的表面活性剂依据其分子内亲水基与亲油基的平衡，溶入水中并吸附于基质(水和污垢)与水之 的界面上，从而使界面自由能降低而实现去污。实践证明，除了表面活性作用外，螯合、分散、皂化、pH 缓冲以及携污等作用，对于完成洗涤过程必不可少。

【关键词】 洗涤剂；配方设计；生产工艺

【内容】 去污过程是一个复杂的过程，是一个理论上还不能完善说明的现象。配制高密度洗涤的技术特点是将作为洗涤剂主要成分的表面活性剂、助剂(碱剂、硬水软化剂)按洗涤一次所需的量进行等量配制，去除影响去污力的粉末剂芒硝。同时利用表面活性剂的黏附性，在高密度化的同时使粒子表面覆盖沸石助剂，形成松散的洗涤剂粒子。同时配入各种酶以提高去污力。酶是生物催化剂的一种，少量使用便可使污垢分解、易溶，很容易从纤维中脱落下来。衬衫等吸汗性优良的棉纤维，使污垢很难侵入到纤维内部。对此类污垢起作用的碱性纤维素酶，在世界上首次应用到高密度洗涤剂中。 （一）配方原则

配方对洗涤剂成品的质量和成本有着重要的影响，洗涤剂配方应具备以下几个标准。[1]

（1）洗净力强。洗后织物具有柔软的手感和鲜艳的色泽；

（2）洗衣粉的外观要求颜色洁白、颗粒均匀、不飞扬、易溶解、自由流动性好，

此外，无不良气味，特别要求洗后织物上不留不良的气味； （3）对皮肤无刺激作用，不损害织物也不褪色，对洗涤用具及设备无腐蚀作用； （4）要求最终产品成本低，价格便宜； （5）下列一些条件也会影响配方。活性物的种类不同，它们的性能以及最终产物中含的无机盐种类和数量也不同，即使是同一种活性物，由于制造原料、生产方法以及工艺条件和设备的不同，它们的性能和无机盐含量差别也很大，因此，必须以不同的配方来补偿。商品形式不同或是成型方法不同，也要求配方不同。洗涤对象不同，需要有不同的配方，以适应特定目的。洗涤条件(如水的硬度、洗涤温度、洗涤方式等)不同，配方要求也不相同。 1.表面活性剂的选用

表面活性剂是洗涤剂产生去污作用的主要成分。在洗涤剂的生产中又常把表面活性剂称之为洗涤剂的活性物。[2]洗涤剂选用的主要活性物种类，一般是在建造洗涤剂厂时就决定了的，当然仅仅配制洗涤剂的工厂例外。在合成洗涤剂中，配用两种或两种以上的活性物可使活性物组分不显著的特点相得益彰，以适应复杂污垢的需要。

实践证明，用两种或两种以上活性物配制的洗涤剂，在活性物总含量相同的条件下，它的有关性能，特别是去污能力要比单一活性物为好。这种作用可从表

1 中看出(实验时，活性物浓度为 2.5g/L，用硬水洗涤，以烷基苯磺酸钠的去污力作为 100%)。

表一 不同活性物质配方的去污力[3] 组成 配方 1 配方 2 烷基苯磺酸钠 21 10 环氧乙烷缩合物 — 10 CMC 1 1 焦磷酸钠 15 15 硫酸钠 54 55 水分 9 9 去污力 117 168 到了 20 世纪 80 年代以后，国外洗涤剂配方中，几乎都采用两种或两种以上的洗涤剂活性物。所用活性物的种类一般都以烷基苯磺酸钠作为合成洗衣粉的主活性物，再配用其它种类的活性物(如脂肪醇类活性物)作为辅助活性物。当时，我国生产活性物的种类还不多，除烷基苯磺酸钠外，其它活性物的产量还不大。仅“上海牌”和“天津牌”洗衣粉是以烷基苯磺酸钠和烷基磺酸钠两种活性物配制而成的。[4]洗涤剂中活性物的含量一般都在 10%～30%，很少超过 30%。我国生产的合成洗衣粉分三种型号即 30 型、25 型、20 型，其活性物的含量分别为 30%、25%和 20%。在拟订配方时，可根据洗涤对象和洗涤条件而选用不同的活性物含量。 2.助剂的选用

（1）根据助剂作用的大小选用。各种助剂的作用不同，其中以聚合磷酸盐和硅酸钠的作用比较全面。硅酸钠因其水溶液的 pH 较大，它的用量一般不超过 10%。三聚磷酸钠主要受到环境污染的限制，用量一般都比较大。一般地说。活性 物，特别是烷基苯磺酸钠的抗污垢再沉淀能力比较差，因此，抗污垢再沉淀剂——CMC①等常常是不可缺少的配料。[5]特殊助剂是否加入以及加入量的多少主要取决于对洗涤剂的要求和成本。

（2）根据对洗涤剂 p㈠值的要求而选用。不同的洗涤对象要求有不同的 pH 值的洗涤剂来洗涤。国外家用合成洗涤剂可分为轻垢型(柔效型)和重垢型(强效型)两大类。轻垢型洗涤剂的水溶液呈中性(pH＝6.0～8.0)，它和我国的洗涤丝毛 类型织物的洗衣粉(pH＝6.5～8.5)的 pH 值相当，适于洗涤丝、毛和铜氨、醋酸酯纤维之类的纤维制品；重垢型洗涤剂的水溶液呈弱碱性(pH＝9.o～10.6)，它与我国通用类洗衣粉的 pH值(pH<10.2～10.5)相当，适于洗涤棉、麻、强力黏胶、醋酯以及一般尼龙、丙烯腈等纤维的纤维制品。[6]在各种无机助剂中，碳酸钠的碱性最强，其次是硅酸钠和复合磷酸盐，硫酸钠为中性。因此可以根据洗涤剂的 pH 值来选配无机盐的种类和用量。例如，国内生产的丝毛类洗衣粉中就不宜配用碳酸钠，而在 20 型洗衣粉中，碳酸钠的含量可达 10%～12%。

（3）根据助剂的相互切、调来选用。一个好的配方要善于利用助剂之间的相互增进作用，以较少的配量获得较好的效果。与此同时，还必须注意助剂之间的抑制作用，防止某些助剂因其它助剂的加入而失去应有的作用。[7]选择助剂还必须考虑各种助剂对环境的污染(如磷酸盐的富营养问题)以及对皮肤的刺激作用。

3.实验

一切配方经拟订出后都必须经过多次反复实验、对比修改，直至取得较好的效果才能应用于工业生产。 （二）配方示例[8]

1.棉麻织物类洗涤剂在 20 世纪 90 年代以前，棉麻类织物是国内使用量最大 的一类织物，黏附污垢(特别是油污)较多，因此洗涤时，洗涤剂用量较大，要求洗涤剂呈弱碱性，去油污性能要好，价格要低。这类合成洗衣粉，均由三聚磷酸钠、纯碱、硅酸钠、羧甲基纤维素钠盐等几种助剂组成。活性物含量 20%～25%， 硅酸钠和硫酸钠用量较大，而荧光增白剂配量很少或不配用。

表2 棉麻织品类洗衣粉的配方[9]

配方 1 2 3 4 5 6 表面活性剂 25 25 25 25 20 20 软水剂 20 12 12 12 10 10 PH 稳定剂 16 9 4 6 7 8 （干 6 4．5 6 5 10 10 基） 37 45 48 47 48 49 PH 稳定剂 2 1 1 1 1 1 1 水溶性填充0．1 0．3 0．02 0．02 — — 剂 污垢悬浮剂 增白剂 2.丝毛织物类洗涤剂

丝织物，属蛋白质纤维，对碱不稳定。人造纤维遇碱后强度显著下降，

所以也需用中性洗涤剂洗涤。由于丝毛类织物属精细类织物，黏附污垢量较少，洗涤时，洗涤剂用量也较少，即洗涤液浓度较低。在 20 世纪 80 年代，被认为可用国产 30 型通用类洗衣粉洗涤丝毛织物。丝毛类洗涤剂中，不宜配用碱性强的碳酸钠，硅酸钠用量也要适当降低。为提高去污力，降低洗涤剂用量，配方中活性物和：聚磷酸钠用量需增加。[5]此外，可配用荧光增白剂、香精。大量的实验已证实，烷基苯磺酸钠表面活性剂在水体系中对蛋白类纤维有较大的损伤。因此，在设计丝毛类织物的洗涤剂的配方时要注意不选用烷基苯磺酸钠等阴离子表面活性剂。应选择非离子表面活性剂作为表面活性剂。丝绸织物上污垢一般多为粉尘、泥、油脂等。这些污垢多以物理连接方式黏附在丝绸织物表面，也有部分污垢和丝绸纤维以化学方式结合在一起。丝绸织物洗涤剂溶解于水中配成洗涤液，洗涤液将丝绸织物表面润湿，丝绸织物表面吸附有表面活性剂，一方面使污垢被乳化，分散于水中，另一方面也阻止污垢重新返回沉积在丝绸织物表面。 （1）液体污垢。[6]丝绸织物表面液体污垢的除去是通过卷离作用来实现的。丝绸织物表面油污被表面活性剂润湿，从原来的平铺表面卷缩成油珠，油珠被表面活性剂分散于洗涤液中，即被乳化成稳定乳液。由于丝绸表面吸附有表面活性剂，就阻止了油污重新返回黏着在丝绸织物表面的过程。这样，油污也就随洗涤液排放掉。 （2）固体污垢。丝绸织物上固体污垢的除去主要是通过表面活性剂吸附在固体污垢与丝绸织物表面之间，然后再通过一定机械力作用，使固体污垢从丝

绸织物表面脱离，进入水中。而非离子表面活性剂在丝绸织物表面形成空间障碍，可以防止固体污垢重新沉积在丝绸织物表面。（3）设计依据和思路。根据丝绸织物专用洗涤剂的洗涤原理，要设计一个性能优良的丝绸织物专用洗涤剂，应具备如下条件：①丝绸织物专用洗涤剂需由阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂组成。经过一定比例的复配，能形成协同效应，大大提高表面活性剂的表面活性，提高去污力；②丝绸织物专用洗涤剂应为弱酸性或中性。因为在弱酸性或中性条件下洗涤，丝绸织物纤维不会受到损伤，洗涤后的丝绸织物仍能保持良好光泽；③丝绸织物专用洗涤剂所选择的表面活性剂应具有较高的表面活性，去污力强。由于丝绸织物纤维在较强的机械力作用下，易受损伤，发生形变，导致丝绸织物收缩、变形：所以，对织物表面污垢的去除主要是通过表面活性剂优良的润湿、乳化、扩散性能来实现。作为丝绸织物专用洗涤剂应选择性能温和而又有一定去污能力的表面活性剂[4]。

聚氧乙烯月桂醇醚硫酸钠：去油污力强，水溶性好，低温下仍保持透明。

3.发用洗涤剂配方[1]

将 AES、BS—12、6501、OB/ZA、PEG400 等按一定配比加入到盛有适量蒸馏水的 250mL。烧杯中，搅拌溶解，加热升温至 60～70℃，待乳化剂等全部溶解后，自然冷却至 45～50℃。然后慢慢加入添加剂(富脂剂、调理剂、增稠剂等)和适量香精，最后用柠檬酸调至液体 pH 为 5～7。如香波不出现分层现象，透明澄清，则该香波配方中主要成分及用量确定为透明洗发香波的基础配方。一种洗发香波的配方见表 3。 4.餐具洗涤剂[2]

餐具洗涤剂是一种较少加入无机助剂的表面活性剂溶液。主要成分是阴

离子和非离子表面活性剂、两性表面活性剂、泡沫促进剂、增溶剂、溶剂、香料和防腐剂等。

表3 种洗发香波的配方[7]

配方结构 原料名称 用量 主洗涤剂 月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠14 发泡剂 （AES） 助发泡剂 十二烷基二甲基甜菜碱（BS—4 12） 3 椰子酸二乙醇酰胺（6501） 协调理剂 烷基二甲基氧化胺（OB/ZA，2 30%） 增稠剂 聚乙二醇 400（PEG400） 2 爽滑剂（调理剂） 硅烷季铵盐聚合物 3 增香剂 香精 0.3 富脂剂 羊毛脂 0.2 澄清剂 乙醇 0.3 PH 调节剂 柠檬酸 0.2 溶剂 纯水 余量 （1）阴离子表面活性剂[3]：AS 价格比较便宜，对许多污物都有优良的

清洁功效，还有良好的稳定性。LAS(十二烷基苯磺酸钠)和 AES(聚氧乙烯醚硫酸盐)的复配体系是 20 世纪 90年代前常被选用的对象。但是高浓度使用时会使皮肤变粗糙。2000 年以来，设计者多选用相对柔和的 AES 进行复配，AES不但具有较高的起泡力和强的乳化油脂的能力，而且对水的硬度敏感低，有良好的皮肤相容性。以降低表面活性剂 LAS的浓度，增强洗涤剂的温和性。

（2）非离子表面活性剂。选择 APG(烷基多糖苷)作为餐具洗涤剂中的主

表面活性剂。APG 是一种典型的非离子型表面活性剂。具有良好的物化性能。APG 原料来自天然的可再生资源，生物降解迅速，对环境无污染。无毒无刺激，适用于配制温和的无毒产品。 5.茶皂素洗涤剂

茶皂素作为一种非离子表面活性剂单独使用，去污能力不如其它的表面

活性剂强，但若和其它表面活性剂复配，去污能力会显著提高。因此，茶皂素开发使用的关键，是与其它表面活性剂复配。过硼酸钠是一种含氧漂白剂，和茶皂素等表面活性剂配制的合成洗涤剂在使用时，能放出活性氧，使污垢、污斑或其它要消除的色素氧化。

茶皂素与过硼酸钠复配的合成洗涤剂与不加过硼酸钠的洗涤剂比较，去

污、漂白效果均比其它单一洗涤剂洗涤效果好。与过硼酸钠进行复配制取洗涤助剂，制得的洗涤剂具有漂白作用高、去污除臭能力强、环保清洁等良好的应用效果。我国盛产茶籽，为茶皂素的生产提供了足够的资源，硼酸盐在我国也有相当的产量。对茶皂素与过硼酸钠复合而制成的助洗剂的开发研究具有一定的实际意义，见表 4。

表4 茶皂素与过硼酸钠的复配[10]

配方组成 合成表面活性剂 钠 赋形剂 PH 稳定剂 芒硝 水玻璃 偏硅酸钠 碳酸钠 过硼酸钠 CMC 茶皂至少 三聚磷酸钠 香精 水 去污值 15.0 5.3 14.5 25 28 1.5 10 21.0 余量 36.7 原料名称 LAS 十二醇硫酸配方 1 5.0 1.6 配方 2 氧化增白剂 抗再沉淀剂 天然表面活性剂 软水剂 香精

2.4 2.0 13.5 0.2 余量 52.3 【参考文献】

[1] 陈金芳.《精细化学品配方设计原理》 [2] 赵奕斌 《精细化工产品手册》

[3] 顾良莹 《日用化工产品原料制造与应用大全》 化学工业出版社出版 [4] 李和平 葛虹 《精细化工工艺学》 科学出版社出版 [5] 郑林 《日化产品学》 中国纺织出版社 [6] 蒋文伟 《日用化学品制造原理与技术》 [7] 宋小平 《日用化学品实用生产技术手册》 [8] 汪多仁 《绿色日用化学品》 [9] 何坚 《实用日用化学品配方集》 [10]徐宝财 《表面活性剂原料手册》