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脂肪酸在洗衣液中的應用性能研究

2021-09-16 08:54陳海蘭劉心建李夢雪
中國洗滌用品工業(yè) 2021年8期
關鍵詞:碳鏈中和劑氫氧化鉀

陳海蘭 劉心建 李夢雪

(山西焦煤運城鹽化集團有限責任公司,山西運城,044000)

脂肪酸有天然脂肪酸和合成脂肪酸兩種,天然脂肪酸主要由動植物油脂制備,合成脂肪酸則主要是以石油產(chǎn)品為原料經(jīng)化學合成而得。脂肪酸作為三大油脂(脂肪醇、脂肪酸和脂肪胺)化學中間體之一,廣泛應用于表面活性劑、油漆、增塑劑、紡織、食品、金屬加工等領域[1]。在洗滌劑配方中應用脂肪酸(皂),可以起到去污、抑泡、柔軟織物、調(diào)節(jié)液體流變性的作用,而且迎合當今社會的綠色發(fā)展理念。近些年,脂肪酸在洗滌劑中的應用已被廣為研究[2-3]。本文對碳鏈長度在12~18的天然脂肪酸在洗衣液中的應用性能進行研究,期待能給同行提供技術參考。

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

脂肪酸:月桂酸(十二酸,純度99%)、豆蔻酸(十四酸,純度99%)、棕櫚酸(十六酸,純度99%)、硬脂酸(十八酸,純度99%)、油酸(十八烯酸,純度85%)均為工業(yè)品。

中和劑:氫氧化鈉(純度96%)、氫氧化鉀(純度85%)、三乙醇胺(純度99%)均為化學試劑。

磺酸(純度96%)、AES(純度70%)、AEO-9,EDTA螯合劑、卡松防腐劑、香精等原料均為工業(yè)品。

標準洗衣液、標準污布(JB-01炭黑污布、JB-02蛋白污布、JB-03皮脂污布),購自全國表面活性劑洗滌用品標準化中心。

A型電熱鼓風干燥箱,北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司;BCD-518WEC冰箱,合肥美菱股份有限公司;NDJ-79旋轉黏度計,上海昌吉地質儀器有限公司;WSD-3U熒光白度儀,北京康光光學儀器有限公司;RHLR-Ⅲ型立式去污測定機,中國日用化學工業(yè)研究院。

1.2 樣品制備

取容器,加入去離子水,攪拌情況下加入EDTA、中和劑。加入磺酸、脂肪酸充分反應,加入AES和AEO9,升溫至40~45℃。待各原料完全溶解后加入其他組分,攪拌均勻,洗衣液樣品制備完成。各原料配比見表1。

表1 實驗配方

1.3 性能檢測

1.3.1 穩(wěn)定性能的測定

參照QB/T 1224—2012《衣料用液體洗滌劑》進行測定。

1.3.2 黏度性能的測定

參照GB/T 15357—2014《表面活性劑和洗滌劑旋轉黏度計測定液體產(chǎn)品的黏度和流動性質》進行測定。

1.3.3 去污性能的測定

參照GB/T 13174—2021《衣料用洗滌劑去污力及循環(huán)洗滌性能的測定》進行測定。

1.3.4 泡沫性能的測定

將洗衣液樣品用150 ppm硬水配制成濃度為2.5‰的水溶液,取容積為100 ml具塞量筒,量取40 ml,雙手互換各上下顛倒10次,靜置觀察,讀取泡沫高度,記錄數(shù)據(jù)變化。

2 結果與討論

2.1 穩(wěn)定性能

參照QB/T 1224—2012規(guī)定,先后在(40±2)℃和(-5±2)℃條件下測試洗衣液樣品的耐熱、耐寒穩(wěn)定性,不同中和劑、脂肪酸洗衣液測試結果見表2、表3。

表2 、表3的穩(wěn)定性測試結果顯示:(40±2)℃下保持24 h,恢復室溫,無論氫氧化鈉、氫氧化鉀還是三乙醇胺做中和劑,添加各脂肪酸的洗衣液樣品與實驗前均無明顯變化;(-5±2)℃下保持24 h,恢復室溫,采用三種中和劑的月桂酸和油酸洗衣液樣品與實驗前無明顯變化,添加豆蔻酸、棕櫚酸和硬脂酸的洗衣液樣品均有不同程度的白色固體物析出。說明在配方添加量相當?shù)那闆r下,月桂酸和油酸較豆蔻酸、棕櫚酸和硬脂酸與洗衣液各組分的配伍性好,短碳鏈長度和不飽和鍵有助于提高脂肪酸在洗衣液中應用的低溫穩(wěn)定性;實驗條件下,同一脂肪酸不同中和劑對其在洗衣液中應用穩(wěn)定性的影響沒有顯著差異。

表2 添加不同中和劑、脂肪酸洗衣液的耐熱穩(wěn)定性

表3 添加不同中和劑、脂肪酸洗衣液的耐寒穩(wěn)定性

2.2 黏度性能

添加不同中和劑、脂肪酸洗衣液黏度的測定結果見表4。

由表4添加月桂酸、豆蔻酸和油酸洗衣液黏度的測定結果可以看出,脂肪酸碳鏈長度越長,洗衣液黏度越高。究其原理,脂肪酸具有極性,能插入表面活性劑膠團,促進膠團形成,同時與表面活性劑分子相互作用在表面定向緊密排列,改變了表面活性劑膠束性質,碳鏈越長影響越大,增稠越明顯[4]。另外,從表4還可以看出,同一種脂肪酸,氫氧化鉀做中和劑的洗衣液黏度值比氫氧化鈉大,三乙醇胺最小。分析此現(xiàn)象,作為脂肪酸皂的反離子,可能是因為K+原子半徑大于Na+,脂肪酸鉀較脂肪酸鈉更容易生成棒狀或六角形膠束的緣故。三乙醇胺具有溶劑的特點,能增加表面活性劑在水中的溶解度,使其不易形成膠束,因此利用三乙醇胺做中和劑的樣品黏度往往不高。

表4 添加不同中和劑、脂肪酸洗衣液黏度的測定結果(25℃,mPa·s)

2.3 去污性能

添加不同中和劑、脂肪酸洗衣液去污性能的測試結果見圖1、圖2和圖3。

圖1 添加不同中和劑和脂肪酸洗衣液對炭黑污布的去污性能

值比污去1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0氫氧化鈉 氫氧化鉀 三乙醇胺月桂酸豆蔻酸棕櫚酸硬脂酸油酸

圖2 添加不同中和劑和脂肪酸洗衣液對蛋白污布的去污性能

圖3 添加不同中和劑和脂肪酸洗衣液對皮脂污布的去污性能

根據(jù)圖1,總體上看,同一中和劑、不同脂肪酸對炭黑污布的去污性能差別不大;同一脂肪酸,氫氧化鉀較氫氧化鈉和三乙醇胺做中和劑的去污性能稍優(yōu)。從圖2、圖3可以看出,同一脂肪酸,不同中和劑對蛋白污布和皮脂污布的去污性能差別不十分明顯;同一中和劑,對兩種污布的去污性能隨脂肪酸碳鏈長度增加成上升趨勢。

2.4 泡沫性能

添加不同中和劑、脂肪酸洗衣液泡沫性能的測試結果見圖4、圖5。

根據(jù)圖4、圖5,計算不同中和劑和脂肪酸洗衣液5 min與即時泡沫的降幅(mm),結果見表5。

圖4 添加不同中和劑和脂肪酸洗衣液的即時泡沫

圖5 添加不同中和劑和脂肪酸洗衣液的5 min泡沫

由圖4可以看出,無論氫氧化鈉、氫氧化鉀還是三乙醇胺做中和劑,隨著脂肪酸碳鏈長度增加,洗衣液的即時泡沫成上升趨勢,唯獨硬脂酸可能是因其水溶性差的緣故而出現(xiàn)下降。結合圖5,從表5可以看出,對于飽和脂肪酸,無論氫氧化鈉、氫氧化鉀還是三乙醇胺做中和劑,5min后泡沫的降幅都不十分明顯而且彼此間的差異也不是很大,油酸尤其以氫氧化鉀做中和劑的消泡效果顯著。

表5 不同中和劑、脂肪酸洗衣液的消泡效果 單位:mm

3 結論

(1)在配方添加量相當?shù)那闆r下,月桂酸和油酸較豆蔻酸、棕櫚酸和硬脂酸與洗衣液各組分的配伍性好,短碳鏈長度和不飽和鍵有助于提高脂肪酸在洗衣液中應用的低溫穩(wěn)定性。在配方添加量2%~3%條件下,不同中和劑對脂肪酸在洗衣液中應用的穩(wěn)定性影響沒有顯著差異。

(2)相同中和劑,脂肪酸碳鏈長度越長,洗衣液黏度越大。同一種脂肪酸,采用氫氧化鉀中和的洗衣液黏度比氫氧化鈉大,三乙醇胺最小。

(3)相同中和劑,不同脂肪酸對炭黑污布的去污性能差別不大;同一種脂肪酸,氫氧化鉀較氫氧化鈉和三乙醇胺做中和劑的去污性能稍優(yōu)。相同脂肪酸,不同中和劑對蛋白污布和皮脂污布的去污性能差別不十分明顯;同一種中和劑,對兩種污布的去污性能隨脂肪酸碳鏈長度增加而提高。

(4)無論氫氧化鈉、氫氧化鉀還是三乙醇胺做中和劑,隨著脂肪酸碳鏈長度增加,洗衣液的即時泡沫上升,硬脂酸下降。對于飽和脂肪酸,無論氫氧化鈉、氫氧化鉀還是三乙醇胺做中和劑,5 min后泡沫降幅都不明顯而且彼此間的差異不大,油酸尤其以氫氧化鉀做中和劑的消泡效果突出。

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