溶解度参数原理在厨房重垢洗涤剂配方中的应用

溶解度参数原理在厨房重垢洗涤剂配方中的应用 溶解度参数原理在厨房重垢洗涤剂配方中 的应用 第33卷第2期 2010年2月 日用化学品科学 DETERGENT&COSMETICS Vo1_33No.2 Feb.2010 溶解度参数原理在厨房重垢洗涤剂配方中的应用 易玉峰,迟姚玲,冀德坤,丁福臣 (北京石油化工学院化工系,北京102617) 摘要:厨房油烟会产生烦人的油垢,既影响厨房卫生,又不利于身体健康,其清洗难度很大.常用的重油 垢清洗剂有强碱型,溶剂型和表面活性剂型.强碱型对重油垢去除能力强,其缺点是腐蚀性较强,对器具 表面和使用者有腐蚀性和伤害作用.有机溶剂型对油垢具有良好的溶解作用,但由于有机溶剂易燃,易爆 而且有毒,不太适用于厨房环境.表面活性剂型使用方便,作用温和以及成本低,但对重垢的去除效果不 太理想.利用溶解度参数原理,结合HLB值,在测定油垢酸值,溶解度参数等的基础上配制溶剂/表面活 性剂型厨房重油垢清洗剂,所制得的清洗剂对油垢有较好的溶解和乳化效果. 关键词:洗涤剂;厨房;重垢;酸值 中图分类号:TQ649.6文献标识码:A文章编号:1006—7264(2010)02—0026—04 厨房重油垢的主要成分为动,植物油脂及油脂 遇热分解产生的较低碳链的脂肪酸以及酮,醇等. 刘中文等【q应用气质联用技术,对烹调油烟雾颗粒 和挥发性有机物进行全谱分析,共检出196种物质, 包括脂肪烃类,多环芳烃,有机酸,碱,酯,酮, 醇以及杂环化合物.这些物质结合空气中漂浮的微 小尘埃及其他固体小颗粒(如细小纤维等),通过物 理或化学作用结合到固体表面上,形成一层较为致 密且结合力很强的薄膜型污垢,此类污垢为所有污 垢中最难去除的成分.目前,市场上出售的一般家 用洗涤剂对这些重油垢洗涤能力欠佳,而重垢洗涤 剂,如清洗炉台用洗涤剂,去污粉等不但清洗效果 不好,且对抽排油烟机表面易造成损伤.传统的重 油垢清洗剂有强碱型,溶剂型和表面活性剂型.强 碱型清洗剂主要依靠对油垢的皂化而起到去污作用, 对重垢去除能力强,其缺点是腐蚀性较强,对器具 表面和使用者的皮肤存在较大的腐蚀性和伤害.有 机溶剂型清洗剂依靠溶剂对污垢的溶解能力而起到 去污作用,但由于有机溶剂易燃,易爆而且有毒, 不太适用于厨房环境中.表面活性剂型清洗剂使用 方便,作用温和,成本低,但对重垢的去除效果不 太理想,在实际使用中需要把被洗物品浸泡在含有 洗涤剂的溶液中较长时间,这就造成了清洗剂使用 上的局限性[3].洗涤剂配方的发展趋势是综合使用各 种去污作用来配制洗涤剂.配方研制中影响因素多, 加之可选择的溶剂和表面活性剂选择范围广,因此 洗涤剂配方的研制需要耗费大量的试验时间『4】. Griffin提出了表面活性剂的亲油亲水平衡值 (HLB值)的概念.HLB值用来衡量表面活性剂分 收稿日期:2009—12—14 基金项目:国家自然科学基金资助项目(40472061) 作者简介:易玉峰(1974_),男,湖南人,博士. ? 26? 子中的亲水部分和亲油部分对其性能所作贡献. HLB值反映表面活性剂的润湿,乳化,渗透和增溶 能力.HLB值的测定方法有乳化法,浊点法,临界 胶束浓度法,色谱法和核磁共振法等I5'q,是选择表面 活性剂的重要依据.Hildebrand提出了溶解度参数 (solubilityparameter)的概念,它被定义为物质内聚能 密度的平方根,是表征简单液体分子问相互作用强 度特征的重要参数,只有当被溶物与溶剂的溶解度 参数接近或相等时,溶解过程才能进行.常用的溶 解度参数测定法有溶胀法,黏度法,浊度滴定法和 反相色谱法等61.溶解度参数广泛用作选择溶剂, 萃取剂的依据[7-91.为减少洗涤剂配方研制的试验时 间,探讨了配方研制中要遵循的理论原则,如溶解 度参数原理,HLB值等,以期为开发这类产品提供 理论依据. 1实验部分 油垢收集自家庭油烟机上,有从油烟机上刮下的 固体垢和油壶中的液体垢两种.溶剂和表面活性剂均 为市售. 1.1油垢的HLB值的测定 油垢的HLB值测定参考文献采用乳化法【", 第一步用已知HLB值的两种表面活性剂Span一80和 Tween一80测定油垢的HLB值的范围,第二步以荧光 法测定油垢乳化HLB值的准确值. 1.2油垢的溶解度参数的测定 溶解度参数用浊度滴定法【21测定.浊度滴定法 是将待测物溶于某一已知溶解度参数的溶剂中,然后 第2期溶解.的应用缸技广溶解度参数原理在厨房重垢洗涤剂配方中的应用簿il 仪, 选择另一已知溶解度参数的沉淀剂(能与该溶剂混溶 但不溶解待测物)来滴定,直至溶液开始出现浑浊为 止,即可从公式(1)式得到待测物的溶解度参数6.. 6=ll+262(1) 式中,6是待测样品的溶解度参数;是溶液中 组分1的体积分数;:是溶液中组分2的体积分数; 是溶液1的溶解度参数;是溶液2的溶解度参数. 准确称取0.1g一0.2g样品,溶于25mL三氯乙 烯中,用移液管吸取5mL溶液置于大试管中,用正 己烷滴定,直至出现沉淀不再消失为止,记下所用正 己烷的体积,用公式(1)式计算溶解度参数. 1.3油垢的酸值测定 酸值测定参考GB/T5530—1998动植物油脂酸价 和酸度测定方法,不同之处是将待测样品溶解于三氯 乙烯中,然后用氢氧化钾乙醇溶液进行滴定,酚酞作 为指示剂. 1.4清洗剂的配制 清洗剂的配制工艺首先是将配方中的固体物料用 水搅拌预溶,然后加入反应釜中,再按配方要求加入 表面活性剂,在加料过程中不断高速搅拌以确保物料 在水相中溶解分散和乳化. 1.5清洗剂净洗力测定 清洗剂净洗力参照GB/T2117—95,在RHBX—II 摆洗机上测定.先按照GB/T2117—95要求,在经过 打磨的A型测试片上涂抹油污.于500mL烧杯中倒 人400mL清洗剂溶液,然后将烧杯放置于60?恒温 水浴中.将涂上油污的试片夹持在摆洗机的摆架上,使 试片表面垂直于摆动方向.在净洗剂溶液中浸泡3min, 然后立即开动摆洗机摆洗3min.摆洗结束后,连同 挂钩取出试片,在400mL,60?的蒸馏水中摆洗30S, 挂于试片架上,放入40cC的恒温干燥箱中,干燥2h, 冷却至室温,称量,计算净洗力. =L×100% 式中,为净洗力,m0为试片质量,m为试片 涂上油污后的质量,m为试片洗涤后的质量. 碱液的净洗力测试中将碱液配置成l%浓度进行 摆洗试验,分别测试了Na2SiO,Na2CO,,三聚磷酸 钠(STPP)和NaOH净洗力. 单一表面活性剂对油污的去除选用一烯基磺酸 钠(AOS),直链烷苯磺酸钠(LAS),椰子油脂肪酸二乙 醇酰胺(6501),烷基酚聚氧乙烯(10)醚(OP一10),脂肪 醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)和脂肪醇聚氧乙烯醚 (AEO一9),分别配成质量分数1%的水溶液后测定其 净洗力.复合配方清洗剂的净洗力测试时将清洗剂稀 释5倍后测试其净洗力. 2结果与讨论 2.1油垢的性质 油垢的性质见表1,对照《食用植物油产品国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 》可知.污油和固体垢与食用油相比,酸值增 加.因此,适宜的洗涤剂应具有较强的碱性.固体油 垢的溶解度参数为11.8(cal?cm),污油的溶解度参 数为12.6(cal?cm).理论上说,选用溶解度参数与之 接近的有机溶剂将能达到最好的溶解效果. 表1油垢的性质 Tab.1Propertiesoftheoildirty 2.2溶剂的净洗力 在摆洗机中对比了水,三氯乙烯,正丁醇,乙二 醇单丁醚和乙醇的净洗力,其结果见表2.由表2可 知,当溶剂的溶解度参数与油垢的溶解度参数接近 时,其净洗力最好.乙二醇单丁醚作为有机溶剂对油 性污垢,尤其是由不饱和油形成的褐色黏型树脂状的 变质油,有良好的膨胀和溶解作用,能有效降低污垢 表2溶剂的净洗力 Tab.2Cleaningabilityofsolvents 成分间以及污垢与固体表面的结合力,为污垢的去除 创造条件. 2-3碱液的净洗力. 碱液的净洗力结果见图1.碱性助剂可以通过清 洗剂使用过程中与污垢的接触促使油垢部分皂化除 去,同时还能对不饱和油脂聚合物形成的树脂状物 产生溶胀作用,使油垢与固体表面的结合力和污垢 的致密性下降,这对薄膜型污垢的去除非常有利. 碱性助剂随碱性的增强,其去污力也增强,但腐蚀 性也伴随增长.这主要是碱性助剂在清洗过程中对 油脂类进行了皂化,碱性愈强皂化愈快.但过高的 碱性会对清洗的金属表面产生侵蚀,也会对皮肤造 ? 27? 技广日用化学品科学第33卷 成损伤.所以选用适当的碱性助剂是必要的.NaOH 的洗涤能力强,但是其安全性不适应.由于STPP是 含磷助剂,对水体会造成一定的富营养化.虽然洗 涤剂不是造成水体富营养化的主要原因,但为了积 极应对日益恶化的环境,美国,日本和欧洲等许多 国家和地区在家用洗涤剂中限用和禁用STPP,我国 也于1999年1月1日起在局部地区禁磷.因此,选 用碳酸钠作为洗涤的 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 . Na~iO3Na~CO3S?'PNaOH 添加无机碱种类 口固体垢污油 图l碱液的净洗力 Fig.1Cleaningabilityofalkali 2.4表面活性剂的净洗力 表面活性剂可以促进清洗剂溶液对油垢表面的润 湿渗透,通过对污垢进行分散增溶乳化,提高清洗效 果.表面活性剂的去污能力与表面活性剂的增溶作用 水内核中,极性油污增溶于胶束的表层亲水性区域 内,胶束对油污的增溶作用,实际上是将油污溶解于 洗涤液中,从而使油污不能再沉积,这将大大提高洗 涤效果.表面活性剂的净洗力见图2.由图2可知, AEO一9的净洗力最强. 6O 50 4o 30 20 lO O AOSLAS650lOP—l0AESAEO-9 表面活性剂种类 口固体垢污油 图2表面活性剂的净洗力 Fig.2Cleaningabilityofsurfactants 2.5复合配方的净洗力 复合配方见表3. 采用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配 去污效果更佳[31.根据试验结果,选用AOS与6501 以及LAS与AEO一9复配来考察其净洗力,有机溶 剂选用乙二醇单丁醚,碱选用Na2CO,,净洗力的结 果见表3.由表3可知,配方3具有较好的净洗力, 复配组分的净洗力大于各单组元的净洗力之和,表明 是分不开的.非极性油污增溶于表面活性剂的胶束疏碱,有机溶剂与表面活性剂发 挥了较好的协同作用. 表3复合配方及其去污力 Tab.3Cleaningabilityoftheformula 3结论 根据污垢的性质来选用适宜的配方是应当遵循的 清洗剂研制思路.溶解度参数原理是选择溶剂的理论 依据之一.根据溶污垢的解度参数挑选有机溶剂,达 到了较好的净洗力效果.复配的表面活性剂去污力较 强.复合配方的净洗力大于各单元组的净洗力之和, 碱,有机溶剂与表面活性剂之间可发挥协同作用. 参考文献: 【1】刘中文,孙咏梅,袭着革.烹调油烟雾中有机成分的分析lJJ. 中国公共卫生,2002,18(9):1046—1048. [2】谭晓凤,孙晓钰,刘德全,等.厨房烹调油烟的有机物定性 定量GC/MS分析[J】.质谱,2003,24(1):270—274. 【3】蔡照胜.微乳型厨房清洗剂的研制和生产【JJ.日用化学品科 ? 28? 学,2002,25(3):75—77. 『4】代丽君.利用正交法 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 重垢型液体洗涤剂的配方[J1.化学 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师,2002,88(1):5-8. 【5】周家华,崔英德.表面活I生剂HLB值的分析测定与计算I.HLB 值的分析测定[J1.精细石油化工,2001(2):11-14. 【6]周家华,崔英德,吴雅红.表面潘眭剂HLB值的分析测定与计 算U.HLB值的计算fJ】.精细石油化工,2001(4):38—41. 【7JLuYa,ShiJia-jia,SunLei.Investigationoftheselectionof extractionsolventforextractingthen-alkanefromdieselbymeans ofsolubilityparameterstheory[J].JFuelChemTechnol,2008, 36(3):297—301. [8]夏正斌,涂伟萍,杨卓如,等,溶解度参数在研制高性能 丙烯酸聚氨酯涂料中的应用【JJ.高校化学工程,2001, 15(1):88—92, [9]朴香兰,朱嗅林.溶解度参数法筛选油品脱氮萃取剂的研究【JJ. 65432l0 史 清华大学(自然科学版),2000,40(2):43—45. 【10】盛寿日,宋才生,蔡明中.含萘环聚砜醚酮的溶解度参数的 测定fJ1.工程塑料应用,1999,27(5):22—24. [11】朱思君,段友容,王庆瑞.酚酞基聚醚砜溶解度参数的测定[J】. 化工新型材料,2005,33(6):21—23. 【l2】吴石山,窦强,潘良金,等.甲基乙烯基硅橡胶溶解度参数 的测定….橡胶工业,1999,46:188—168. [13】AbdulkadirAlli,BakiHazer,BahattinMBaysa1.Determination ofsolubilityparametersofcross—linkedmacromonomericinitiators basedonpolypropyleneglycol[J].EuropeanPolymerJournal, 2006,42:3024—3031. f141KatarzynaAdamska,AdamVoelke1.Hansens0lubilityparameters forpolyethyleneglycolsbyinversegaschromatography[J].Journal ofChromatographyA.2006.(1132):260—267. 技广 『151MoustafaNagyEmam,EISSAElhamAhmed.InverseGas ChromatographicStudyoftheOxidationStabilityofLubricating BaseOilsviaSolubilityParameterCalculations【J1.ChinJ Chromatogr.2007,25(6):87l一875. [16】KAdamskaa,RBellinghausen,AVoelke1.Newprocedure forthedeterminationofHansensolubilityparametersbymeans ofinversegaschromatography[J].JournalofChromatographyA, 149. 2008(1195):146— [17】耿斐,王韶颖,于丽,等.HLB值方法用于稠油降黏体系的研 究[JJ.日用化学工业,2007,35(5):298—300. f18】尉小明,赵庆峰,沈光伟,等.稠油乳化HLB值测定新方法及 其应用研究『J1.钻采工艺,2003,26(2):84—85. 【19】尉小明,辛达,杭国敏,等.荧光法测定稠油乳化HLB值研 究『J].精细石油化工,2002(6):31—33. Solubilityparameterandapplicationindevelopmentofdetergentfor kitchenheavyduty YlYu—feng,CHIYao—ling,JIDe—kun,DINGFu--chen (SchoolofChemicalEngineering,BeijingInstituteofPetrol-chemicalTechnology,Beijing102617,China) Abstract:Sootofkitchenwouldbringaboutannoyedheavyoildirt.Itisnotonlyunsanitary,butalsoharmfultohealth.Itisd嘶culttocleanup. Therearethreetypesofdetergentforheavyoildirt,suchasstrongalkalitype,solventtypeandsurfactanttype.Detergentofs~ongalkalitypehas goodcleaningability,butitiscorrosiveandharmfultothefurnitureanduser.Detergentofsolventtypehasgoodsolubilitytooildirt.Butitis flammable,explosiveandpoisonous,unsuitabletobeusedinthekitchen.Detergentofsurfactanttypeisconvenientforusage,ithasamildeffect andlowcost.Butitisnotsoeffectivetotheheavyoildirt.Baseonthetofsolubilityparameter,HLBvalueandacidityvalueoftheoil dirt.aseriesofsolvent/surfactanttypedetergentwasprepared.ithasgoodsolubilityandemuls ificationtothe0ildirt Keywords:detergent;kitchen;heavyduty;acidityvalue — s.S屯业.址龇—S.址.址.S—址.址.S止.址.S也.5止 (上接第21页) [36]王大喜,杜永顺,陈秋芬.全氟聚醚酞胺磺酸钠稠油降黏 剂的合成和表面活性….石油,2004,20(4):56—60. [37]王大喜,杜永顺,沈新春.全氟聚醚酰胺磺酸钠与碳氢表 面活性剂的复配和降黏性能fJ】.石油,2004,20(5): 59-54. [38】肖进新,赵振国.表面活性剂应用原理【M].北京:化学工业 出版社,2002,344—347. [39]周雅萍,刘加林.孪联型表面活性剂提高稠油采收率研究『J】. 精细石油化工进展,2008,9(1):8-10. [401KristerHolmberg.Novelsurfactants:Preparation,applications .址.址.址.址 andbiodegradability[M].secondediton,NewYork:MarcelDekker Ine.2003.279—316. 【41】ReisfeldA,RosenbergE,GutnickD.Microbialdegradationof crudeoil-factorsaffectingthedispersioninseawaterbymixed andpurecultures[J].AppliedMicrobiology,1972,24(3): 363-368. 【42】HayesEM,HrebenarRK,MurphyLP,eta1.Bioemulsifier stabilizedhydrocarbosols:US,4793826fP】,1988. [431张翠竹,梁凤来,张平,等.一种脂肽类生物表面活性剂的 理化性质及其对原油的作用fJ].油田化学,2000,17(2): l72-176 Applicationofsurfactantsinreducingviscosity ofviscouscrudeoil ZHANGYong-min (StateEngineeringResearchCenterofSurfactants,Taiyuan,Shanxi030001,China) Abstract:Thedevelopmentofsurfaetantsthatwereusedinreducingviscosityofviscouscrudeoilwasreviewed.Theapplicationofsurfaetants inreducingviscosityofviscouscrudeoilwereintroducedinwhichincludedanionicsurfactant,nonionicsurfaetant,anionic—nonionicamphoteric surfactantandpolymericsurfactant,biosurfactant,fluorocarbonsurfactantela1.Themeritsanddemeritsofthesekindsofsurfaetantswere evaluatedandtheprospectofsurfactantsusedinreducingviscosityofviscouscrudeoilwasbroughtforward. Keywords:surfaetant;application;emulsification;reducingviscosity;prospect ? 29?