特殊功能性表面活性剂在硬表面清洁剂中的应用.docx
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特殊功能性表面活性剂在硬表面清洁剂中的应用
特殊功能性表面活性剂在民用硬表面清洁剂中的应用
北京绿伞化学股份有限公司陶艳
摘要：
硬表面清洁剂在家用清洁剂中占有较大比重。
本文介绍了几种硬表面清洁剂的基础配方，在硬表面清洁剂中添加适量特殊功能性的表面活性剂，可以有效降低产品的刺激性、提高配方的综合性能。
关键词：
硬表面清洁剂表面活性剂特殊功能性表面活性剂
民用硬表面清洁剂主要应用对象有厨房、卫生间、门窗、家具、地板等，材质包括玻璃、陶瓷、塑料、油漆、金属等。
民用清洁剂要求操作简单对使用者友好；去污时不能损伤清洁对象。
通过对现有硬表面清洁剂的调整，或在体系中添加适量特殊功能的表面活性剂，可以获得附加功能，有效提高产品的综合性能。
如加入烷基糖苷、醇醚羧酸盐可以降低清洁剂对皮肤的刺激性；合理调节配方的pH值、降低溶剂的使用量可以提高产品的安全性；加入双子酯基季铵盐、封端聚醚、异构醇醚等可以提高产品的性能。
这些特殊的表面活性剂比传统表面活性剂性能更优异，可以满足使用安全、生态保护和提高效率的综合要求。
1.硬表面清洁剂的配方组成
硬表面清洁剂多是原液使用，活性物含量较低，一般包括以下组分：
1.1表面活性剂
民用硬表面清洁剂分类较细，清洁剂要针对清洁对象来选择表面活性剂。
烷基苯磺酸盐起泡力强，去污力好，易与各种助剂复配，添加强碱盐、氯系漂白剂能增加它的性能，被广泛应用于餐具洗涤剂、家具、墙面清洁剂配方中；醇醚硫酸盐具有优良的去污、乳化、发泡性能和抗硬水性能，可应用于除卫生间清洁剂以外的各种清洁剂配方中；α-烯烃磺酸盐有优秀的润湿能力和丰富细腻的泡沫、对皮肤的刺激性低，可用于漆、陶瓷、玻璃表面的清洁；甜菜碱温和、低刺激、助溶性好、对杀菌剂有协同作用，可用于各类硬表面清洁剂中；脂肪醇聚氧乙烯醚有良好的去污力、宽的pH适用范围和与阳离子杀菌剂配伍的性能，可应用于酸性的卫生间清洁剂、碱性的厨房油垢清洁剂、带有抗（抑）菌功效的家具清洁剂和浴室清洁剂；氧化胺对皮肤刺激性低，生理毒性小，易生物降解
，与阴离子表面活性剂复配时泡沫丰富细腻、增稠性能优异、易漂洗、且在含氯系漂白剂的配方中稳定，因此广泛地应用于各种低刺激型餐具洗涤剂配方中。
1.2螯合剂
硬表面清洁剂中常用的螯合剂包括：
乙二胺四乙酸二钠盐、氮氚三乙酸、柠檬酸钠、葡萄糖酸钠等。
这些助剂可以有效的软化硬水，使硬表面清洁后不留斑痕。
1.3聚合物
虽然聚合物在硬表面清洗剂中使用量较低，但效果显著：
聚乙二醇类非离子表面活性剂具有长的醚键结构，通过氢键和水分子缔合，构成高分子量缔合结构使粘度上升呈现优秀的增稠作用，同时还具有增溶和稳定乳化的作用；瓜尔胶、黄原胶、羧甲基纤维素等具有良好的增稠能力，可用于增加硬表面清洁剂体系的粘度；丙烯酸共聚物水溶液可以使硬表面清洁剂配方具有成膜、拒污、易再清洗和高光洁保持度的功效，可用于玻璃清洁剂、弱酸性卫生间清洁剂、浴室清洁剂和家具地板清洁剂。
1.4溶剂
溶剂的加入是为了提高体系对油脂的溶胀、溶解能力、增强配方的清洁能力。
环氧丙烷衍生物醇醚类、3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇、异丙醇等溶剂毒性低、气味小、具有较高的闪点及良好的溶脂能力，常用在厨房油垢清洁剂、玻璃清洁剂中；D-柠檬烯为天然产物，安全、溶脂力强、渗透力好并且原料本身带有柠檬香味，可用于低刺激的厨房清洁剂和家具清洁剂。
1.5其它助剂
天然组分、中草药成分由于满足了消费者对产品绿色化与营养、安全的需求而受到人们的青睐。
酸、碱、香精、染料、防腐剂、杀菌剂、漂白剂、研磨剂等助剂，也是硬表面清洁剂配方中的成份。
2.特殊表面活性剂
2.1烷基糖苷
以烷基苯磺酸盐、醇醚醚硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚为主的体系脱脂力强，手洗时对皮肤有一定的刺激性，添加适量烷基糖苷可以弥补这一缺点。
烷基糖苷与烷基苯磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚缔合，在油脂的存在下泡沫稳定，分散力和乳化力高，与皮肤相容，烷基糖苷的极性基团是天然糖结构，可能是低刺激性的主要原因。
25％烷基糖苷与75％醇醚醚硫酸盐复配，可使醇醚醚硫酸盐的刺激性降低70％以上[1]。
烷基糖苷有很好的湿润和渗透性质，对高浓度电解质不敏感，清洁光洁表面时不留斑痕，在防止塑料制品应力脆裂方面还具有特殊功效[2]。
用含醇醚的清洗剂清洗塑料，如丙烯酸玻璃、ABS和聚碳酯后，会很快导致应力开裂，甚至断裂。
而烷基糖苷体系不会引起塑料开裂，并且清洗效果好。
因此，烷基多苷是硬表面清洗剂的理想原料
烷基糖苷的烷基C链分布使其具有不同的功效：
短碳链烷基糖苷渗透力好，对油脂有强的乳化能力和瞬间渗透的能力，更易溶于碱，适合配制高碱性的液体清洗剂；C8-10烷基糖苷有优秀的润湿能力以及良好的耐盐性、增溶能力，与烷基苯磺酸盐、醇醚硫酸盐复配，能提高配料时的固形物含量，流动性能好无凝胶现象，可用于浓缩型餐具清洁剂；范淑辉等在对不同聚合度的烷基糖苷的分散力进行研究时发现：
随着聚合度的增加钙皂分散力也呈增强的趋势[3]，高聚合度的烷基糖苷用在玻璃表面清洁剂中，能显著提高玻璃的通透性；C12-14有良好的钙皂分散能力和优异的增稠能力，可用于对粘度有特殊需求的餐具清洁剂。
2.2醇醚羧酸盐
醇醚羧酸盐从分子结构上看,醇醚羧酸盐在化学结构上即类似于肥皂，又类似与脂肪醇聚氧乙烯醚，兼有肥皂和脂肪醇聚氧乙烯醚两者的优点[4]。
与醇醚硫酸盐相比，因分子末端引入了羧基（CH2COO-），不仅可以在合成过程中避免生成有害副产物，而且在表面张力、临界胶束浓度、润湿、乳化、去污能力等物化性能上有明显优势。
醇醚羧酸盐对皮肤和眼的刺激性很小、适用pH范围宽、对酸、碱、氯较为稳定、生物降解性能优异，可用于玻璃清洁剂、卫生间清洁剂中；醇醚羧酸盐与阴离子表面活性剂复配，流动性能好无凝胶现象，可用于配制浓缩型餐具清洁剂，是醇醚硫酸盐的理想替代品[5]。
2.3双子酯基季铵盐
双子酯基季铵盐由两条烷烃链，两个亲水头基和在头基处的联接链组成。
两个头基是靠联接基团通过化学键而联接的，两个表面活性剂单体离子的紧密连接，使其碳氢链间更容易产生强相互作用，加强了碳氢链间的疏水结合力，而且亲水头基间的排斥倾向受制于化学键力而被大大削弱，与单链单头基表面括性剂相比较，具有更高表面活性[6]：
易吸附在气/液表面，有效地降低水的表面张力、低的临界胶束浓度、低的Kraff点、良好的钙皂分散性能、优良的润湿性，生物降解性好、毒性低，与非离子表面活性剂的复配能产生更大的协同效应。
极低的CMC值使得双子酯基季铵盐在很低的浓度下即可形成胶束而达到增溶的效果。
因此，双子酯基季铵盐可以用作高效增溶剂、脱脂剂和乳化剂。
少量的双子酯基季铵盐就可使油脂、污垢很好的被乳化分散而除去。
另外双子酯基季铵盐还具有显著的金属防腐蚀效果。
在10-5mol/L的使用浓度下，碳钢片在1M盐酸中的防腐效率达96%，室温下浸泡30min，碳钢表面只是变黄、无腐蚀脱落现象。
双子酯基季铵盐的这一特性，使其有效应用于浴室、卫生间清洁剂。
2.4封端聚醚
封端聚醚因聚醚链末端羟基被取代,所以具有较高的化学稳定性。
有使浊点下降、降低发泡能力、增强去油性能力、使临界胶束浓度下降和化学性质更稳定等特点，适用于酸性、碱性较极端的浴室卫生间清洁剂、厨房油垢清洁剂。
另由于封端聚醚润湿性、表面铺展性好，还可用在家具、地板清洁剂中提高清洁后硬表面的光亮性。
2.5异构醇醚
异构醇醚对油脂的乳化效果优于直链醇醚，较低摩尔环氧乙烷加成物比相同分子质量的直链醇环氧乙烷加成物具有更好的润湿性能。
异构醇醚用于厨房油垢清洁剂，能更好的渗透、乳化油污。
在无溶剂、低溶剂的体系中添加适量的异构醇醚即可达到理想的去油效果。
3硬表面活性剂的配方
民用硬表面清洁剂多是液态形式。
且针对不同的污垢成分的清洁剂多是专物专用。
3.1厨房用硬表面清洁剂
3.1.1餐具洗涤剂
餐具洗涤剂需遵循国家标准，活性物含量大于15%，去污力大于等于标准餐具洗涤剂[7]。
去油、安全、低刺激是对这类清洁剂的需求。
传统餐具洗涤剂配方以阴离子表面活性剂为主，具有去污力强、泡沫丰富、较易冲洗的优点。
但强的去污力使手部有干燥、刺激等不适的感觉。
体系中加入1~3%醇醚羧酸盐、2~10%烷基糖苷，与阴离子表面活性剂配伍，使泡沫更加细腻丰富、降低了刺激性、提高了体系的安全性，且赋予了体系易冲洗、不留异味、不损毁塑料制品的能力。
3.1.2厨房油垢清洁剂
厨房油垢清洁剂，主要用以清洁油性聚合物、积碳、尘土。
油性聚合物主要是在烹饪过程中蒸发的食用油中的油酸甘油脂和亚油酸甘油脂不饱和双键在高温下氧化交联形成的网状聚合物，而积炭则是进一步氧化脱氢炭化的结果。
因此重垢清洗剂在厨房用具的清洁中占了很大的比例[8]。
实例见表1
表1厨房油垢清洁剂配方
配方A（w/%）
配方B（w/%）
表面活性剂复配组分
10~30
5~15
溶剂
0~15
3~8
助表面活性剂
0~5
2~5
螯合剂
0~3
0.5~2
碱
0~10
0
水及其它
至100
至100
配方A去油力强，对重垢、陈垢，去除效果显著，但强碱对人体皮肤、呼吸道有刺激，会使特氟隆、铝、PVC、人造大理石、釉面砖等厨房材料出现变色、老化等现象；高溶剂配方对油垢有强的渗透、乳化能力，能迅速去除污垢、达到清洁效果，但有机溶剂的闪点、毒性和高成本是这种体系配方的瑕疵。
通过采用强渗透能力的低碳链的烷基糖苷、异构醇醚与阴离子表面活性剂复配，加上渗透性强的、天然安全的油溶性溶剂——D-柠檬烯的辅助，配方B
不但具有强的去油能力，而且对人体和多种材料都温和、安全。
3.2卫生间用硬表面清洁剂
卫生间用硬表面清洁剂，不仅需要去除油垢、皂垢、钙垢的能力，部分产品还需要具有抗、抑菌的功效。
清洁剂一般为酸性体系，可以使用的酸有盐酸、甲基磺酸、氨基磺酸、柠檬酸等，高含量的酸能迅速清除污渍。
但除了要避免倾倒或反应过程中对人体、衣物的损伤，还要考虑长期使用后酸会对陶瓷造成的腐蚀。
降低酸的含量，利用0.5~3.0%醇醚羧酸盐、0.5~2.0%双子酯基季铵盐可有效提高去污能力和金属防腐蚀能力，做到保证去污效力的同时提高产品的安全性。
3.3浴室清洁剂
浴室清洁剂主要清洁瓷砖、陶瓷、镜面、塑料、不锈钢镀层表面的钙垢、皂垢。
浴室清洁剂一般是酸性清洗剂，采用的酸有甲基磺酸、氨基磺酸、柠檬酸、乳酸等。
实例见表2
表2浴室清洁剂配方
配方A（w/%）
配方B（w/%）
阴离子表面活性剂
0~5
0~3
非离子表面活性剂
1~5
1~3
两性表面活性剂
0~2
0~3
双子酯基季铵盐
0
0.2~2
助表面活性剂
0~3
1~3
聚合物
0~5
0.5~1
螯合剂
0
0.5~2
酸
3~6
0~3
水及其它
至100
至100
浴室要求清洁后，光亮、不留水痕。
配方B中利用螯合剂与酸共同作用，降低了酸的含量；醇醚羧酸盐、烷基糖苷，提高去污力的同时增加了对塑料制品的保护；双子酯基季铵盐协同去污并增强防腐蚀能力；加入丙烯酸共聚物水溶液可以加快表面的干燥速度、不留痕迹。
3.4玻璃清洁剂
通常玻璃表面上只存在水斑、指纹及灰尘等轻度污垢，采用低含量表面活性剂溶液即可去除。
除满足去污需要之外，玻璃清洁剂还要求清洁后残留物少，不形成条纹痕迹，保持玻璃表面的高透明度[9]。
实例见表3
表3玻璃清洁剂配方
配方A（w/%）
配方B（w/%）
阴离子表面活性剂
0~1
0~1
非离子表面活性剂
0.01~3
0.5~4.0
两性表面活性剂
0~10
0
助剂和螯合剂
0~2
0.1~0.5
溶剂
0.4~40
0
聚合物
0.1~1
0.1~1
水及其它
至100
至100
玻璃清洁剂要求表面活性剂铺展性好、水溶性好，在水挥发后不会在玻璃表面留下水斑和彩虹纹。
配方A采用聚乙二醇、聚醚改性硅油、聚乙烯醇等与高量的、有挥发性的有机溶剂配伍，使玻璃表面的清洁剂快速挥发，达到不留痕的目的。
使用浓度5%的对比样，用洁净玻璃片浸没、提拉、干燥后观察玻片表面现象见表4：
表4玻璃表面成膜试验
样品名称
反射率
差值
试验现象
蒸馏水
0.44
0
均匀透明
烷基糖苷
0.30
-0.14
均匀、透明膜
醇醚硫酸盐
0.39
-0.05
醇醚羧酸盐
0.81
0.37
不均匀、乳白色膜
甜菜碱
1.60
1.16
α-烯烃磺酸盐
2.56
2.12
脂肪醇聚氧乙烯醚
0.52
0.08
不干燥、凝聚成小液滴
由表4可以看出烷基糖苷与醇醚硫酸盐在玻璃表面成膜后，反射率低，即光透过率高，玻璃经其处理后通透、明亮。
配方B选用了高聚合度的烷基糖苷与醇醚硫酸盐复配，在去除污垢的同时，更加通透明亮。
烷基糖苷、阴离子表面活性剂与
聚合物水溶液的合理配伍，使体系在没有挥发性溶剂的情况下，也能快干、不留痕迹。
无溶剂的玻璃清洁剂体系降低了刺激性、提高了安全性。
3.5家具、地板用清洁剂
家具、地板表面有涂料、油漆、金属，装饰板上会有聚氯乙烯膜、聚丙烯膜、氨基树脂等。
清洁剂为避免对材料造成伤害，用中性或弱酸性配方。
实例见表5。
表5家具、地板用清洁剂配方
配方A（w/%）
配方B（w/%）
非离子表面活性剂
0
3~6
两性表面活性剂
8~15
0~8
助剂和螯合剂
3~5
0.5~2
溶剂
20~30
0
聚合物
0
0.5~2
杀菌剂
0
0~1
水及其它
至100
至100
为提高干燥速度，减少水痕，配方A中加入了挥发性溶剂。
配方B通过添加适量的封端聚醚、烷基糖苷，利用其良好的润湿性和清洁后的光亮感，达到不留痕迹、光洁的效果。
注意烷基糖苷的量不能过高，否则会导致地板“太滑”。
4.结论
通过上述实例可以看出，特殊表面活性剂在硬表面清洁剂中起到了“味精”的作用，少量的加入即可达到温和、安全的效果，可以有效替代挥发性溶剂、酸、碱的使用。
特殊表面活性剂不仅使用方便快捷，而且符合节能高效的要求。
因此，特殊表面活性剂必将会在硬表面清洁剂中占有不可缺少的位置。
可以预见，在不远的将来，越来越多的绿色、高效的特殊表面活性剂必将得到更为广泛地应用，成为健康、环保新生活中不可或缺的组成部分。
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