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绿色表秒活性剂烷基糖苷在餐具洗涤剂中的应用

阅读量：3818268 2019-10-26

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一、餐具.上的油污是如何除去的餐具洗涤是从餐具表面除去油污等污垢的过程，常需使用餐具洗涤剂，表面活性剂是餐具洗涤剂的必要成分。表面活性剂分子通常含有一个较长的疏水链和-一个亲水基。疏水链在水中处于不稳定的状态，有迁移到两相或多相界面上的趋势，以尽量减小与水的接触面积，结果使界面张力降低，从而产生润湿、增溶等功能。当表面活性剂浓度足够大时，表面活性剂分子在水中聚集，疏水链彼此靠在一起形成胶团，亲水基向外构成胶团表面。胶团内可以包裹油污，使油在水中的溶解度显著增大(即增溶作用)。再施以机械作用，就能将油污从餐具表面除去(如图1所示)。

餐具洗涤剂常用的表面活性剂很多，如十二烷基苯磺酸钠(LAS)、脂肪醇聚氧Z烯醚硫酸盐( AES)，但是它们在安全性、对皮肤的影响、生物降解性能等方面都不够理想。这里给大家介绍一-种性能比较理想的绿色表面活性剂APG。二、什么是APGAPG代表烷基糖苷(Alkyl Polyglucoside) ，通常为单糖和低聚糖的烷基糖苷化合物，烷基葡萄糖苷分子的结构如图2所示。分子中的疏水链R - -般为C8~C12的烷基，亲水基为单糖或低聚糖苷(聚合度-般为1~3，很少超过5)。由于糖分子具有多个羟基，例如葡萄糖有5个羟基，蔗糖、麦芽糖有8个羟基，因此烷基糖苷的结构极为复杂，存在多种异构体。三、APG的洗涤性能APG分子中没有强电离基团，属于非离子型表面活性剂，其表面活性居于最高之列，比常见非离子型表面活性剂(例如脂肪醇聚氧乙烯醚)都强，并且在浓碱和电解质(如硅酸钠等)溶液中仍能保持较高的表面活性。表面活性剂形成胶团的最低浓度称为临界胶束浓度(cmc)，它是衡量表面活性剂表面活性的重要参数。cmc越小，表面活性越高。当烷基相同时，常用的阴离子型十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠的cmc分别为1.2X 10-3mol/L和9.3X 10-3mol/L，非离子型月桂醇聚氧乙烯醚C2H23O(OCH4)H为1.0X 10-4mol/L，而各种APG可小至8.0X 10-5mol/L~2.2X 10-4 mol。 APG还具有其他优点，包括泡沫丰富，起泡能力与阴离子表面活性剂差不多;与其他表面活性剂复配具有协同效应，能提高表面活性并减小刺激性表面活性剂的用量;手感温和，对皮肤刺激性小。由于它无毒，易于降解，并且100%用再生性天然原料生产，在能耗、生理、环境相容性等方面有其独到的优势，因而被誉为绿色表面活性剂。它的缺点是受水质的影响较大，随着水硬度增大，去污能力下降。四、APG的合成APG通常用天然淀粉及其水解产物与脂肪醇缩合来制备，淀粉的水解产物可以是葡萄糖，也可以是二糖、三糖等低聚糖。合成方法有多种，目前主要使用化学合成法。在此介绍两种最成熟的工业合成法。一种常称为一步法，它是采用C8~C16的脂肪醇与淀粉水解产物直接反应来生产烷基糖苷，通常需要加热，并需要催化剂。常用的催化剂为硫酸、对甲苯磺酸，也使用具有乳化性能的酸(如十二烷基苯磺酸)，这些酸可使原料形成稳定的细小液滴，有助于糖苷化反应。以葡萄糖为原料的反应:

反应完成后除去脂肪醇，然后经过中和、漂白后，即得产物APG。这种方法相对简单，但由于高碳醇与糖的溶解度不好，所以反应时间长，同时需要仔细控制反应条件，否则极易形成结积的焦块。国外主要用此法合成烷基糖苷。另一种合成法常称为二步法。以转缩醛化法为例，它是在硫酸、对甲苯磺酸等酸性催化剂存在下，先让低碳脂肪醇(-般为丁醇)和淀粉(或其水解产物)生成低碳链的烷基糖苷，然后再以高碳链的脂肪醇取代糖苷中的低碳链，从而制得高碳链的烷基糖苷。以葡萄糖为原料的反应为:

目前国内主要用此法生产，常用的条件是:第一-步反应2小时后，在100~ 120C、真空下尽快除去正丁醇，再进行第二步反应。反应40分钟后，用Na2CO3中和，在165°C， 0.27 kPa下脱除十二醇，即得到产物。二步法的特点是反应时间短，操作简单，很好地解决了醇糖相溶性问题，但规模化生产需要增加低碳醇的分离工序和设备，且产品纯度不如一步法。除了化学法以外，还可用酶催化法来合成APG。该法具有选择性好，条件温和，工艺简单，产品纯度高等优点，但是转化率低，反应速度慢，合适的酶体系建立复杂，因此目前还处于实验室研究阶段。五、APG配制餐具洗涤剂通常，使用APG的餐具洗涤剂配方中还含有其他表面活性剂，这样配成的洗涤剂泡沫丰富，抗硬水性好，易漂洗，手感温和。需要说明的是，泡沫与洗涤剂性能并无直接关系，但泡沫在洗涤过程中逐渐减少的现象，可表明洗涤溶液的有效成分减少，清洗能力下降。由于APG价格相对较高，一般配方中APG用量较少(通常在1%~ 15%)，以降低成本。商业化生产中为了进一-步降低成本并增大黏度，常用NaCl作为增稠剂。以下是一个简单配方的配制实验方案:称取APG(50%) 0.70 g AES (70%) 1.20 g分别加水至10 g用水浴(或加热套)微微加热使其溶解。将两份溶液混合，加入NaCI饱和溶液3.5 mL，轻轻搅拌均匀，即得产品。本产品具有很强的去污能力，将它稀释5倍后在硬水中的洗涤效果仍很好。在实验中，需要注意以下事项:( 1) AES具有弱酸性，对皮肤有一-定刺激性，应尽量避免直接接触皮肤。(2) 配制洗涤剂时，应将APG与AES分别溶解后再行混合，否则溶解会较困难。(3) APG较难溶于水，但剧烈搅动会产生大量泡沫，且增溶效果不明显。所以溶解时不宜剧烈搅动，可以稍微加热来促进溶解。(4) NaCl应以饱和溶液形式加入，直接加入固体会造成溶解困难。NaCl的用量不能过大，否则会失去增稠作用，反而使洗涤剂变稀。(5) 实验用品多为易燃有机物，所以整个过程不能有明火。为满足不同需求，可向洗涤剂中加入保湿剂(一般为少许甘油)避免洗涤后皮肤干燥，可加入香料(柠檬香料0.02 g)改善气味，还可加入适量防腐剂脱氢醋酸钠0.01 g延长产品保质期。