層狀結晶二硅酸鈉在無磷濃縮洗衣粉中的應用

孫潔如

（上海和黃白貓有限公司技術中心，上海 200231）

與4A沸石相比，層狀結晶二硅酸鈉的突出優點是[1,2]:①具有優良的鈣、鎂離子交換能力，其中鎂離子結合能力遠遠高于4A沸石，軟化水質的能力很強；②具有較高的活性堿度和穩定的pH緩沖能力，在整個洗滌過程中都能提供足夠的堿性；③對表面活性劑有很好的吸附能力，以非離子表面活性劑為例，層狀結晶二硅酸鈉的吸附能力明顯高于4A沸石；④具有一定的分散性能，因而抗再沉降能力和抗灰分沉積性能較佳；⑤可提高洗衣粉中過碳酸鈉等漂白劑的貯存穩定性；⑥層狀結晶二硅酸鈉最終溶于水中，不易粘在被洗衣物上而使被洗衣物洗后有白斑存在；⑦適宜濃縮洗衣粉干拌工藝，便于配制成濃縮洗衣粉，非常符合洗滌劑的發展趨勢。

在工業化生產應用方面，業界普遍認為層狀結晶二硅酸鈉的化學結構獨特，不適宜用于塔式噴霧干燥工藝，即不適合生產普通洗衣粉。因為噴霧干燥過程中料漿的條件要求十分苛刻，會引起層狀結晶二硅酸鈉的分解。而濃縮洗衣粉采用干拌工藝，生產時直接將各固體組分和一定量的液體組分（主要為非離子表面活性劑）混合相拌，避免了層狀結晶二硅酸鈉與大量水分發生直接接觸。所以，層狀結晶二硅酸鈉十分適宜干拌工藝的生產濃縮洗衣粉[2,3]。

上海和黃白貓有限公司本世紀初就開始圍繞層狀結晶二硅酸鈉在無磷濃縮洗衣粉中的應用開展研究，取得了一些進展。但在研究過程和實際生產中遇到了一些應用性的問題，如層狀結晶二硅酸鈉的適宜加量、液體攜帶量以及層狀結晶二硅酸鈉與沸石的復配技術、產品手感、產品流動性等。這些問題不是孤立存在的，而是相互聯系、相互影響的。本文根據筆者研發無磷濃縮洗衣粉的心得，對相關問題的解決方案進行了闡述。

1.加入量的確定

1.1 影響加入量的因素

層狀結晶二硅酸鈉具有優良的鈣、鎂離子交換能力，同時具有較高的活性堿度，對油污具有優良的浸透、乳化和分散性能。因此，在濃縮洗衣粉配方中要求其加入量應盡可能地高。這是因為，層狀結晶二硅酸鈉對表面活性劑有很好的吸附能力，特別是對非離子表面活性劑吸附良好，有助于提高非離子表面活性劑的配方加入量，從而增強無磷濃縮洗衣粉的去污力。因此，應盡可能多地在配方中加入層狀結晶二硅酸鈉，以吸附更多的非離子表面活性劑，提高洗滌去污力。同時，使濃縮洗衣粉不至于因非離子表面活性劑的加入量較高而出現粘連甚至結塊現象，濃縮洗衣粉的粉體能夠保持較好的流動性。

層狀結晶二硅酸鈉的顆粒度大小也會影響到體系的流動性（參見本文第5節“產品的流動性”）。因此，將層狀結晶二硅酸鈉應用于洗衣粉配方時，其加入量與其本身的性狀有關。

根據洗衣粉國家標準關于濃縮洗衣粉中游離堿不能超過10.5的要求，層狀結晶二硅酸鈉在濃縮洗衣粉配方中的加入量有一封頂值。此外，成本也是應該考慮的因素之一。

1.2 適宜的加入量

綜合上述各種因素，通過實驗室反復測試，當無磷濃縮洗衣粉中層狀結晶二硅酸鈉的加入量為30%時，體系的游離堿值已接近10.5的極限，考慮到配方中其他助劑（沸石、純堿等）的可能加入量，無磷濃縮洗衣粉中層狀結晶二硅酸鈉的適宜加入量為20%～30%。

2.液體攜帶量

層狀結晶二硅酸鈉對非離子表面活性劑的吸附能力可達30%[1]。按上文所述的層狀結晶二硅酸鈉的適宜加入量簡單地進行折算，則非離子表面活性活性劑的加入量應為6%～9%。但是，在實際應用中，由于牽涉到層狀結晶二硅酸鈉的顆粒度、配方中其他固體成份的吸液量及生產工藝等因素，含有層狀結晶二硅酸鈉的無磷濃縮洗衣粉中非離子表面活性劑的加入量可以達到9～12%。非離子表面活性劑加入量與體系流動性的對應關系見表1。

表1 非離子表面活性劑加入量與體系流動性的對應關系

上述實驗所用無磷濃縮洗衣粉體系中包含30%的層狀結晶二硅酸鈉及沸石、芒硝等固體成份。隨著非離子表面活性劑加入量的增加，濃縮洗衣粉成品的流動性會逐漸變差。類似體系中，非離子表面活性劑的適宜加入量與層狀結晶二硅酸鈉的顆粒度及其加入量、配方中其他成份的變動及生產工藝等因素之間的關系尚需進一步探討。

3.層狀結晶二硅酸鈉與沸石的復配

層狀結晶二硅酸鈉在濃縮洗衣粉配方中的加入量存在一個封頂值，這可能會導致配方出現硬水軟化劑不足的問題。而無磷洗衣粉配方需要解決的主要問題就是硬水的軟化問題。水硬度較大時，表面活性劑的去污性能會受到影響，同時也會影響到污垢的分散能力。因此，在層狀結晶二硅酸鈉的加入量受到上述因素限制的情況下，可以考慮在配方中加入一定量的4A沸石。

層狀結晶二硅酸鈉和沸石加入量對配方去污值（碳黑污布）的影響見表2。

表2 層狀結晶二硅酸鈉和沸石加入量對體系一些指標的影響

根據上述結果，設計濃縮洗衣粉配方時，除層狀結晶二硅酸鈉及沸石加入量有變化外，其余組分除填充劑外均保持不變。

實驗證實，通過在配方中加入一定比例的4A沸石，可以不同程度地提高洗衣粉的去污力，而且有助于改善粉體的流動性。

層狀結晶二硅酸鈉與4A沸石復配使用時，在二者加入量相同的情況下，增加層狀結晶二硅酸鈉的量比增加4A沸石的量更有利于提高產品的去污力。但是，由于游離堿含量的限制，配方中層狀結晶二硅酸鈉的最大加入量不能超過30%。

此外，4A沸石的加入量不宜過多，因為一方面洗衣粉洗衣后會易于產生白斑現象（4A沸石由于各種原因遺留在晾干后的衣物上）；另一方面，濃縮配方中添加4A沸石過多，易在滾筒洗衣機的洗滌劑盒中結塊，且不易沖溶干凈。綜合考慮以上因素，4A沸石適宜的加入量為5%～15%。具體加入量需參考配方體系的去污力要求、體系流動性等作出抉擇。

4.產品手感

層狀結晶二硅酸鈉是以模數為2的無定形硅酸鈉為原料，經一定的工藝路線高溫煅燒結晶而成。其最終產品的形態為粉狀，遇水會發生崩解進行離子交換，從而起到軟化水的作用。層狀結晶二硅酸鈉國標中沒有具體規定其成品的顆粒度大小。

在研究以層狀結晶二硅酸鈉為助洗劑的無磷濃縮洗衣粉配方的過程中發現，樣品存在手感較差的問題:特別是在洗衣粉溶解的初期較長一段時間內，容器底部容易產生大量的不溶物，用手觸摸有細砂子的感覺。為此，取不同目數的層狀結晶二硅酸鈉進行實驗，考察其顆粒度大小對體系手感的影響，結果見表3。

表3 層狀結晶二硅酸鈉顆粒度大小對體系手感的影響

從表3的數據可以看出，40到80目的層狀結晶二硅酸鈉存在明顯的手感問題，這主要是因為層狀結晶二硅酸鈉的目數太小，即層狀結晶二硅酸鈉顆粒直徑太大，在水中溶解初期的分散性（崩解性）不好；當層狀結晶二硅酸鈉的目數達到100目以上時，手感問題基本上可以得到解決。另外，從表3數據還可以看出，隨著層狀結晶二硅酸鈉目數的增加，層狀結晶二硅酸鈉的視比重也隨之增加，這將影響到濃縮洗衣粉成品的視比重，同時影響到粉體的流動性。綜合考慮，無磷濃縮洗衣粉配方中采用顆粒度為80～120目的層狀結晶二硅酸鈉作助洗劑較為適宜。

5.產品流動性

如上文所述，影響無磷濃縮洗衣粉粉體流動性的因素主要有層狀結晶二硅酸鈉的顆粒度和加入量、液體組分（非離子表面活性劑）及其他助劑（沸石等）的加入量、生產工藝等。

在將120目的層狀結晶二硅酸鈉應用于無磷濃縮洗衣粉配方時，試生產過程中發現粉體的流動性不理想:粉倉和成品倉中的粉在靜止狀態和開啟震動器時都不易出料，影響洗衣粉生產過程的連續性。為此，試生產期間采用人工加外力的方法促使粉體流動，但是這樣做增加了工人的勞動強度。經過分析發現，試生產的成品粉體較干，因此不存在由于粉體潮濕而引起的粘連情況。實際上，造成流動性變差的主要原因是成品顆粒太細，比表面積大大增加，實體間的吸引力隨之增大。

根據上述情況，對無磷濃縮洗衣粉的配方和原料要求進行了部分調整，但配方體系的總體框架保持不變。鑒于過細的層狀結晶二硅酸鈉是造成洗衣粉粉體顆粒太細的主要原因，因此與原料供應商合作，將層狀結晶二硅酸鈉的顆粒度控制在適當的范圍內。在保證產品的質量和手感的前提下，調整層狀結晶二硅酸鈉的標準，將顆粒度改為:80目孔徑的篩子通過率為90%。經過一段時間的實際運行，粉體的流動性得到了顯著改善，效果令人滿意。

6.結論

層狀結晶二硅酸鈉作為一種性能優良的無磷助劑應用于洗衣粉生產。與4A沸石等助洗劑相比，層狀結晶二硅酸鈉具有許多特性優勢，因此更適于無磷濃縮洗衣粉的干拌生產工藝，且生產工藝簡單，生產成本較低。

層狀結晶二硅酸鈉應用于無磷濃縮洗衣粉的配方中需解決一些應用性問題，如層狀結晶二硅酸鈉適宜的加入量、液體攜帶量、層狀結晶二硅酸鈉與沸石的復配、產品手感、產品的流動性等。這些問題不是孤立的，而是相互聯系、相互影響的。

采用干拌法的生產工藝生產無磷濃縮洗衣粉時，應對其配方中層狀結晶二硅酸鈉的顆粒度指標作出調整:80目孔徑的篩子通過率為90%。

[1]許海濤,等.層狀結晶二硅酸鈉發展現狀及技術進展[J].中國洗滌用品工業,2006(6):80.

[2]周明義,等.新一代洗衣粉助洗劑層狀結晶二硅酸鈉[J].現代化工,1999,19(6):18-20.

[3]徐生庚.層狀結晶二硅酸鈉的研究與討論[J].中國洗滌用品工業,2003(2):60.