MEO非離子表面活性劑在自動洗碗機洗滌劑中的應用研究

楊 聰 陳子杰 朱 宏,2＊

（1. 華南師范大學化學學院，廣東廣州，510006；2. 佛山市舒潔環?？萍加邢薰?，廣東佛山，528200）

隨著人們消費觀念的改變，自動洗碗機作為外國流入我國的新興產品，近幾年來開始被大家所接受。據大數據統計，自2009年開始，國內洗碗機用洗滌劑銷量增幅一直高于20%[1]，發展勢頭良好。

區別于傳統手洗餐具洗滌劑，機用洗滌劑主要以非離子表面活性劑及各類助劑組成。目前市面上的洗碗機主要是以噴淋式的清洗方式為主，其對餐具污垢的清洗主要通過以下方式作用：強勁水流的沖刷、高溫使油污軟化易脫落以及洗滌劑對油污的裹挾分散清除等[2]。由于洗碗機洗滌方式區別于傳統手洗方式，洗滌劑的泡沫量不能過高，以免影響清洗。若將傳統手洗餐具洗滌劑用于機洗，在洗滌過程中將會產生大量泡沫，對機器造成損傷；并且隨著泡沫量的提高，水流的沖擊力降低，對餐具的清潔也會產生不利影響。

為提高洗碗機清洗能力與降低其能耗，并實現快干、光潔等需求，機用洗滌劑一般需要將主洗劑、漂洗劑和軟水鹽配合使用，主洗劑需要有強的去污能力，漂洗劑需要有使餐具快干和光潔的能力，軟水鹽則是為了防止水垢在餐具表面的再聚集，三者之中最重要的部分為主洗劑。目前市場上的洗碗機用洗滌劑或主洗劑多以粉狀或塊狀為主，在洗滌過程中有著溶解性差、填充劑多的缺點，液體洗滌劑則不存在此問題，在追求高效、環保的市場上有著良好的發展潛力。

市面上的機用洗滌劑或主洗劑主要包括非離子表面活性劑、助洗劑、氧化劑、酶制劑等，助洗劑一般由堿性助劑、螯合劑、分散劑等組成，每種組分都對洗滌劑的清洗效果有著重要影響[3]。

常用的非離子表面活性劑有脂肪醇聚氧乙烯醚類、嵌段聚醚類等，其主要作用是降低水的表面張力，并發揮其乳化、潤濕、分散的作用，是洗滌劑中最重要的組成部分。一般用于機洗的非離子表面活性劑需要有低泡、高潤濕性的特點。AEO-9作為市面上用量最大的非離子表面活性劑之一，有著良好的乳化、去污、潤濕、凈洗等性能，廣泛運用于各類民用洗滌劑中，其結構式為：R-O-(CH2CH2O)nH (其中R=C12～14, n=9)。但AEO-9起泡好，不易消泡，限制了其作為機洗表面活性劑的應用。因此，在洗碗機洗滌劑中，開發泡沫低、去污力強的非離子表面活性劑十分必要。

助洗劑在機用洗滌劑中的占比有時能高達30%以上，對餐具的清潔有著重要作用。常用的堿性助劑有碳酸鈉、碳酸氫鈉、硅酸鈉等，其主要作用是提供堿性，與脂肪成分發生皂化反應使得油污更易清洗。螯合劑的作用是通過與水中存在的鈣鎂離子結合，減少難溶性鹽在水中的沉淀，降低水的硬度，確保不會被水中鈣鎂離子影響洗滌，常用的螯合劑有檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸鈉鹽（EDTA-2Na、EDTA-4Na）等。分散劑在助洗劑中起著分散污垢微粒、防止污垢在餐具表面再沉積的作用，常用的分散劑有馬來酸-丙烯酸共聚物鈉鹽、聚丙烯酸鈉等[4]。

氧化劑主要是將難以洗去的有色污漬如茶漬、咖啡漬等氧化分解，使其溶于水中能夠被洗去。洗碗機洗滌劑中一般使用過碳酸鈉、過硼酸鈉等不含氯的氧化劑，以達到綠色環保的要求。

酶制劑相較其他助劑，在洗滌劑中有著微量高效的特點，淀粉酶和蛋白酶對于污垢中的淀粉類物質和蛋白類物質有著良好的洗滌作用，不過需要注意的是挑選酶制劑時應選擇高溫耐受性類型，避免洗滌溫度過高導致其失活。

MEO屬于脂肪醇聚氧烷基醚，即結構中含有聚氧乙烯醚和聚氧丙烯醚。相較于AEO-9，MEO脂肪醇聚氧烷基醚具有泡沫低、易消泡的特點，配合適當的助劑，有望開發出綜合性能較好的洗碗機用洗滌劑。本文對MEO脂肪醇聚氧烷基醚和AEO-9表面活性劑的泡沫性、去污性、光潔度及干燥速度進行了比較，同時還考察了螯合劑及分散劑等助劑對MEO脂肪醇聚氧烷基醚性能的影響。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

脂肪醇聚氧烷基醚MEO-100（以下簡稱MEO-100），佛山市舒潔環?？萍加邢薰?；脂肪醇聚氧烷基醚MEO-86（以下簡稱MEO-86），佛山市舒潔環?？萍加邢薰?；脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-9，麒旭化工；無水碳酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-2Na）、檸檬酸鈉，天津致遠化學；乙二胺四乙酸四鈉（EDTA-4Na），巴斯夫；聚丙烯酸鈉（MP-70k，50%）、二甲苯磺酸鈉（HAS040，40%），優索化工；馬來酸-丙烯酸共聚物鈉鹽（PMA-40），欣奇化工；消泡劑Foamaster MO2190，巴斯夫。

JJ200精密電子天平；羅氏泡沫儀；美的M1型洗碗機。

1.2 性能測試

1.2.1 泡沫性能測試

根據GB/T 13173.6－1991《洗滌劑發泡力的測定（Ross-Miles法）》[5]對已設定配方樣品做泡沫性能測試。

測試條件：60℃、150 mg/L硬水條件下分別測試。

評價方式：測試結果通過其發泡高度與穩泡率評價，發泡高度越低，說明樣品對洗碗機的泡沫適配性越好；穩泡率越低，說明樣品的消泡速度越快，也能更好地適用在洗碗機上。

穩泡率公式：

1.2.2 清潔性能測試

參考GB/T 24692－2009《表面活性劑 家庭機洗餐具用洗滌劑性能比較試驗導則》[6]，進行人工油污制備。將10 g混合油加熱至50～60℃融化，加入15 g小麥粉與7.5 g全脂奶粉攪拌均勻，再加入30 g新鮮雞蛋液攪拌均勻；最后加入37.5 g蒸餾水攪拌均勻制得人工油污。將制得的油污按表1所示質量均勻涂布于餐具上，于室溫下陳化8 h，得到被污染的待測餐具。所選餐具規格為：直徑22.3 cm密胺餐盤，直徑8.7 cm陶瓷醬油碟，長17 cm不銹鋼餐勺、直徑11 cm陶瓷碗，處理后的餐具如圖1所示。每次配方清洗結束后，洗碗機需用清水再空洗一次，餐具需用去離子水再洗凈，每種配方平行測試3次。

測試條件：M1洗碗機超快洗模式，60℃，自來水。

評價方式：測試結果用肉眼通過洗滌后餐具的污垢殘留量、光潔程度、干燥速度等評價，滿分5分。污垢殘留量通過對洗滌結束后的餐具表面污垢殘留的多少進行評價，污垢殘留量越少，評分越高；光潔程度通過對洗滌晾干后的洗凈區域水漬以及膜痕的嚴重程度進行評價，水漬和膜痕越少，評分越高；干燥速度通過機洗結束立刻取出餐具1 min后，餐具表面剩余水珠數N進行評價，剩余水珠數量越少，評分越高。評分標準見表2。

圖1 不同餐具表面涂污陳化后情況

表1 各類型餐具表面污垢質量g

表2 餐具清潔評分標準

2 結果與討論

2.1 泡沫性能評價

根據洗碗機用洗滌劑的主要成分，設計測試洗滌劑的配方[7]。測試的配方成分按質量分數100份進行配制，詳情見表3。

表3 采用不同非離子表面活性劑的配方中各成分所占份數

樣品半透明，其中的非離子表面活性劑分別采用MEO-100、MEO-86、AEO-9、MEO-100:MEO-86=2:1配制成4款。取2.5 g樣品溶于1 L 150 mg/L的硬水中，根據GB/T 13173.6-91中所示方法，通過羅氏泡沫儀在60℃條件下測試待測樣的起始發泡高度，結果如下。

由圖2可以看出，在使用不同非離子表面活性劑的情況下測試，其初始泡沫高度會發生變化。AEO-9及MEO-100的泡沫量差異不大，但MEO-86的起始泡沫量明顯少于AEO-9和MEO-100。當MEO-86與MEO-100進行復配后，其泡沫量介于MEO-86和MEO-100之間。MEO-100雖然與AEO-9在60℃下起始泡沫量相差不大，但由圖3可知，MEO-100在60℃下的穩泡率低于AEO-9，在5 min時MEO-100的穩泡率已經低于AEO-9在10 min時的穩泡率，即其消泡速度更快，在洗滌過程中不會因泡沫的累積影響洗滌效果。故MEO-86和MEO-100相較AEO-9與洗碗機有更好的適配性。

圖2 不同非離子表面活性劑配方下的起始泡沫情況比較

圖3 AEO-9與MEO-100在60℃下的穩泡率對比

2.2 清潔性能評價

將待測餐具小餐碟、大餐盤、陶瓷碗和餐勺各一個，置于洗碗機相應槽內，加入5 L水，投入6 g洗滌劑配方樣品，開啟洗碗機超快洗功能。通過改變組分中非離子表面活性劑的種類，探究出配方樣品清潔效果的優劣，再通過改變螯合劑、分散劑等助劑的種類，探究其對MEO脂肪醇聚醚在清潔性能上的影響。

2.2.1 非離子表面活性劑對清洗結果的影響

測試的配方樣品如表3所示，樣品半透明，其中的非離子表面活性劑分別采用MEO-100、MEO-86、AEO-9、MEO-100:MEO-86=2:1配制成4款，并與不加洗滌劑時的清洗結果進行比較，按照評價方式對餐具洗凈效果進行評分，測試結果如圖4所示。

由圖4可知，在無洗滌劑的情況下，單純依靠洗碗機內部水流的機械力與熱能，對污垢的去除效果非常差。4種配方對小餐碟和大餐盤這類徑深比大的餐具的清洗結果相差不大，都能有效洗凈表面污垢，但對陶瓷碗這類有深度的餐具和不規則餐勺的污垢清洗有著差別，原因可能是小餐碟和大餐盤內凹平面大且平整，污垢能均勻分布，而碗勺類無大面積平整平面，整體呈凹陷狀，污垢易聚集于最低點，使得其不易除去。MEO類的洗滌劑對諸如碗勺這類餐具的清洗效果要優于AEO-9。

圖4 不同非離子表面活性劑配方下的污垢清洗性能對比

由圖5可看出，在餐具晾干后的表面光潔程度比較中，不加洗滌劑清洗的餐具組，其光潔程度很差。對比4種配方清洗后餐具表面的光亮效果，MEO-86對表面水漬和膜痕的抑制效果最好，MEO-100次之，AEO-9最差，洗凈后有小面積膜痕，影響光潔。MEO類洗滌劑對餐具的光潔效果優于AEO-9。

圖5 不同非離子表面活性劑配方下的光潔程度對比

由圖6可知，在小型餐具如餐勺類的干燥速度上，差別不明顯，原因可能是熱能使得其干燥速度過快。而在其他餐具上，MEO類的干燥速度快于AEO-9。各類配方在大餐盤上的干燥速度都比較慢，原因可能是餐具面積大，而且餐盤是密胺材質，不如陶瓷及不銹鋼表面光滑平整，水珠易附著，不易干燥。

2.2.2 螯合劑對清洗結果的影響

螯合劑通過與水中存在的鈣鎂離子結合，減少難溶性鹽在水中的沉淀，降低水的硬度，確保不會被水中鈣鎂離子影響洗滌。作為軟化硬水，增強洗滌效果的一類助劑，螯合劑在洗滌劑配方中不可或缺，改變螯合劑的配方，樣品成分見表4。

圖6 不同非離子表面活性劑配方下的干燥速度對比

樣品半透明，其中的螯合劑分別采用檸檬酸鈉、EDTA-2Na、EDTA-4Na及去離子水配制成4款，按照評價方式對餐具洗凈效果進行評分，測試結果如圖7所示。

由圖7可知，在改變螯合劑種類的情況下，對于小餐碟和大餐盤污垢的洗凈能力，各類螯合劑的差別不大，甚至不加螯合劑都能達到良好的去污效果。但在碗勺這類餐具上，乙二胺四乙酸鈉鹽對污垢的洗凈能力優于檸檬酸鈉，檸檬酸鈉對污垢的清洗能力有提高，但在配方中不明顯。故若要增強MEO類配方洗滌劑的去污能力，使用乙二胺四乙酸鈉鹽的效果更好。

表4 采用不同螯合劑的配方中各成分所占份數

圖7 不同螯合劑配方下的污垢清洗性能對比

由圖8可知，在小餐碟上比較不同螯合劑配方洗凈后的光潔程度是不明顯的，而在大餐盤和碗勺上的光亮比較中，檸檬酸鈉明顯更勝一籌，EDTA-2Na次之，EDTA-4Na較差，有部分水漬和膜痕產生。因此，若洗滌劑洗凈餐具后餐具表面光亮較差，可適當增加檸檬酸鈉的使用量。

由圖9可知，在干燥速度上，各類螯合劑配方在不同餐具的干燥上差別不大，在大餐盤上剩余水珠量都是20～30之間，勺子上都低于5個。而在小餐碟的干燥速度上，檸檬酸鈉和去離子水的水珠數都在10個以下，乙二胺四乙酸鈉鹽都在5個之下，在陶瓷碗中的水珠差異也不明顯，在干燥速度方面整體無較大差別。

2.2.3 分散劑對清洗效果的影響

分散劑有著分散污垢微粒，防止污垢在餐具表面再沉積的作用，加入能夠與螯合劑協同，產生更好的清洗效果，并減少螯合劑的添加量。改變分散劑的配方樣品成分見表5。

圖8 不同螯合劑配方下的光潔程度對比

圖9 不同螯合劑配方下的干燥速度對比

表5 采用不同分散劑的配方中各成分所占份數

樣品半透明，其中的分散劑分別采用聚丙烯酸鈉、馬來酸-丙烯酸共聚物鈉鹽及去離子水配制成3款，按照評價方式對餐具洗凈效果進行評分，測試結果如圖10所示。

圖10 不同分散劑配方下的污垢清洗性能對比

由圖10可以看出，在改變分散劑種類后，大餐盤和小餐碟上的污垢都能有效去除干凈，對于碗勺而言，不加分散劑的洗滌效果會差一些，PMA-40對污垢的洗凈能力更好，MP-70k的洗凈能力弱于PMA-40，故選擇PMA-40增強配方的去污性能。

由圖11可知，在光潔度方面，不加分散劑的配方在光亮的效果上弱于添加了分散劑的，而添加了分散劑的幾種配方中，雖然各配方組分差別不大，但PMA-40對餐具的光亮效果的表現相較其他配方更優，MP-70k次之，因此若要使配方作用于餐具后表現出更光潔的效果，選擇PMA-40更合適。

由圖12可知，小碟和勺子在干燥速度上無明顯差別，但在面積較大的餐具上就能體現出差異。在大餐盤上，MP-70k具有較好的催干效果，能使餐具表面的水珠較快干燥，而陶瓷碗上各類分散劑配方都能使表面水珠較快干燥，無分散劑配方的干燥速度在大餐盤和陶瓷碗中弱于含分散劑的配方，可能是因為分散劑也有能降低餐具與水之間的表面張力的能力，促使餐具更快干燥。

圖11 不同分散劑配方下的光潔程度對比

3 結論

通過以上實驗可知，在機洗洗滌劑的配方設計中，非離子表面活性劑的選擇上，MEO表面活性劑優于AEO-9，MEO類表面活性劑對比AEO-9，有著較低的泡沫性能、良好的生物降解性和去污能力，在光潔程度和干燥速度上也稍好于AEO-9。在探究其他助劑如螯合劑和分散劑對MEO表面活性劑性能的影響中，發現螯合劑EDTA-2Na和分散劑PMA-40在去污能力上有著更好的表現，而螯合劑檸檬酸鈉和分散劑PMA-40在餐具光潔上有更好的表現，干燥速度方面，螯合劑對餐具表面的催干效果并無明顯差別，而分散劑中雖然也無十分明顯的差異，但MP-70k在餐具表面的催干效果上表現還是稍好于其他兩款。

綜上所述，MEO脂肪醇聚氧烷基醚搭配EDTA-2Na、檸檬酸鈉和PMA-40等助劑，相比AEO-9，在洗碗機餐具清潔上有著明顯優勢，其作為綠色環保且低泡的非離子表面活性劑，在洗碗機洗滌劑市場上具有良好的發展前景。