层状结晶二硅酸钠在无磷浓缩洗衣粉中的应用

孙洁如

（上海和黄白猫有限公司技术中心，上海 200231）

与4A沸石相比，层状结晶二硅酸钠的突出优点是[1,2]:①具有优良的钙、镁离子交换能力，其中镁离子结合能力远远高于4A沸石，软化水质的能力很强；②具有较高的活性碱度和稳定的pH缓冲能力，在整个洗涤过程中都能提供足够的碱性；③对表面活性剂有很好的吸附能力，以非离子表面活性剂为例，层状结晶二硅酸钠的吸附能力明显高于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积性能较佳；⑤可提高洗衣粉中过碳酸钠等漂白剂的贮存稳定性；⑥层状结晶二硅酸钠最终溶于水中，不易粘在被洗衣物上而使被洗衣物洗后有白斑存在；⑦适宜浓缩洗衣粉干拌工艺，便于配制成浓缩洗衣粉，非常符合洗涤剂的发展趋势。

在工业化生产应用方面，业界普遍认为层状结晶二硅酸钠的化学结构独特，不适宜用于塔式喷雾干燥工艺，即不适合生产普通洗衣粉。因为喷雾干燥过程中料浆的条件要求十分苛刻，会引起层状结晶二硅酸钠的分解。而浓缩洗衣粉采用干拌工艺，生产时直接将各固体组分和一定量的液体组分（主要为非离子表面活性剂）混合相拌，避免了层状结晶二硅酸钠与大量水分发生直接接触。所以，层状结晶二硅酸钠十分适宜干拌工艺的生产浓缩洗衣粉[2,3]。

上海和黄白猫有限公司本世纪初就开始围绕层状结晶二硅酸钠在无磷浓缩洗衣粉中的应用开展研究，取得了一些进展。但在研究过程和实际生产中遇到了一些应用性的问题，如层状结晶二硅酸钠的适宜加量、液体携带量以及层状结晶二硅酸钠与沸石的复配技术、产品手感、产品流动性等。这些问题不是孤立存在的，而是相互联系、相互影响的。本文根据笔者研发无磷浓缩洗衣粉的心得，对相关问题的解决方案进行了阐述。

1.加入量的确定

1.1 影响加入量的因素

层状结晶二硅酸钠具有优良的钙、镁离子交换能力，同时具有较高的活性碱度，对油污具有优良的浸透、乳化和分散性能。因此，在浓缩洗衣粉配方中要求其加入量应尽可能地高。这是因为，层状结晶二硅酸钠对表面活性剂有很好的吸附能力，特别是对非离子表面活性剂吸附良好，有助于提高非离子表面活性剂的配方加入量，从而增强无磷浓缩洗衣粉的去污力。因此，应尽可能多地在配方中加入层状结晶二硅酸钠，以吸附更多的非离子表面活性剂，提高洗涤去污力。同时，使浓缩洗衣粉不至于因非离子表面活性剂的加入量较高而出现粘连甚至结块现象，浓缩洗衣粉的粉体能够保持较好的流动性。

层状结晶二硅酸钠的颗粒度大小也会影响到体系的流动性（参见本文第5节“产品的流动性”）。因此，将层状结晶二硅酸钠应用于洗衣粉配方时，其加入量与其本身的性状有关。

根据洗衣粉国家标准关于浓缩洗衣粉中游离碱不能超过10.5的要求，层状结晶二硅酸钠在浓缩洗衣粉配方中的加入量有一封顶值。此外，成本也是应该考虑的因素之一。

1.2 适宜的加入量

综合上述各种因素，通过实验室反复测试，当无磷浓缩洗衣粉中层状结晶二硅酸钠的加入量为30%时，体系的游离碱值已接近10.5的极限，考虑到配方中其他助剂（沸石、纯碱等）的可能加入量，无磷浓缩洗衣粉中层状结晶二硅酸钠的适宜加入量为20%～30%。

2.液体携带量

层状结晶二硅酸钠对非离子表面活性剂的吸附能力可达30%[1]。按上文所述的层状结晶二硅酸钠的适宜加入量简单地进行折算，则非离子表面活性活性剂的加入量应为6%～9%。但是，在实际应用中，由于牵涉到层状结晶二硅酸钠的颗粒度、配方中其他固体成份的吸液量及生产工艺等因素，含有层状结晶二硅酸钠的无磷浓缩洗衣粉中非离子表面活性剂的加入量可以达到9～12%。非离子表面活性剂加入量与体系流动性的对应关系见表1。

表1 非离子表面活性剂加入量与体系流动性的对应关系

上述实验所用无磷浓缩洗衣粉体系中包含30%的层状结晶二硅酸钠及沸石、芒硝等固体成份。随着非离子表面活性剂加入量的增加，浓缩洗衣粉成品的流动性会逐渐变差。类似体系中，非离子表面活性剂的适宜加入量与层状结晶二硅酸钠的颗粒度及其加入量、配方中其他成份的变动及生产工艺等因素之间的关系尚需进一步探讨。

3.层状结晶二硅酸钠与沸石的复配

层状结晶二硅酸钠在浓缩洗衣粉配方中的加入量存在一个封顶值，这可能会导致配方出现硬水软化剂不足的问题。而无磷洗衣粉配方需要解决的主要问题就是硬水的软化问题。水硬度较大时，表面活性剂的去污性能会受到影响，同时也会影响到污垢的分散能力。因此，在层状结晶二硅酸钠的加入量受到上述因素限制的情况下，可以考虑在配方中加入一定量的4A沸石。

层状结晶二硅酸钠和沸石加入量对配方去污值（碳黑污布）的影响见表2。

表2 层状结晶二硅酸钠和沸石加入量对体系一些指标的影响

根据上述结果，设计浓缩洗衣粉配方时，除层状结晶二硅酸钠及沸石加入量有变化外，其余组分除填充剂外均保持不变。

实验证实，通过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，而且有助于改善粉体的流动性。

层状结晶二硅酸钠与4A沸石复配使用时，在二者加入量相同的情况下，增加层状结晶二硅酸钠的量比增加4A沸石的量更有利于提高产品的去污力。但是，由于游离碱含量的限制，配方中层状结晶二硅酸钠的最大加入量不能超过30%。

此外，4A沸石的加入量不宜过多，因为一方面洗衣粉洗衣后会易于产生白斑现象（4A沸石由于各种原因遗留在晾干后的衣物上）；另一方面，浓缩配方中添加4A沸石过多，易在滚筒洗衣机的洗涤剂盒中结块，且不易冲溶干净。综合考虑以上因素，4A沸石适宜的加入量为5%～15%。具体加入量需参考配方体系的去污力要求、体系流动性等作出抉择。

4.产品手感

层状结晶二硅酸钠是以模数为2的无定形硅酸钠为原料，经一定的工艺路线高温煅烧结晶而成。其最终产品的形态为粉状，遇水会发生崩解进行离子交换，从而起到软化水的作用。层状结晶二硅酸钠国标中没有具体规定其成品的颗粒度大小。

在研究以层状结晶二硅酸钠为助洗剂的无磷浓缩洗衣粉配方的过程中发现，样品存在手感较差的问题:特别是在洗衣粉溶解的初期较长一段时间内，容器底部容易产生大量的不溶物，用手触摸有细砂子的感觉。为此，取不同目数的层状结晶二硅酸钠进行实验，考察其颗粒度大小对体系手感的影响，结果见表3。

表3 层状结晶二硅酸钠颗粒度大小对体系手感的影响

从表3的数据可以看出，40到80目的层状结晶二硅酸钠存在明显的手感问题，这主要是因为层状结晶二硅酸钠的目数太小，即层状结晶二硅酸钠颗粒直径太大，在水中溶解初期的分散性（崩解性）不好；当层状结晶二硅酸钠的目数达到100目以上时，手感问题基本上可以得到解决。另外，从表3数据还可以看出，随着层状结晶二硅酸钠目数的增加，层状结晶二硅酸钠的视比重也随之增加，这将影响到浓缩洗衣粉成品的视比重，同时影响到粉体的流动性。综合考虑，无磷浓缩洗衣粉配方中采用颗粒度为80～120目的层状结晶二硅酸钠作助洗剂较为适宜。

5.产品流动性

如上文所述，影响无磷浓缩洗衣粉粉体流动性的因素主要有层状结晶二硅酸钠的颗粒度和加入量、液体组分（非离子表面活性剂）及其他助剂（沸石等）的加入量、生产工艺等。

在将120目的层状结晶二硅酸钠应用于无磷浓缩洗衣粉配方时，试生产过程中发现粉体的流动性不理想:粉仓和成品仓中的粉在静止状态和开启震动器时都不易出料，影响洗衣粉生产过程的连续性。为此，试生产期间采用人工加外力的方法促使粉体流动，但是这样做增加了工人的劳动强度。经过分析发现，试生产的成品粉体较干，因此不存在由于粉体潮湿而引起的粘连情况。实际上，造成流动性变差的主要原因是成品颗粒太细，比表面积大大增加，实体间的吸引力随之增大。

根据上述情况，对无磷浓缩洗衣粉的配方和原料要求进行了部分调整，但配方体系的总体框架保持不变。鉴于过细的层状结晶二硅酸钠是造成洗衣粉粉体颗粒太细的主要原因，因此与原料供应商合作，将层状结晶二硅酸钠的颗粒度控制在适当的范围内。在保证产品的质量和手感的前提下，调整层状结晶二硅酸钠的标准，将颗粒度改为:80目孔径的筛子通过率为90%。经过一段时间的实际运行，粉体的流动性得到了显著改善，效果令人满意。

6.结论

层状结晶二硅酸钠作为一种性能优良的无磷助剂应用于洗衣粉生产。与4A沸石等助洗剂相比，层状结晶二硅酸钠具有许多特性优势，因此更适于无磷浓缩洗衣粉的干拌生产工艺，且生产工艺简单，生产成本较低。

层状结晶二硅酸钠应用于无磷浓缩洗衣粉的配方中需解决一些应用性问题，如层状结晶二硅酸钠适宜的加入量、液体携带量、层状结晶二硅酸钠与沸石的复配、产品手感、产品的流动性等。这些问题不是孤立的，而是相互联系、相互影响的。

采用干拌法的生产工艺生产无磷浓缩洗衣粉时，应对其配方中层状结晶二硅酸钠的颗粒度指标作出调整:80目孔径的筛子通过率为90%。

[1]许海涛,等.层状结晶二硅酸钠发展现状及技术进展[J].中国洗涤用品工业,2006(6):80.

[2]周明义,等.新一代洗衣粉助洗剂层状结晶二硅酸钠[J].现代化工,1999,19(6):18-20.

[3]徐生庚.层状结晶二硅酸钠的研究与讨论[J].中国洗涤用品工业,2003(2):60.