精细化工课程设计---低成本衣用液体洗涤液配方设计

精细化工课程设计---低成本衣用液体洗涤液配方设计 低成本衣用液体洗衣液,轻垢型,配方 设计说明书 学院,环境与市政工程学院 专业,应用化学 学号,201011525 姓名,韩硕 指导老师,李新宝 曹永 - 1 - 应用化学专业精细化学品化学 课程设计任务书1 一、设计目:低成本衣用液体洗涤液配方设计 二、设计目的:掌握配制通用液体洗衣剂的工艺，了解各组分的特点和作用，熟悉生产 工艺。 三、设计内容 设计一款低刺激性的，对环境友好的，低成本的衣用液体洗涤液配方，并针对此配方的性能、特点进行阐述。用各种表面活性剂和洗涤助剂的性能配制洗衣液，并按产品要求选取不同的数量进行复配。 四、设计要求: 1. 设计说明书需包括以下内容:摘要、关键词、目录、文献综述、配方设计及分析、生产工艺说明及流程示意图; 2. 查阅至少五篇文献或书籍相关内容，写出文献综述(主要介绍拟设计产品的研究背景和意义，现状及发展方向); 3. 配方设计要求写出配方设计原则，确定洗衣液所用各组分名称、质量分数及作用，详细阐述各组分的特性; 4. 生产工艺说明需写出具体添加顺序，步骤及所用设备，要求合理可行; 5. 工艺流程示意图要求明确标注各设备名称，重点标示料液流向，不需标注尺寸。 - 2 - 摘要 衣用液体洗涤剂是以表面活性剂为主成分、辅以其它助剂配成的织物清洗产品。洗衣用的液体剂有很多种类:重垢液体洗衣剂?轻垢液体洗衣剂?织物柔软剂?织物漂白剂?衣用干洗剂?预去斑剂等。液体洗涤剂既要有较好的去污力，又要在寒冷的冬季和酷热的夏天能始终保持透明、不分层、不混浊、不沉淀，并具有一定的粘度。本文对各类衣用洗涤剂的配方进行比较，针对于纤细织物设计出了一种低价环保且洗衣效果好的轻垢型洗衣液。 关键词:衣用洗涤剂 组分原理 配方设计 工艺 - 3 - 目录 设计任务书………………………………………………………………- 3 - 摘要………………………………………………………………………- 3 - 目 录…………………………………………………………………….错误～未定义书签。III 1.文献综述 ............................ 错误～未定义书签。- 5 - 1.1 液体洗衣剂的研究背景和意义 ..... 错误～未定义书签。- 5 - 1.2 液体洗衣剂的研究现状及分析 ..... 错误～未定义书签。- 6 - 1.3 液体洗衣剂的发展方向 ........... 错误～未定义书签。- 7 - 2、配方设计 ........................... 错误～未定义书签。- 8 - 2.1配方设计原则………………………………………………….错 误～未定义书签。- 8 - 2.1.1 液体洗衣剂的种类 .......... 错误～未定义书签。- 8 - 2.2轻垢型液体洗衣液 ................ 错误～未定义书签。- 9 - 2.2.1液体洗衣液的组成 .............................错误～未定义书签。- 10 - 2.2.2洗衣液配方及各组分的作用 ... 错误～未定义书签。- 11 - 2.2.2.1轻垢型液体洗衣液配方 ... 错误～未定义书签。- 11 - - 4 - 2.2.2.2 各组分作用介绍 ........ 错误～未定义书签。- 12 - 14 - 3生产工艺 ............................ 错误～未定义书签。- 3.1 生产工艺简述 ................... 错误～未定义书签。-14 - 14 - 3.1.1生产工艺和设备要求 ......... 错误～未定义书签。- 3.2生产工艺设计 ................... 错误～未定义书签。- 15 - 3.3工艺流程图 ......................... 错误～未定义书签。- 16 - 参考文献: ........................... 错误～未定义书签。- 17 - 1.文献综述 1.1、研究背景及意义 洗衣服，用什么,于很多家庭来说，已经从肥皂到洗衣粉，再到洗衣液。所以超市的货架上，洗涤用品占的面积最大的不是洗衣粉，也不是肥皂，而是洗衣液，品种形形色色，多达20多种。据商场有关负责人介绍，商场对洗衣液一直都有促销活动，促进家庭多多使用洗衣液，从而使洗衣液的销量直线上升，市场上常见的洗衣液一般可以分为三种:普通洗衣液、高档无磷洗衣液和概念型洗衣液。前者价位大多在30元左右，高档无磷的大多在40,70元之间。 而概念型的则是目前最流行的，在原有基础上加上各种流行的消费概念，比如抗菌杀菌、消毒卫生、柔软、温和不伤手等，这类产品价位一升又要高出几元钱。在众多的洗衣液中，主妇们明显地对新型洗衣液较为感兴趣，注重使用的安全性，如洗后不刺激皮肤，洗衣液本身就含有护肤性元素等。不过，这类产品也是目前市场上价位最高的。 为什么现在人们这么热衷于使用洗衣液呢, - 5 - 首先，洗衣液的适用范围非常广泛，适用于各种可水洗衣物, 包括婴儿衣物和尿布。对顽固污渍进行预处理。可直接涂在污渍上，作预洗处理。在冷水或热水中均能发挥佳效，且适用于手洗或机洗。 洗衣液有着自己独特的特点:含双重效能的表面活性剂，洁力强劲，可清除衣物上的多种顽固污渍。含采自大自然的天然皂基柔软剂，洗衣、柔顺双效合一。经皮肤性测试，确保洗净的衣物不易引起皮肤敏感。含有防蚀成分，有助于防止金属钮扣、拉链、按扣和洗衣机内壁的锈蚀等等。 并且，与洗衣粉相比，洗衣液有很多优点: 、 洗衣液主要成分是非离子表面活性剂，去污能力强，并且能够深入衣1 物纤维内部发挥洗涤作用,去污更彻底。 2、 洗衣粉在使用过程中并不能完全溶解，残留物容易导致衣物损伤，并 且不易漂洗;而洗衣液能够完全溶解且溶解速度快，易漂易洗，不会 伤及皮肤和衣物。 3、 洗衣粉都是强碱性的(PH值超过12)，在使用过程中需要戴手套，以 减少对皮肤的刺激;而洗衣液PH值偏中性，配方温和不伤手。洗衣 液的技术含量更高，便于添加各种有效成分，洗后会令衣物蓬松、柔 软、光滑亮泽，并且具有除菌和持久留香的功效。使用综合成本低， 正被人们广泛的接受。 4、 洗衣粉产生的废液在自然界不能完全降解，造成河水富营养化，对环 境造成很大的污染。而洗衣液则可完全降解，不会对环境造成污染。 洗衣液品种琳琅满目，丰富多样，其时尚消费正广为流行。 所以，研究一种低刺激性的，对环境友好的，低成本的衣用洗涤剂配方是 - 6 - 很有生产前景的。 1.2、洗衣液研究及生产现状分析 1930 年代，长链烷基苯磺酸盐开发成功，到1945 年烷基苯磺酸盐已成为合成洗涤剂的主表面活性剂，1947 年美国的洗涤剂制造商把二磷酸盐引入合成洗涤剂中，制成第一个含助剂的洗涤剂，使合成洗涤剂的性能得到很大提高，逐步取代了肥皂在洗衣剂中的主导地位。1960 年代，以四聚丙烯合成的烷基苯磺酸盐(ABS)，由于支链程度很高、生物降解性差，而且在环境中会形成大量不易消去的泡沫。1965 年，美国洗涤剂工业自发地放弃 ，代之以生物降解性良好的直链烷基苯磺酸盐(LAS)。 使用ABS 洗涤剂是人们日常生活中密不可分的日用化学品，洗涤剂的应用提高了人们的生活质量，在发达国家，洗涤剂的使用已成为反映人们精神面貌和物质文明生活水平的重要组成部分。我国洗涤剂行业近年来发展较快，2004年我国洗涤用品总产量达到502万1，比2003年增长4.8%。洗涤剂的生产要使用大量的化学品，在使用中又直接与人体接触，用后多数随水排放。如何使洗涤剂行业可持续发展而不给人体健康和环境带来危害，正越来越多地引起各界人士的关注。 1.3、洗衣液的发展方向 2l世纪所呈现出来的环境污染问题及能源紧缺危机等，使洗涤行业绿色化迫在眉睫。伴随着洗涤剂行业的绿色化，织物洗涤行业也向开发环保、节能减排的产品方向发展。我国织物洗涤产品将发生由洗衣粉向洗衣液的转变、普通型向浓缩型的转变、含磷向无磷的转变，同时也需要开发新型洗涤剂专用酶，以提高洗涤产品效能。 - 7 - 洗衣液未来发展趋势( 1配方优化 洗衣液由于酶制剂在水中的应用受到限制，多数厂家在推出的洗衣液中都没有添加酶，这样使得洗衣液对一些顽固污渍，如血渍、蛋白类污渍和脂肪类污渍不能针对性的去除。虽然洗衣液的活性物远高于洗衣粉，但在去污力上却无法与洗衣粉匹敌，从另一方面讲也是资源的浪费。令人欣喜的是，各酶制剂公司正在不断潜心研发更适合应用于液体中的酶，洗衣液厂家也在不断更新配方，相信在不久的将来，去污力更强的重垢型洗衣液将成为市场主流。 2产品功能多元化 市售洗衣液的功能还足以去污为主，市面上的大多产品也宣称具有柔软或杀菌等附加功能。但这些功能只起到辅助功效，无法达到像专门的衣物柔顺剂或消毒液的效果。如今的消费者对洗涤剂产品的要求越来越高，既要安全环保，不伤皮肤和织物，又要使用方便且效果好。可以真正替代多种洗涤产品的多功能洗衣液，必然会受到广大消费者的青睐。 3、产品浓缩化 从目前来看，洗衣液的配方都为普通型，浓缩型甚少，而国家早已提出了节能减排的号召，无论是洗衣液还是洗衣粉都提倡生产浓缩型产品，既节省能既节省能进货价高，销售量小的风险，但从2009年的各大洗衣液厂家的价格战来看，洗衣液的零售价在不断往下调，促销力度也更是前所未有。这样的变革，使更多消费者选择洗衣液作为洗涤衣物的主要产品，而不只是专供白领人士的高端产品。照这种趋势来看，在不久的将来，洗衣液将 - 8 - 会走进各大零售小店，成为零售行业的新宠儿。 2、配方设计 2.1配方设计原则 (1.1液体洗衣剂的种类 2 液体洗衣剂是洗涤用品中数量最大的品种，按产品的用途可以分为?重垢液体洗衣剂?轻垢液体洗衣剂?织物柔软剂?织物漂白剂?衣用干洗剂?预去斑剂等六种。其中产量和用量最大的是重垢液体洗衣剂和轻垢液体洗衣剂两种，本文主要设计重垢型液体洗涤剂。 2.1.2液体洗衣剂配方设计原则 液体洗衣剂主要是用来替代洗衣粉和肥皂来洗涤衣物、被褥等纺织品，其主要作用是去污。这就决定了液体洗衣剂的配方使用原则如下: (1)经济性 决定经济性的因素很多，如配方组成，工艺设备投资，操作费用，包装费用，储运费用等，在用户方面则要求洗涤温度低，用量少，漂清次数少等。 (2)适用性 要从我国现实的国情出发，通过优化配方提高产品的适用性。例如:我国习惯于低温或常温洗涤;纺织品中化纤比重大;地域广阔，水质硬度差别大;由于生活习惯的差异，衣物上污垢种类不同的原因，所以要求配方设计者必须精心研究，对产品按系列分类。 (3)赋予新的功能 产品在提高适用性的同时，还要赋予产品新的功能，这样才能满足不同层次消费者的要求。 (4)助洗剂的选择 合理的选择各种助洗剂，可以有效地提高产品的去污力，并大幅度的减少表面活性剂的用量。 - 9 - (5)酶助剂的使用 加入酶助剂可以提高液体洗衣剂或除脂肪、蛋白等污垢能力。 垢型液体洗衣液 2.2轻 垢型液体洗衣液专用于洗涤羊毛、羊绒、丝绸等纤细织物，这种液体 轻 应呈中性或弱碱性，脱脂力要弱一些，不应损伤织物，洗后的织物应保持柔软的手感，不发生收缩、起毛、泛黄等现象。衣用轻垢液洗配方中活性物较低，一般不超过20%质量，选用的阴离子活性剂主要是FAS除少量是钠盐外，多采用它的乙醇铵盐。非离子活性剂多为C12-14的AEO并配以AES，为保护纤维并赋予柔软剂的作用，增添一些椰油酰乙二醇胺。 2.2.1液体洗衣液的组成 液体洗衣剂的配方主要由以下几部分组成: (1)表面活性剂 液体洗衣剂中使用最多的是烷基苯磺酸钠，但国外已基本实现了液体洗衣剂原料向醇系表面活性剂转向。以脂肪醇为起始原料的各种表面活性剂广泛用于衣用液体洗涤剂中，包括:脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇硫酸酯盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐等。在阴离子表面活性剂中a-烯基磺酸盐被认为是最有前途的活性物。高级脂肪酸盐已是公认的液体洗衣剂原料。在非离子表面活性剂中，烷基醇酰胺也是重要的一种。 (2)洗涤助剂 液体洗衣剂常用的助剂主要有:?螯合剂。最常用的、性能最好的是三聚磷酸钠，但它的加入会使洗衣剂变浑浊，并会污染水体，近年来逐步被淘汰。乙二胺四乙酸二钠对金属离子的螯合能力最强，而且可使溶液的 - 10 - 透明度提高，但价格较高。?增稠剂。常用的有机增稠剂为天然树脂和合成树脂，聚乙二醇酯等。无机增稠剂用氯化钠或氯化铵。?助溶剂。常用的增溶剂或助溶剂除烷基苯磺酸钠外还有低分子醇或尿素。?溶剂。常用的溶剂是软化水或去离子水。?柔软剂。常用的柔软剂主要实验离子型和两性离子型(在一般洗衣剂中不用)。?消毒剂。目前大量使用的仍是含氯消毒剂，如次氯酸钠、次氯酸钙、氯化磷酸三钠、氯胺T、二氯异氰尿酸钠等(一般洗衣剂中不用)。?漂白剂。常用的漂白剂有过氧化盐类，如过硼酸钠、过碳酸钠、过碳酸钾、过焦酸钠等(一般洗衣剂中不用)。?酶制剂。常用的有淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等。酶制剂的加入可提高产品的去污力。?抗污垢在沉降及。常用的有羧甲基纤维素钠、硅酸钠等。?碱剂。常用的有纯碱、小苏打、乙醇胺、氨水、硅酸钠、磷酸三钠等。11 香精。12 色素等。 上述各种表面活性剂和洗涤助剂我们可以根据它们的性能和配制产品的要求选取不同的数量进行复配。 2.2.2洗衣液配方及各组分的作用 2.2.2.1轻垢型液体洗衣液配方 - 11 - 组分 I/%质量 II/%质量 脂肪醇聚氧乙烯醚(n=7) 8 5.5 醇醚硫酸钠(70%质量) 5 3 月桂醇硫酸钠 12 10 椰油酸二乙醇酰胺(1:1) 2 3 二甲苯磺酸钠 3 2 酒精 1.8 1.2 EDTA-4Na 0.5 0.5 甲醛 0.1 0.1 氯化钠 1.0 1.5 香料、着色剂 适量 适量 去离子水 适量 适量 2(2.2.2各组分的作用介绍 1. 脂肪醇聚氧乙烯醚 又称为聚乙氧基化脂肪醇。是非离子表面活性剂中发展最快、用量最大的品种。这种类型的表面活性剂是用脂肪醇与环氧乙烷通过加成反应而制得的，用以下通式表示:R-O-(CH2CH2O)n-H。 脂肪醇聚氧乙烯醚分子中乙氧基数目可在合成的过程中人为调整，故可制得一系列不同性能和用途的非离子表面活性剂。脂肪醇聚氧乙烯醚是最重要的一类非离子表面活性剂。分子中的醚键不易被酸、碱破坏，所以稳定性较高，水溶性较好，耐电解质，易于生物降解，泡沫小。除了在纺织印 - 12 - 染行业大量使用外，还大量用于复配低泡液体洗涤剂。 脂肪醇聚氧乙烯醚与其他表面活性剂的配伍性好。对硬水不敏感，低温洗涤性能好，但随着水温的升高，其溶解度会逐渐降低。在pH为3~11的范围内，脂肪醇聚氧乙烯醚水解稳定。然而，它们也会在空气中缓慢氧化，产生一些氧化产物，比如乙醛和氢过氧化物，这些氧化物比那些尚未发生类似情况的表面活性剂对皮肤毒性更大。 在洗衣液中，作为非离子表面活性剂，起乳化，发泡、去污作用。是洗手液、洗衣液、沐浴露、洗衣粉、洗洁精、金属清洗剂的主要活性成分 、醇醚硫酸钠(AES) 2 AES为淡黄色至无色粘稠流体，活性含量一般为70%，未硫酸化物含量小于2%，硫酸含量小于2%，PH在7-8.5之间，总生物降解度大于90%，无毒。 AES主要用于配制低磷或无磷的液体洗涤剂，它可以同非离子表面活性剂复配，生产出高去污性、抗硬水的优良洗涤剂。AES还广泛的应用于制造轻垢液体洗涤剂和洗发香波。在碱性物质中稳定，在酸性介质中易水解，甚至在中性介质中，由于自动催化酸化作用，也会激发起水解作用，因此要添加磷酸盐或柠檬酸盐缓冲剂，以防止水解。AES还可以适当的添加电解质，如氯化钠、氯化钾等来调节溶液粘度，增稠。 3、月桂醇硫酸钠(FAS) 十二烷基硫酸钠,C12H25OSO3Na 阴离子表面活性剂。主要用作乳化剂、灭火剂、发泡剂及纺织助剂，电镀添加剂，也用作牙膏和膏状、粉状、洗发香波的发泡剂。 有液体和粉状两种形式 - 13 - 液状产品活性物含量30%,25%，淡黄色或白色膏状物。40%时，黏度提高 1.0mm针状物。如喷雾干燥则为粉状物。1%溶很快，形成胶体，或为0.5, 液克拉夫特点为16?，临界胶束浓度为6.8mmol/L;25?时0.1%溶液的表 mN/ m; 60?时1%溶液的润湿时间为面张力为49.0mN/m，界面张力为20.3 19.1s。HLB值为四十。粉状产品为纯白色有特征气味的粉末，活性物质含量为80%-95%易溶于水，无毒。 5、 椰油酸二乙醇酰胺 RCON(CH2CH2OH)2 添加于香波、沐浴露、洗洁精、洗衣液、洗手液等产品中作增泡剂、稳泡剂、增稠剂，乳化去油去污剂。 本品属于非离子表面活性剂，没有浊点。性状为淡黄色至琥珀色粘稠液体, 易溶于水、具有良好的发泡、稳泡、渗透去污、抗硬水等功能。属非离子表面活性剂, 在阴离子表面活性剂呈酸性时与之配伍增稠效果特别明显, 能与多种表面活性剂配伍。能加强清洁效果、可用作添加剂、泡沫安定剂、助泡剂、主要用于香波及液体洗涤剂的制造。在水中形成一种不透明的雾状溶液,在一定的搅拌下能完全透明,在一定浓度下可完全溶解于不同种类的表面活性剂中,在低碳和高碳中也可完全溶解。 6、 二甲苯磺酸钠 白色粉末状结晶，广泛用于日用洗涤用品的制造，是一种新型高效的低毒性洗涤用品增溶调理剂，使用该产品的洗涤用品与使用传统增溶剂的产品相比，其不同点是使用二甲苯磺酸钠的产品具有手感好、刺激性低、产品品质纯度高的特点。 - 14 - 7、 EDTA-4Na 用作软水剂，合成橡胶催化剂，腈纶聚合终止剂，印染助剂，洗涤剂助剂等。毒性防护、无毒。白色结晶性粉末。溶于水和酸，不溶于醇、苯和三氯甲烷。能与多种金属离子作用生成螯合物。1%的水溶液pH约为11.8。 8、 酒精:增溶剂 9、 甲醛:杀菌消毒 10、香料、香精:提色，增加香味 三、生产工艺 3.1简述 液体洗衣剂的制造方法比较简单，一般均采用间歇式批量化生产工艺，而不采用连续化生产方式，主要是因为液体洗衣剂产品的品种繁多，根据市场的需求不断变换原材料和工艺条件等。液体洗衣剂主要工序有:原料的精制处理、混配、均质化、排气、老化、成品包装。这些化工单元操作设备主要是带搅拌的混合罐、高效乳化或均质化设备，各种过滤器、物料输出泵、计量泵和真空泵，以及计量罐和灌装设备等。虽然其生产过程比较简单，但工艺条件和产品计量控制要求比较严格。例如，物料的质量检验、配方设计、搅拌效果、温度控制、黏度调节，PH调节及成品质量检验等。 3.1.1生产工艺和设备要求 原料处理:液体洗涤剂的原料至少有两种或更多，而且形态各异，固、液、黏稠膏均有。液体洗涤剂实质上是多种原料的混合物，因此，需预先调整其形态，如有些需要预溶，水需要去离子等。各种物料都要经过计量泵、计量器等准确称量。生产设备多采用不锈钢、搪瓷玻璃衬等材料。 - 15 - 混配:混配设备锅或罐需用耐腐蚀的材料制成，搅拌器必须能变速，搅拌机的桨叶要定位恰当，最上层的桨叶恰好浸在液面之下，以防搅拌时带入大量空气，混配的过程一般是将量的去离子水先投入锅中，调节温度 50度时，边加料边搅拌，先投入易溶解的成分，同时开始搅拌，达到40- 不易溶解的先加入增溶剂。 液洗生产中用的水应预先经离子交换处理，混配工序操作温度不宜太高，投料过程一般为60度，投完全部物料后，要在40-50度范围内继续搅拌至物料充分混合均匀。 老化:上述混配的物料放置一定时间使其充分老化均匀，对产品的黏度、色泽、气味、溶解性等指标做最后的调整，并对各项理化指标进行分析验证，合格后使产品包装成品。 3.2生产工艺设计 制法:把去离子水投入配料罐中，顺序加入表面活性剂，加入二甲苯磺酸钠、酒精，加热至60度，搅拌至溶液透明，然后缓慢地加入椰油酸二乙醇胺(1:1)，搅拌至均匀，再加入其他原料。用80%(质量)的磷酸调整PH至7-7.5，然后加甲醛，温度冷却至30度时，加香料和着色剂。 3.3工艺流程图 - 16 - 去离子水 反应釜1 顺序加入) 表面活性剂(反应釜2 香料 香精 磷二甲苯磺酸 搅拌至透明 甲醛 酸钠、酒 反应釜5 精 冷却 至30度 60度 反应釜4 反应釜3 加热 成品 四、 酒精 我国织物洗涤行业展现出蓬勃的发展活力，拥有巨大的市场空间。我国织物洗涤行业应该以市场需求为导向，依靠科技进步，促进行业稳定、健康和可持续发展。 绿色环保将是我国未来洗涤行业发展的主题，我国织物洗涤产品已开始向对人体安全和对环境友好转变。浓缩型、低温低泡型及经济型的织物洗涤产品将会快速发展，同时也会带动酶制剂和助洗剂等相关行业的发展。 五，参考文献 【l】张文富(张丽 《50种实用化工产品的制造技术》 金盾出版社 【2】朱洪法(朱剑青 《精细化工产品配方与制造》 金盾出版社 【3】张天胜(《表面活性剂应用技术》化学工业出版社 【4】娄金生，谢水波(《生物脱氨除磷原理与应用》(北京工业大学 - 17 - 出版社， 5】吴海霞 《精细化学品化学》化学工业出版社 【 - 18 -