日用化学品生产技术第四章-粉状合成洗涤剂

第四章粉状合成洗涤剂,学习目的与要求1.掌握洗衣粉的配方设计、粉状洗涤剂的成型技术；2.了解生产洗衣粉常用的原料、典型洗衣粉的生产实例。,第四章粉状合成洗涤剂,由于肥皂对硬水比较敏感，生成的钙盐、镁盐会沉积在织物和洗衣机零件上。因此，从第二次世界大战以后，合成洗涤剂大量进入以往的肥皂市场，在国外几乎没有洗衣皂的生产，取而代之的是合成洗涤剂，如粉状洗涤剂、液体洗涤剂、浆状洗涤剂、纸状洗涤剂等。粉状合成洗涤剂占合成洗涤剂总产量的80%以上，而洗衣粉是粉状合成洗涤剂的典型代表，因此，本章重点讲述洗衣粉的生产方法。,第四章粉状合成洗涤剂,第一节生产洗衣粉的主要原料第二节洗衣粉的配方设计第三节粉状洗涤剂的成型技术第四节典型洗衣粉的生产实例,洗衣粉的来源,德国汉高在1907年以硼酸盐和硅酸盐为主要原料，首次发明了洗衣粉。洗衣粉是一种碱性的合成洗涤剂，洗衣粉的主要成分是阴离子表面活性剂：烷基苯磺酸钠，少量非离子表面活性剂，再加一些助剂，磷酸盐，硅酸盐，元明粉，荧光剂，酶等。经混合、喷粉等工艺制成。现在大部分用4A氟石代替磷酸盐。,洗衣粉的定义,合成洗涤剂是以表面活性剂为主要成分，并配有适量不同作用的助洗剂。洗衣粉是指粉状（粒状）的合成洗涤剂。20世纪40年代以后，随着化学工业的发展，人们利用石油中提炼出的化学物质四聚丙烯苯磺酸钠，制造出了比肥皂性能更好的洗涤剂。后来人们又把具有软化硬水、提高洗涤剂去污效果的磷酸盐配入到洗涤剂中，这样洗涤剂的性能就更完美了。,洗衣粉的定义,人们又为了使用、携带、存储、运输等方便，就把洗涤剂制造成了洗衣粉。由于洗衣粉能在井水、河水、自来水、泉水、甚至是海水等各类水质都表现出良好的去污效果，并广泛使用于各类织物，所以其生产和使用就迅速发展起来了。现在，洗衣粉几乎是每一个家庭必需的洗涤用品了。,洗衣粉发展历史,洗衣粉种类,1.普通洗衣粉配用粉状的助剂。它的生产是利用附聚成型法和喷雾干燥法与附聚成型法相结合的生产工艺。在经济上，浓缩洗衣粉由于表观密度的提高，可以节省包装材料，节省贮放场地和运输费用，节省大量能源物料成本大为下降。所以浓缩洗衣粉的优点是明显的。,第二节洗衣粉的配方设计,高密度浓缩洗衣粉中表面活性剂的含量比传统的喷雾干燥法生产的洗衣粉高，非离子表面活性剂的含量通常在8%以上。按照洗衣粉中活性剂总含量和其中的非离子表面活性剂含量的多少将高密度浓缩洗衣粉分为以下三类。,第二节洗衣粉的配方设计,(1)高密度粉：活性物含量在10%20%，非离子表面活性剂在8%以下的表观密度高的洗衣粉。(2)浓缩粉：活性物含量在15%30%，非离子表面活性剂在10%-15%的表观密度高的洗衣粉。(3)超浓缩粉：活性物含量在25%50%,非离子表面活性剂在15%25%的表观密度高的洗衣粉。,第二节洗衣粉的配方设计,因此，在设计高密度浓缩洗衣粉时，要考虑表面活性剂的总含量和其中非离子表面活性剂含量，并注意表面活性剂之间的协同效应，使产品有更好的洗涤性能。浓缩粉常用的阴离子表面活性剂有直链烷基苯磺酸钠盐、脂肪醇硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、-烯基磺酸盐、肥皂等。常用的非离子表面活性剂有脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚等。,第二节洗衣粉的配方设计,在浓缩粉的配方中非离子表面活性剂的配入量要比喷雾干燥粉大，一般在8%以上。全面表面活性剂的配入量也比喷雾干燥粉大得多。日本将活性物含量超过40%的称为超浓缩粉。非离子表面活性剂多半在附聚成型时加入。,第二节洗衣粉的配方设计,用于制浓缩粉的固体助剂有一定的颗粒大小，一定的表观密度，无机械杂质。这些要求对附聚成型来说，要比喷雾干燥法更为严格。因为，基料粉的均匀性与表观密度直接影响着对产品的颗粒与表观密度。筛选为了使固体粉料均匀，常用的办法是：预先混合、筛选，除去大的颗粒，并准确称量用于附聚成粒的固体粉料。,第二节洗衣粉的配方设计,另外，附聚成型中使用的胶黏附剂有硅酸盐溶液、非离子表面活性剂、聚乙二醇、聚丙烯盐酸及羧甲酸纤维素等。选择合适的胶黏剂以及合适的固体粉料与液体料的比例，以改善产品的颗粒结构和流动性及其在水中的溶解度。,第二节洗衣粉的配方设计,由于浓缩粉的实际使用量比惯用的喷雾干燥粉很多，（约为喷雾干燥粉用量的1/4），因此，在一般配方中的少量添加剂如酶、荧光增白剂、羧甲基纤维素、香精等就需要相应地增加，以保证在洗涤剂中这些添加剂有足够的量，才能收到良好的洗涤效果。目前，国外洗衣粉中所使用的酶大部分是复合酶，例如碱性蛋白酶与脂肪酶、蛋白酶与淀粉酶、蛋白酶与纤维素等的复合酶。,第二节洗衣粉的配方设计,在洗涤剂配方中添加适量的复合酶，可以使洗衣粉有较好的洗涤效果。具有较高分子量的水溶型聚合物，例如聚羧酸、羟基羧酸的聚合物或共聚物用于配方中，能防止污垢再沉积于被沉积物上。有些共聚物能与钙、镁离子螯合，特别是与合成沸石共同使用时，可使沸石的功能更为完善。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,普通洗衣粉和浓缩洗衣粉的比较：洗衣粉分为A型和B型：A型即普通洗衣粉，这种洗衣粉颗粒大而疏松，溶解性好，泡沫较为丰富，但去污力较弱，不易漂洗，一般适合于手洗；,第三节粉状洗涤剂的成型技术,普通洗衣粉和浓缩洗衣粉的比较：B型即浓缩洗衣粉，这种洗衣粉颗粒小，密度大，泡沫较少，但去污力强（至少是普通洗衣粉的两倍），易于清洗，节约用水，一般适宜于机洗。有的消费者错误地认为洗衣粉泡沫越多越好，实际上泡沫的多少和去污力没有直接联系。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,洗衣粉的主流生产工艺,喷雾干燥法,附聚成型法,顺流式,逆流式,干式混合法,第三节粉状洗涤剂的成型技术,（一）喷雾干燥法适合“普通洗衣粉”先将活性物单体和助剂调制成一定粘度的浆料，再用高压泵和喷射器喷成细小的雾状液滴，与200300的热空气进行传热，使雾状液滴在短时间内迅速干燥成洗衣粉颗粒。干燥后的洗衣粉经过塔底冷风冷却，风送、老化、筛分制成成品。而塔顶出来的尾气经过旋风分离器回收细粉，除尘后尾气通过尾气风机而排入大气。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,喷雾干燥塔,第三节粉状洗涤剂的成型技术,类型根据热空气与浆料接触方式分：（1）顺流式（2）逆流式,第三节粉状洗涤剂的成型技术,类型（1）顺流式顺流式：雾状料浆与热风一起从塔顶顺流旋转流下，料浆干燥成为粉状。其特点为：料浆与高温空气迅速接触，水分蒸发快，形成的颗粒皮壳很薄，容易破碎，细粉多，表观密度小；,第三节粉状洗涤剂的成型技术,类型（1）顺流式由于料浆与空气迅速接触，水分蒸发快，防止了液滴温度的迅速上升，因此适合处理热敏性物质，如脂肪醇硫酸盐,第三节粉状洗涤剂的成型技术,类型（1）顺流式由于物料在塔内停留时间短，塔身较低，产量较大此法干燥条件适度，对处理有机物含量高的高泡洗衣粉有利,第三节粉状洗涤剂的成型技术,类型（2）逆流式逆流式：雾状料浆从塔顶顺流流下，而热风沿塔壁以旋转状态由下向上经过塔顶，从旋风分离器排出，料浆干燥成为粉状落下。其特点为：形成的颗粒比较硬，表观密度较小；如酶、脂肪醇硫酸盐等料浆的干燥。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,类型（2）逆流式通过改变热风送入量和旋转程度，改变浆料液滴的停留时间，易于获得干燥度适宜的、含有适量水分的颗粒由于逆流干燥中，干燥成品与高温热风相遇，故不宜处理受热易变质的物料，如酶、脂肪醇硫酸盐等料浆的干燥。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,生产工序及工艺流程图,第三节粉状洗涤剂的成型技术,主要工序：浆料的制备，干燥介质的调控，喷雾干燥，成品包装。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,尾气,配料,表面活性剂,助洗剂,过滤,喷雾干燥,冷却或送风,后加工,香料和酶等,包装,成品,第三节粉状洗涤剂的成型技术,（1）浆料的制备A：浆料浓度固体成分含量一般控制为60%65%，相对密度为1.15。在保证浆料具有一定流动性的条件下，总固体含量应尽可能高些，以便于干燥时除去的水分量少、能耗低，喷粉塔的生产能力相应可增大。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,（1）浆料的制备B：投料的顺序（间歇配料）投料原则：先难溶后易溶；先轻后重；先量少后量多。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,（1）浆料的制备具体顺序：先加水和单体，当加入到一定量时就升温，至4050，投入荧光增白剂、CMC，升温至5055后投入五钠（水和作用放热），控制温度在6065，再投入碳酸钠和对甲苯磺酸钠，待以上物料溶解后，最后加入水玻璃（使颗粒均匀、流动性好、不易结块）和芒硝。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,（1）浆料的制备此外，浆料配制好后，不但要进行过滤而且还需要脱气，使浆料结构紧密，有利于提高产品的视密度。脱气后的浆料应送入老化罐内停留3040分钟以待五钠形成结晶水合物，改善干燥后的成品粉的流动性和抗压性。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,（2）喷雾干燥（3）成品的分离、包装塔顶尾气：一般含有1.53g/m3的粉尘，约占产量的2%3%的细粉，因此要经旋风分离器分离回收。为保护环境，分离器还应带密封排粉装置。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,（3）成品的分离、包装热敏性的助剂：如香精、漂白剂、柔软剂、酶制剂等。一般是在洗衣粉冷却分离后加入或通过特定的后配料装置掺配进去。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,第三节粉状洗涤剂的成型技术,(二）附聚成型法尤其适合于“浓缩型洗衣粉”制造特点：20世纪80年代，出于环保等方面的考虑，要求少用或不用对环境有害的包装材料，于是在洗衣粉生产中发展了附聚成型法。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,(二）附聚成型法尤其适合于“浓缩型洗衣粉”制造特点：所谓附聚，就是指固体物料和液体物料在特定条件下相互聚集，成为一定的颗粒（附聚体）。与喷雾相比，附聚成型法又叫无塔成型法。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,(二）附聚成型法尤其适合于“浓缩型洗衣粉”制造特点：它的最大优点是省去了物料的溶解和料浆的蒸发步骤，从而减少了投资和生产费用，并且减少了三废的排放量。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,(二）附聚成型法尤其适合于“浓缩型洗衣粉”制造特点：产品表观密度大（0.5-1.0g.ml-1),主要用来生产新型的浓缩洗衣粉。该法生产洗衣粉时要求各组分理化性能稳定，料流控制准确。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,理论附聚成型法生产洗衣粉是指液体胶粘剂（如硅酸盐溶液）通过配方中的三聚磷酸钠和纯碱等水合组分的作用，失水干燥而将干态物料桥接、粘聚成近似球状实心颗粒。该过程是一个物理化学过程，导致附聚的机理主要有机械连接、表面强力、塑性熔合、水分作用或静水作用等。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,预混合,粉料,附聚,调理老化,后配料,干燥,香料和酶等,筛分,包装,液体料,成品,第三节粉状洗涤剂的成型技术,（1）预混合主要是为了增加物料混合的均匀性。固料中的五钠、元明粉、碳酸钠、其他粉料与部分雾化的硅酸钠溶液进行预混合,第三节粉状洗涤剂的成型技术,（2）附聚造粒过程。预混合后的颗粒与经雾化的液体物料（非离子、磺酸、工艺水和剩余的硅酸钠溶液），在附聚器中完成磺酸中和与造粒过程。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,（3）调理（老化）老化即将附聚后的产品再放置一段时间，使物料水合完全（放热过程），成为易流动的不结块的产品。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,（4）干燥老化后的产品含游离水大于3%，干燥为防止结块。常用设备为流化床。流化床分为两个区：干燥区和冷却区，潮湿颗粒先在干燥区内经110120的热风干燥除去多余水分后，进入冷却区，在冷风的冷却下将物料冷却至5055，使颗粒老化、结晶。流化床由振动电机驱动，以某一固定频率沿一定方向作周期振动，使物料形成流化状态，从而使颗粒与空气充分接触，完成传质、传热过程，达到干燥、冷却的目的。尾气经旋风分离器除尘或布袋除尘后排入大气。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,（5）筛分即将不合要求的大小颗粒分去，以得到同一颗粒度的均匀产品。大颗粒经磨细后再加入产品里，细粉可以回到加料系统。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,（6）后配料与包装某些原料如酶制剂、漂白剂、香精、杀菌剂等对温度、湿度敏感，当温度过高时，易失活和变性，因此一般在后配料中加入。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,第三节粉状洗涤剂的成型技术,一个附聚器的示意图在Z形附聚器中，物料停留时间约为90S，生产能力为61.2t/h，主要用于生产洗衣粉，还有立式、转鼓式、斜盘式等式样的附聚器，但通常具有两个特征。首先要使固体组分保持恒速运动，保证所有颗粒表面都能与液体接触。其次，是将液体硅酸钠均匀喷到干物料上，使其形成附聚颗粒,第三节粉状洗涤剂的成型技术,(三)喷雾干燥和附聚成型法的对比喷雾干燥优点：洗衣粉产量大，流动性好，不易结块，外观及溶解性好。附聚成型优点：产品为实心颗粒，密度大。非离子表面活性剂用量大于8%，总活性物1530%，减少了芒硝的用量，可增加功能性助剂的用量，耗能低、投资少、能生产多种类型产品。,第三节粉状洗涤剂的成型技术,(三)喷雾干燥和附聚成型法的对比喷雾干燥缺点：产品为空心颗粒，密度小，为包装运输增加负担。加大量的填充剂保持产品的流动性（20%30%），热能消耗大、工序繁多、设备庞杂、生产成本较高，需处理大量的尾气，浆料黏度限制配方的改进和工人劳动强度大附聚成型缺点：产品溶解性差，流动性稍差，对原料要求严格。特别是对固、液要求有一定的比例。,第四节典型洗衣粉的生产实例,在一般合成洗涤剂的商品中，活性物质的含量通常在820之间；剩下来的便是填充料和水分，如在洗衣粉内，填入适度的助洗剂，可以增强洗涤剂的去污力、乳化力，披且可以改善它的泡沫性。,第四节典型洗衣粉的生产实例,最优良的助洗剂，莫过於碳酸钠、三聚磷酸钠、矽酸钠、四偏磷酸钠，过硼酸钠、次氯酸钠这几种。这些助洗剂主要的成分是软化硬水，如碳酸钠，在硬水中它能与水中的钙盐和镁盐生成不溶性的盐类而沉淀下来，那些偏磷酸盐和聚磷酸盐，则能使不溶性的钙盐和镁盐成为可溶性的化合物。,第四节典型洗衣粉的生产实例,羧基代甲基纤维素，是纺织工业的上浆剂，用於洗衣粉中，它虽然没有去污能力，但能在水中防止污垢再沉积到被洗涤的织物上，并能使洗涤剂发挥更大的去污力。因此它作为洗衣料的填料，也是一种重要的物质。,第四节典型洗衣粉的生产实例,下面提供几种高质量洗衣粉配方，作为参考。洗衣粉配方：轻苏打粉(LightSodaAsh)58份羧基代甲基纤维素(C.M.C)2份三聚磷酸钠(SodiumTripolyphosphate)15份十二苯磺酸(DodecylBenzeneSulphonicAcid)18份水(Water)2份矽酸钠溶液(40SodiumSilicateSolution)5份注：矽酸钠溶液，系指溶液中矽酸钠含最40。C.M.C.用66活性的。制法：将苏打粉、C.M.C.、三聚磷酸钠预先在混合机内混合，随後加入十二苯磺酸，再加入水和矽酸钠溶液。一俟各成分完全拌和，即倾出水泥地上，搁置一天，待其老化，然後送入磨机磨碎。将磨碎的洗衣粉再送回混合机内，加入过硼酸钠和荧光增白剂，开动混合机，搅混23分钟，便可取出过筛、包装。,第四节典型洗衣粉的生产实例,洗衣粉配方：十二苯磺酸(DodecylBenzeneSulphomcAcid)116份蒸馏牛油(