硬水和螯合剂：GLDA和MGDA对钙和镁的实际作用

硬水看起来并不戏剧化。没有明显的故障，没有突然的故障。它只是让产品每天的工作都变得更糟。洗涤剂清洁得更少，玻璃被拍摄下来，织物感觉僵硬，机器中的水垢越来越大。没有人责怪水。他们责怪产品。

这背后的化学原理很简单，解决方法也很简单。螯合剂将钙和镁保存在溶液中，这样配方的其余部分就可以发挥作用。这篇文章简单地解释了这种机制，以及当水真的很硬时，可生物降解的螯合剂GLDA和MGDA是如何表现的。

水硬度实际上是什么

水硬度是溶解钙和镁的度量，以碳酸钙当量表示。常见的单位是百万分之一（ppm CaCO3）和德国硬度（dH），其中1dH约等于17.8ppm。

粗略衡量：低于60 ppm是软的，120-180 ppm是硬的，任何高于180 ppm的都被认为是非常硬的。英格兰南部部分地区的浓度为200-300 ppm。德国大部分地区的浓度在15到25 dH之间，这是硬到非常硬的。西班牙和法国南部的情况相似。相比之下，北欧国家大多是软的，这就是针对一个欧洲市场调整的配方在另一个欧洲市场往往表现不佳的原因之一。

当钙和镁自由流动时会发生什么

在硬水中，阴离子表面活性剂在遇到污垢之前会遇到钙离子。钙与表面活性剂形成不溶性盐，同时发生两件事：表面活性剂在乳化土壤之前被消耗，不溶性盐沉积在织物或表面上。这就是僵硬、灰色的洗衣效果，以及玻璃器皿上的白色薄膜。

钙和镁也与水中的碳酸盐和碳酸氢盐反应形成水垢。在洗碗机或管道内，水垢一个接一个地积累。在个人护理中，硬水将肥皂变成粘性石灰皂，这就是为什么在坚硬的地方清洗后皮肤会感到紧绷。

螯合剂通过在任何这些反应开始之前从方程中去除金属离子来改变这一切。

螯合是如何工作的

螯合剂是一种分子，核心周围排列有几个结合位点。当它遇到金属离子时，结合位点包裹在阳离子周围，形成环状结构，将金属牢牢地保持在溶液中。金属不能再与表面活性剂、碳酸盐或织物反应。它被有效中和。

从机理来看，有两点很实用。首先，螯合作用是化学计量的：一个分子与一个离子结合，因此剂量必须与硬度相匹配。其次，pH值改变了平衡。在低pH值时，氢离子与金属争夺结合位点，这就是螯合剂在酸性条件下失去效率的原因。在碱性清洁中，结合位点是自由的，螯合作用在最佳状态下。

[图片：钙离子保持在螯合环结构中]

硬水配方中的GLDA和MGDA

GLDA（CAS 51981-21-6）和MGDA（CAS 164462-16-2）都能有效地隔离钙和镁，并且在OECD 301测试下很容易生物降解。当水变硬和温度变高时，差异就会显现出来。

MGDA与钙的结合更强，它在机器洗碗机工作的碱性范围内保持了这一优势。在60摄氏度的25 dH水中运行的洗碗机中，MGDA是可靠的选择，这就是它在欧洲自动洗碗机清洁剂中占主导地位的原因。它还能承受干燥循环的持续热量而不会降解。

GLDA在钙方面并不落后，它的性能可以在更宽的pH窗口中保持，大约在2到14之间。这使得它成为一种产品必须适用于从酸性除垢剂到碱性地板清洁剂的所有产品的更好选择，并且其卓越的溶解性适合浓缩液体配方。

对于非常硬的水，诚实的回答是两者都有效，区别在于程度。元联化学的试验数据显示，MGDA在硬度水平上保持性能，而GLDA开始需要稍高的剂量。元联化学的实验室测试其GLDA和MGDA等级的钙固存能力。

螯合剂和建设者一起工作

螯合剂是构建系统的一部分，而不是整个系统的替代品。其他建设者通过不同的机制工作：

                ●碳酸钠提高pH值并沉淀钙，但沉淀会沉积成水垢。

                ●沸石以钠交换钙，但在冷水中不溶且速度慢。

                ●螯合剂隔离，将金属保持在溶液中，因此根本不会沉积。

这一组合使现代配方发挥作用：金属螯合剂、pH助剂和表面硅酸盐或聚合物。当配方设计师说他们“用GLDA取代EDTA”时，他们通常会围绕可生物降解的隔离剂重新平衡整个系统。

添加顺序在生产中也很重要。在液体浓缩物中，在表面活性剂之前添加螯合剂，可以让它完全溶解，避免浓缩物后来稀释时局部沉淀。一些配方设计师还通过储存携带少量过量螯合剂，因为工厂使用的水很少是纯净的，金属可以从管道中浸出。

[图片：不同水硬度水平的洗衣和洗碗试纸]

实践中的剂量

没有通用剂量，但有一个可靠的起点。对于家用洗涤剂来说，1-3%的活性螯合剂在软到中等的水中是典型的。在硬质地区，配方设计师将其提高到3-5%，工业清洁浓缩物可以携带5-10%，具体取决于金属含量。

设定剂量的正确方法是硬度阶梯测试：在10、20和30 dH下运行相同的配方，测量清洁性能、泡沫和沉积，并让水决定。元联化工等供应商为其GLDA、MGDA和IDS等级提供起点剂量指导和比较数据，这大大缩短了锻炼时间。

一个季节性陷阱值得了解。随着地表光源的集中，许多地区的硬度会在整个夏季上升，因此2月份调整的配方可能会在8月份表现不佳。每年重新调整两次剂量，而不是在发射时重新调整一次，这是一种为自己买单的习惯。

常见问题

什么是硬水？

硬水含有溶解的钙和镁，以百万分之一或德国度衡量碳酸钙当量。超过大约120ppm被认为是硬的，超过180ppm非常硬，英国、德国、西班牙和法国的地区经常超过这些水平。

硬水需要多少螯合剂？

对于家用洗涤剂，从1-3%的活性螯合剂开始，在硬水地区提高到3-5%。工业浓缩物可能需要5-10%。10、20和30 dH的硬度阶梯测试比猜测更快地给出基于数据的答案。

GLDA或MGDA在硬水中效果更好吗？

MGDA在高pH值和高温下更强地结合钙，使其成为硬水机洗餐具的首选。GLDA覆盖更广泛的pH范围，适合多用途和液体配方。两者都是EDTA的易于生物降解的替代品。