如何在洗涤剂和水处理中取代磷酸盐助剂

几十年来，磷酸盐助剂一直携带着洗涤剂和水处理化学物质。三聚磷酸钠软化了洗涤水，分散了土壤，稳定了碱度，这三者都很便宜。问题总是在下游：磷滋养地表水中的藻类生长，这一单一缺陷现在已经将磷酸盐从大多数受监管的市场中剔除。本文解释了如何用可生物降解的螯合剂取代磷酸盐助剂，并为每种应用提供了替代率和重新配方指南。

为什么磷酸盐制造商必须离开

反对磷的环境案例已经解决。当富含磷酸盐的洗涤水到达河流或湖泊时，它会使藻类大量繁殖，从水中剥离氧气，杀死水生生物。这就是为什么欧盟在2017年禁止在消费洗衣粉和洗碗机片剂中使用磷酸盐，也是为什么水处理许可证现在限制了大多数发达司法管辖区的磷排放。

对配方设计师来说，信息很简单：市场已经发生了变化，任何仍然依赖磷酸盐助剂的产品都面临着需求萎缩和监管风险增加的问题。问题不再是是否更换磷酸盐助剂，而是哪种替代品适合每种应用。

建筑工人必须做的三项工作

理解这种替代首先要了解助洗剂的实际作用。磷酸盐助洗剂在洗涤剂中有三个功能：它隔离钙和镁，使它们不会干扰表面活性剂；它分散颗粒土壤，使它们保持悬浮在洗涤水中；它缓冲碱性，使洗涤pH保持在清洁范围内。

没有一种替代品能完全复制这三种功能。这就是为什么替换通常是一个系统，而不是一对一的交换。一种可生物降解的螯合剂处理隔离，一种聚合物分散剂处理土壤悬浮液，碳酸盐或柠檬酸盐处理碱度。每个组件都能很好地完成一项工作，而不是强迫一个分子充分地完成三项工作。

选择合适的螯合剂来代替磷酸盐助剂

螯合剂的选择取决于应用。对于自动洗碗，MGDA-Na3是标准答案，因为它能强烈结合镁，并在pH 13和热洗涤温度下保持稳定。对于洗衣液，GLDA-Na4在整个洗涤周期中提供广泛的钙控制。对于冷却水和工业规模控制，PASP-Na抑制碳酸钙沉淀，而不会在排放中添加磷。

这些比率是起点。最终剂量来自目标水硬度的性能测试，因为建造者要求跟踪洗涤水的钙和镁负载。

更换磷酸盐生成剂后重新配制洗衣房

一种洗衣液，在配方中使用5%的STPP，以相当的活性剂量用GLDA-Na4代替，外加少量碳酸盐或柠檬酸盐，以恢复碱度缓冲。螯合剂隔离硬度，碳酸盐保持pH值，表面活性剂系统在软化水中提供额定清洁性能。

重新配方遵循与任何更改相同的阶段性路径：从取代率开始，在目标水硬度下运行洗涤性能测试，调整剂量，并在释放前运行完全稳定面板。大多数洗衣开关在两到三次迭代中完成。

更换磷酸盐助剂时重新配制洗碗机片剂

洗碗机里的片剂是要求最高的，因为洗涤温度高、碱性好、时间短。片剂中30%至40%的STPP被片剂重量3%至8%的MGDA-Na3取代。这一使用量低得多，反映出螯合剂的结合强度更高。重量的差异由提供碱性和体积的碳酸盐或柠檬酸盐填料弥补。

这种替代是有效的，因为MGDA-Na3比STPP更有效地结合镁。STPP通过隔离和分散的结合在高剂量下实现了什么，MGDA-Na3通过更强、更具体的隔离在低剂量下实现了什么。结果是更小的片剂或更紧凑的粉末具有相同的性能。

水处理：取代膦酸盐阻垢剂

几十年来，工业冷却水一直依赖膦酸盐阻垢剂，但磷排放限制现在推动设施转向无磷替代品。PASP-Na在不添加磷的情况下取代了膦酸盐的阻垢作用，从而从源头上消除了排放合规问题。

替代遵循硬度负载而不是固定比率。水处理工程师根据水的硬度和浓度循环以每升5至20毫克的剂量服用PASP-Na，然后通过测量测试试样上的水垢沉积来调整剂量。螯合剂防止碳酸钙和硫酸盐结垢，而分散剂聚合物将颗粒保持在悬浮液中。

成本和性能的权衡

可生物降解螯合剂每公斤的成本高于磷酸盐制造商。然而，诚实的比较包括旧磷酸盐系统在排放附加费、合规风险和受限上市方面的成本。当这些成本进入分类账时，净配方增长通常会缩小到几个百分点。

就性能而言，它并没有倒退。MGDA-Na3和GLDA-Na4在目标应用中与STPP的清洁效果相匹配，在高pH工业清洁中，它们实际上保持得更好。“无磷酸盐”意味着“较弱”的日子已经过去了。

如何运行替换试验

分阶段的方法效果最好。检查您当前的建设者，目标pH值和导致故障的金属离子。提出一个起始替代率。在您实际的水硬度和温度下进行台架试验。确认结果，然后转移到试点批次，最后全面生产。

记录每个阶段，因为性能数据支持您的质量团队和客户的案例。大多数开关在两到三次迭代中完成，来自第一个产品开关的数据使第二个和第三个更快。

欧盟委员会关于洗涤剂磷酸盐的页面解释了2017年限制的监管理由。

常见问题

我可以一次更换一个产品的磷酸盐助剂吗？

是的，这是推荐的方法。从你产量最高的产品或监管压力最紧急的产品开始。第一个开关的数据通知下一个开关。

生物降解螯合剂在清洁性能上与磷酸盐助洗剂相匹配吗？

在他们的目标应用中，是的。MGDA-Na3和GLDA-Na4在洗碗和洗衣中与STPP的清洁效果相匹配，在高pH工业清洁中效果更好。

重新配方的产品需要哪些文件？

对于欧盟产品，您需要可生物降解螯合剂的REACH注册和重新配方产品的更新洗涤剂标签。提供两者的供应商消除了大部分合规负担。

有关配方指导和评估样品，请访问元联化工产品中心。应用实验室为您的特定产品类别提供替代率和兼容性数据。