2017年，一项重塑欧洲餐具洗涤剂市场的磷酸盐禁令，迫使配方设计师们寻找一种能够承担三聚磷酸钠（STPP）功能、却又没有其环境负担的助剂。三钠甲基甘氨酸二乙酸（MGDA-Na3）应运而生。作为一种无磷助剂和螯合剂，MGDA-Na3能在餐具洗涤所需的高温和高pH值环境下有效控制镁离子和钙离子，并在冲洗水排入下水道后自然生物降解。

如果您正在重新配制餐具洗涤剂或洗衣产品，并且有人建议您尝试MGDA，那么本指南将为您介绍其化学原理、用量以及配方师常犯的、耗时费力的错误。

什么是MGDA-Na3，以及它为何取代了STPP

MGDA-Na3的CAS号为164462-16-2，INCI名称为三钠甲基甘氨酸二乙酸。该分子源自最简单的氨基酸——甘氨酸，并附加了两个乙酸基团，这两个基团负责螯合工作。其结果是能在高pH值下紧密结合镁，这正是洗碗机所需的关键特性。

三聚磷酸钠（STPP）此前通过磷酸基团实现同样的功能。问题出在洗涤之后。磷酸盐会导致河流和湖泊中的藻类大量繁殖，这正是欧盟自2017年起在洗碗机洗涤块中禁用磷酸盐，并在更早时在民用洗衣产品中禁用磷酸盐的原因。MGDA-Na3的分子中不含磷，因此能够满足同样的排放规定，而这些规定淘汰了STPP。

对镁离子的关注比大多数配方师最初意识到的更为重要。洗碗机玻璃器皿上的白色膜斑主要来自镁和钙的沉积物，而非污垢。一种能够在pH 11至12.5范围内锁定镁离子的助剂，可以从源头防止这种膜斑的形成。

化学原理：为何在洗碗机中结合镁离子是关键

自动洗碗机的工作环境是高温和强碱性。洗涤周期温度约为50至70摄氏度，pH值在11至12.5之间。在此条件下，许多螯合剂会失去对金属离子的结合能力。MGDA-Na3则能保持稳定。

关键在于其在工作pH范围内的稳定常数。MGDA的镁络合物在GLDA和其他氨基羧酸类螯合剂开始将镁离子释放回溶液时，仍能保持完整。这不是一个小差异。一种在pH 12时结合能力下降20%的螯合剂会在玻璃上留下可见的水斑，消费者会立即察觉到。

钙离子同样重要，但在洗碗机中是次要问题。MGDA能充分处理钙离子，同时在处理镁离子方面表现优异。需要更强效钙离子结合能力的配方师，通常会将其与对钙离子有强靶向性的GLDA混合使用。这种组合能覆盖两种离子，同时不会过度增加成本。

MGDA-Na3在洗碗机洗涤块中的用量

洗碗机洗涤块是所有消费品中MGDA用量最高的。典型的自动洗碗机洗涤剂中，MGDA-Na3占总片重的15%至30%。其余成分包括碳酸钠、过碳酸钠、漂白活化剂、酶和漂洗助剂聚合物。

用量逻辑取决于您目标市场的水硬度。在水质较软地区（低于150 ppm），使用范围的下限即可。在水质较硬地区（高于300 ppm），则需要接近上限。洗涤块必须提供足够的助剂，以在整个洗涤和漂洗周期（而非仅仅主洗阶段）中中和水硬度。

一个常见的错误是，因为MGDA每公斤成本高于STPP而减少用量。其结果是硬水地区玻璃器皿上出现膜斑，以及随之而来的消费者差评。如有疑问，请为您的产品声称能处理的最硬水质设计剂量，然后用清洁玻璃器皿进行50次循环的洗碗机测试来验证。

粉状和凝胶状洗碗剂格式遵循类似的逻辑，但用量略低。凝胶中MGDA的用量为10%至20%，因为漂洗助剂聚合物承担了更多的抗膜斑任务。粉剂则介于洗涤块和凝胶之间。

MGDA-Na3在洗衣粉/液中的应用

洗衣过程比洗碗温度更低、碱性也更弱，但镁离子仍然会引发问题。织物上的灰色膜斑源于镁-钙络合物，这些络合物会反复沉积并累积。MGDA-Na3能防止这种沉积，同时支持洗涤剂的清洁作用。

大多数洗衣配方师选择将MGDA与GLDA混合使用，而非单独使用任何一种。50:50的混合物可在洗涤pH范围内，通过MGDA处理镁离子，通过GLDA处理钙离子。在洗衣液中，用量为1%至3%。在洗衣粉中，用量为2%至4%，因为粉末在织物上停留时间更长，需要更多助剂来承载金属离子负荷。

酶兼容性值得注意。现代洗衣洗涤剂含有蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等用于去污的酶。一些助剂会通过剥夺它们所需的作为辅因子的钙离子来干扰这些酶。MGDA-Na3对酶的干扰性低于老式螯合剂，因此酶能在助剂存在下保持活性。

替代ST三聚磷酸钠：一种直接的替换

从STPP转向MGDA-Na3的配方师经常询问替代比例。简短的答案是，从助剂功能上看，基本是1:1的替代关系，但不是按重量计算。

在含磷时代，STPP在洗涤块中的用量通常为20%至35%。而MGDA-Na3的用量为15%至30%，因为它每克能结合更多的金属离子。确切比例取决于您的目标水硬度和配方其余部分。通过进行2至3轮50次循环的洗碗机测试的实验室试验即可确定。

成本变化是确实存在的，但比每公斤价格的直观差异要小。MGDA的每公斤成本高于STPP，但用量更少，并且可以省去一些排污许可证可能附加的磷酸盐附加费。进行总成本核算的配方师通常会发，成本差距是可控的，特别是考虑到零售商认可度和环保声明的价值时。

生物降解性与环保声明

根据OECD 301测试，MGDA-Na3易于生物降解。洗涤水排出机器后，该分子会通过自然微生物作用分解，而不是在水道中累积。这有两个重要意义。

首先，它使您的产品避开磷酸盐限制，并允许您做出有说服力的环保声明。其次，它回应了消费者日益增长的疑问：洗涤剂排入下水道后会怎样？能够提供生物降解性证明的配方师，在向监管机构和零售商解释时，拥有更充分的依据。

当客户索要环保数据时，您可以将供应商提供的OECD 301报告转发给他们。公认的测试方法远比标签上笼统的绿色声明更有分量。

了解更多

如需了解更多关于助剂和螯合剂在洗涤剂系统中的作用，请参阅美国清洁协会的此资源。

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