一种除尘灰清洁皂的制备及其洗涤性能鉴定

来源:用户上传      作者:李敏 倪嘉媛

　　摘   要：本文以硅胶、硅藻土为皂基添加物，研发出一款针对钢铁厂区除尘灰污染的清洁皂，同时对其进行了洗涤性能的鉴定。结果表明，在适宜的制皂条件下，按照成皂总质量的5%、3%分别添加硅胶和硅藻土两种吸附材料，即可生产出既外表美观又清洁效果佳的除尘灰清洁皂。本研究为矿山特种清洁产品的生产与进一步研发提供了科学依据。
　　关键词：矿山  除尘灰  吸附  特种清洁  手工皂
　　中图分类号：TQ648                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）05（a）-0094-04
　　矿冶行业，是国民经济支柱产业，矿山开采是将自然原始的岩体进行破碎、转移、研磨、冶炼、加工的过程[1-2]。每一个环节都产生大量游离性粉尘。传统矿山开采，以露天环境、人工作业为主，人体直接暴露在污染环境下[3-4]。随着现代科技发展，矿山逐渐向机械化、集约化过渡，产尘量进一步增加[5]。人体接触生产性粉尘后，易发生一系列病变。例如，粉尘接触皮肤后，堵塞皮脂腺使得皮肤失水干燥，易受到机械性刺激形成感染而发生毛囊炎、粉刺等。若粉塵进入耳道内，易于形成耳垢栓塞。长期反复而处理不当，易引起角膜损伤，导致角膜混浊，粉尘弥漫时若直接作用于眼，易造成角膜破裂，严重者可致失明[6-8]。
　　目前矿山粉尘的防治主要有以下方法：（1）生产前减少粉尘产生，即在生产前，预先优化物料参数，来降低生产产尘的数量;（2）生产中降尘处理，即在生产过程中，使用特定的降尘设备进行控制，使粉尘沉降;（3）场地排尘，即场地加强通风，进行排尘;（4）隔绝粉尘，即利用口罩、防护服等保护装备，将工人身体尽量与粉尘隔离开[9-10]。
　　以上方法均可以降低粉尘的浓度、降低对于人体的附着数量，从而在一定程度上降低对人体的危害。而工人在从事开采、运输工作时，皮肤将不可避免的沾染上粉尘等污染，矿山工人大多使用肥皂等传统清洁产品进行清洁，而市售普通皂类产品无法对于粉尘污染进行有效清洁。
　　基于此，本文以钢铁冶炼生产过程产生的除尘灰（粒度细小，极易附着，成分复杂，含有Fe、Mn、Ca等多种有价元素）[11-12]为例，通过加入树脂等物理吸附剂作为添加物，同时调整加入比例，制作一种针对除尘灰的矿冶特种清洁皂。
　　手工皂的主要由油脂、碱、水发生皂化反应制成，制作时间较长，成本较高。同时，也可以使用已预处理的皂基进行融化后进行制作，制作方法分为冷制法、热制法等，考虑矿山实际应用情况以及价格成本，本文选用皂基冷制法[13-15]。
　　1  实验设计
　　1.1 试剂材料
　　除尘灰（新余钢铁集团有限公司提供，1kg）;生猪皮（10cm×10cm正方形）;活性炭、树脂、硅胶、硅藻土及其他相关试剂均为分析纯;实验所用超纯水均由Milli-Q纯水系统制备。
　　1.2 主要仪器
　　721B分光光度计，上海精密科学仪器有限公司;相差显微镜及荧光显微镜，Olympus;高速冷冻离心机，Eppendorf;FA1004电子分析天平，上海精密科学仪器有限公司
　　1.3 实验方法
　　1.3.1 吸附能力测试
　　（1）首先将除尘灰制成1%的水溶液200mL待用;
　　（2）然后取15mL塑料离心管，取上述摇匀后粉溶液10mL，加入离心管中。分别加入0.01g、0.05g、或0.1g的吸附材料（活性炭、树脂、硅胶、硅藻土），盖紧管口，上下翻动20次。
　　（3）置于试管架20min，待其自然沉降。观察上清液的浑浊程度，并用分光光度计在OD610nm下测定吸光度。
　　1.3.2 成皂实验
　　由于不同的添加材料性质不同，因此需探索合适的制皂条件，使其符合检验标准，需要实验验证的因素包括温度、pH、含水量、材料含量、表面活性剂添加量等。实验主要通过肉眼和触摸等方式，研究加入活性炭、树脂、硅胶、硅藻土等吸附材料后，观察添加物是否产生沉淀、漂浮、结团等现象，从而导致成品皂体硬度欠佳，手感不适。
　　1.3.3 猪皮模拟实验
　　采用显微观察技术，参考医学皮肤病检测方法，采用猪皮模拟人体皮肤，从而实现观察目的。
　　（1）采购1kg生猪皮，清洁后裁切成大小相似的10cm×10cm正方形块状，冰箱冷冻保藏，以免变质;
　　（2）找相对洁净的薄木板，将猪皮四角用铁钉钉在木板上，便于洗涤操作;
　　（3）将除尘灰污染各块猪皮中间某处，分别利用清水、普通皂、特种皂来洗涤，以同样的搓洗力度，在不同的搓洗时间内，观察清洁效果
　　（4）观察方式。
　　①肉眼观察：直接观察猪皮清洗的洁净度;
　　②显微镜观察：尝试用干净透明胶带，把污染地方的污渍黏在有胶的一侧，再把胶带粘在载玻片上，随后拿到显微镜下10×或40×观察。
　　1.3.4 洗净度检测[16]
　　（1）选取手部皮肤健康受试者25人次，双手同时粘取除尘灰30s;
　　（2）选取吸附材料硅胶和硅藻土，并根据下（表 1）的25种添加比例进行成皂，每块特种皂总质量为200g;
　　（3）每位受试者进行洗净度检测，将双手打湿后用特种皂在双手手心手背均匀涂抹20s，再双手相互揉搓20s，最后使用流水进行冲洗1min; 　　（4）观察25位受试者双手的洗净效果及使用感受，并用相机拍摄记录进行对比分析，得出吸附材料最佳添加比例。
　　1.3.5 产品的横向对比
　　为更贴合矿山特种清洁皂的实际应用场景，以清除矿山污染物“除尘灰”为例，与市售的其他六款皂进行横向对比。实验同时使用白度仪测试和主观肉眼评分两种评价方法，以避免主观评分的影响。白度值越高，产品去污效果更好。主观评价采取5分制，由20人进行评分，平均分值越高，去污能力越好。
　　2  结果与分析
　　2.1 吸附能力测试
　　由图1可知，在不同浓度的除尘灰溶液中加入不同质量的吸附剂（活性炭、树脂、硅胶、硅藻土），静置20min后均有很大程度的净化效果，可初步确定此四种吸附剂对于除尘灰的去除均有效果，可作为研究矿山特种清洁皂制备的吸附材料，并由此展开进一步实验。
　　2.2 成皂实验结果对比
　　根据表2、图2可知，加入活性炭成皂较软，清洗效果较差;加入树脂沉淀较多影响成皂，清洗效果较好;加入硅胶成皂较好，清洗效果一般;加入硅藻土成皂较好，清洗效果较差。综上所述，活性炭并不适合作为皂配方添加物，可进一步研究树脂、硅胶、硅藻土的添加比例以达到既成皂效果适宜且清洗效果佳的制皂配方。
　　2.3 猪皮模拟实验
　　通过显微镜观察对比，可观察到特种皂对猪皮的清洁效果明显优于普通皂。由表 3、图3具体可得，特种清洁皂中，添加硅胶与硅藻土的特种皂清洁效果较好，而添加了树脂的特种皂清洁效果并不明显。由此可进一步研究硅胶和硅藻土的添加比例以期达到最佳效果配方。
　　2.4 洗净度检测
　　通过添加不同比例的硅胶和硅藻土进行成皂、清洗对比实验，通过图4、图5发现受试者8的实验白度值和主观评价总分值最高，其实验所用特种皂的成皂配方为皂液184g、硅胶10g、硅藻土6g，由此可得出利用此种配方生产出的特种清洁皂有较好的清洁效果及使用感受。
　　2.5 产品的横向对比
　　由图6结果明显可知特种清洁皂在矿冶环境污染清洁方面具有独特的优势，与市售产品拉开了较大差距。
　　3  结语
　　本文采用吸附能力测试、成皂实验、猪皮模拟实验、洗净度检测、产品的横向对比等方式建立了特种吸附材料的筛选模型和方法，也为后续不同矿冶环境污染的特种清洁需求的产品定制，提供了标准流程参考[17-18]。经过多次试验得出：按照特种清洁皂总质量的5%、3%分别添加硅胶和硅藻土两种吸附材料，在适宜的制皂温度、pH、含水量、材料含量、表面活性剂添加量条件下即可生产出既外表美观又清洁效果佳的矿山特种清洁皂。
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