餐具洗滌劑的黏度穩(wěn)定性影響因素研究

鄒 寬 廖 宇 李 楊

中山欖菊日化實(shí)業(yè)有限公司，廣東中山，528400

餐具洗滌劑作為家庭廚房必備的清潔用品，經(jīng)過數(shù)十年的更新迭代，在去污、祛味、除菌、護(hù)手等方面已經(jīng)有了長足發(fā)展。隨著產(chǎn)品功能性的豐富，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的要求也越來越高，尤其是近幾年透明洗滌劑市場(chǎng)占比在逐步提升，消費(fèi)者在購買時(shí)往往也看重外觀、黏度等感官指標(biāo)。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9985—2000《手洗餐具用洗滌劑》中雖未對(duì)餐具洗滌劑的黏度指標(biāo)做出強(qiáng)制要求[1]，但是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中黏度高低有舉足輕重的地位，適宜的黏稠度可以提升消費(fèi)者使用的便利性，滿足產(chǎn)品的外觀要求；黏度過低會(huì)令消費(fèi)者產(chǎn)生品質(zhì)不好的錯(cuò)覺；黏度過高則不易傾倒，降低消費(fèi)者的使用體驗(yàn)。

由于受成本、原料等限制，目前餐具洗滌劑的配方仍以陰離子表面活性劑為主，復(fù)配有機(jī)增稠劑和無機(jī)鹽NaCl來提高洗滌劑的黏度。此類產(chǎn)品在常溫時(shí)黏度適中，但是隨著溫度的變化黏度也往往變化較大，低溫時(shí)的黏度一般為高溫時(shí)的十幾倍以上，這一點(diǎn)通過對(duì)市場(chǎng)上部分具有較高知名度品牌的市售產(chǎn)品進(jìn)行分析可得到證實(shí)，見表1和圖1。

表1 市售產(chǎn)品在不同溫度下的黏度 單位：mPa·s

圖1 市售產(chǎn)品的黏度敏感性

為設(shè)計(jì)一款黏度穩(wěn)定型的餐具洗滌劑，本文主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行研究：①不同氯化鈉含量在同一餐具洗滌劑配方體系下的黏度敏感性；②常用的有機(jī)增稠劑如椰油酰胺DEA、椰油酰胺丙基氧化胺及椰油酰胺丙基甜菜堿類有機(jī)增稠劑對(duì)餐具洗滌劑黏度敏感性的影響；③非離子型羥乙基纖維素在餐具洗滌劑中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器

直鏈烷基苯磺酸鈉（LAS）：直鏈烷基苯磺酸與液體氫氧化鈉中和成鈉鹽。乙氧基化烷基硫酸鈉（AES），工業(yè)級(jí)，廣州立智化工有限公司。椰油酰胺DEA（6501 1∶1），工業(yè)級(jí)，中山科美油脂化學(xué)有限公司。月桂酰胺丙基甜菜堿（LAB）、椰油酰胺丙基氧化胺（CAO）、椰油酰胺丙基甜菜堿（CAB），工業(yè)級(jí)，廣州花語精細(xì)化工有限公司。NaCl，分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠。去離子水，實(shí)驗(yàn)室自制。

NDJ-5S型數(shù)字式黏度計(jì)，上海衡平儀器儀表廠生產(chǎn)；攪拌器，艾卡IKA RW 20 Digital；電子天平，梅特勒-托利多METTLER TOLEDO PL2002；pH值計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司生產(chǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

根據(jù)陳志峰等的研究結(jié)果，對(duì)陰離子體系來說，可以用活化能的大小來評(píng)價(jià)體系黏度對(duì)溫度的敏感性。開發(fā)黏度對(duì)溫度較不敏感的液體洗滌劑，原料的活化能絕對(duì)值應(yīng)較小，選用AES作為組分的主要原料，有利于配制黏度對(duì)溫度低敏感性的液體洗滌劑[2]。因此本實(shí)驗(yàn)的配方設(shè)計(jì)均以AES為主，LAS等其他原料為輔。

2.1 NaCl含量對(duì)黏度穩(wěn)定性的影響

2.1.1 實(shí)驗(yàn)安排

試樣配制：按表2試驗(yàn)方案擬定的配方，準(zhǔn)確稱取LAS、AES和LAB，加入去離子水至100%，攪拌溶解至透明，再加入NaCl，攪拌至完全溶解均勻，靜置。

表2 NaCl含量的試驗(yàn)方案配方設(shè)計(jì)

黏度測(cè)定：采用NDJ-5S型數(shù)字式黏度計(jì)在要求溫度下測(cè)定試樣的黏度，黏度計(jì)控溫精度±0.2 ℃。配方1-4在不同溫度下的黏度見表3。

表3 配方1-4在不同溫度下的黏度 單位：mPa·s

2.1.2 結(jié)果討論

配方1-4在不同溫度下的黏度變化趨勢(shì)見圖2。

圖2 NaCl含量對(duì)體系的黏度敏感性

由表2和圖2可知，同一餐具洗滌劑配方體系在一定的無機(jī)鹽添加量范圍內(nèi)（0～0.75%），NaCl含量越高，體系黏度越大。無鹽配方1的整體黏度隨溫度變化不明顯；配方2-4的黏度均隨溫度的升高而出現(xiàn)大幅度下降；隨著NaCl含量的提升，洗滌劑高低溫的黏度極差也越來越大，說明體系受溫度影響越明顯。

餐具洗滌劑的黏度主要與體系中表面活性劑的膠束體積大小及數(shù)量有關(guān)，膠束體積越大、數(shù)量越多，洗滌劑的黏度越大。表面活性劑在水中形成膠束的標(biāo)志之一是臨界膠束濃度（critical micelle concentration，CMC），當(dāng)濃度低于CMC時(shí)，活性劑在水溶液中以單分子形態(tài)存在；當(dāng)濃度大于CMC時(shí)，活性劑分子聚集成為膠束；CMC值越小，表示形成膠束所需濃度越低[3]。在表面活性劑溶液中添加無機(jī)鹽，可使溶液的CMC下降，膠束締合數(shù)增加，溶液黏度得到提高。但隨著溫度的升高，CMC也上升，膠束的數(shù)量和穩(wěn)定性減小，所以溶液黏度大幅度下降；體系中的NaCl含量越高，膠束的變化數(shù)量就越多，洗滌劑黏度對(duì)溫度也就越敏感。如果要設(shè)計(jì)黏度穩(wěn)定型餐具洗滌劑，需要盡量控制無機(jī)鹽的用量。

2.2 常用增稠劑對(duì)黏度穩(wěn)定性的影響

2.2.1 實(shí)驗(yàn)安排

試樣配制：按表4試驗(yàn)方案擬定的配方，準(zhǔn)確稱取LAS、AES和不同的有機(jī)增稠劑，加入去離子水至100%，攪拌溶解至透明，再加入NaCl，攪拌至完全溶解均勻，靜置。配方5-7在不同溫度下的黏度見表5。

表4 有機(jī)增稠劑的試驗(yàn)方案配方設(shè)計(jì)

表5 配方5-7在不同溫度下的黏度 單位：mPa·s

2.2.2 結(jié)果討論

配方5-7在不同溫度下的黏度變化趨勢(shì)見圖3。

圖3 有機(jī)增稠劑體系的黏度敏感性

由表5和圖3可知，常用的有機(jī)增稠劑復(fù)配NaCl增稠的餐具洗滌劑，黏度穩(wěn)定性之間有細(xì)微的差異，其中6501體系的黏度穩(wěn)定性優(yōu)于其他體系，但三個(gè)配方整體黏度仍隨溫度的降低而大幅度上升，低溫時(shí)黏度為高溫時(shí)的20多倍。

CAO、CAB等兩性表面活性劑自身具有親水和疏水兩性基團(tuán)，能夠與各種表面活性劑很好配伍并顯示協(xié)同效應(yīng)，形成的混合膠束體積較大，能夠?qū)w系產(chǎn)生剪切力，從而在液體洗滌劑內(nèi)形成較高的黏度。6501自身具有親水基團(tuán)，一個(gè)活性劑分子可以牢固結(jié)合多個(gè)水分子；當(dāng)6501在溶液中形成膠束團(tuán)時(shí)，大量的游離水分子也被吸收進(jìn)去，從而使體系的整體黏度得到提升。這兩種通過形成膠束來增稠的作用機(jī)制，隨著溫度的升高，膠束的穩(wěn)定性會(huì)減小，表面活性劑分子難以進(jìn)入膠束；另外，溫度的升高還會(huì)使憎水基周圍的水結(jié)構(gòu)被破壞，妨礙膠束的形成[4]，致使體系的黏度大幅度下降。

2.3 羥乙基纖維素的應(yīng)用

用傳統(tǒng)的有機(jī)增稠劑復(fù)配無機(jī)鹽配制成的餐具洗滌劑，黏度對(duì)溫度的敏感性都很高，要設(shè)計(jì)黏度穩(wěn)定型洗滌劑，需要找到一種不受溫度影響的實(shí)用型增稠劑。

羥乙基纖維素屬于非離子型增稠劑，主要靠水合作用和分子之間的纏繞來增稠[5]。羥乙基纖維素的高分子鏈在水中易與水形成氫鍵，氫鍵使其有很高的水合作用及其分子間的纏繞，提高了聚合物本身的流體體積，減少了顆粒自由活動(dòng)的空間，從而提高了體系黏度。相比以膠束數(shù)量和大小來增稠的傳統(tǒng)洗滌劑配方，羥乙基纖維素在水合作用和分子纏繞的雙重作用下，體系的黏度較穩(wěn)定，不易受溫度變化的影響。

2.3.1 實(shí)驗(yàn)安排

試樣配制：按表6試驗(yàn)方案擬定的配方，先用去離子水將羥乙基纖維素完全溶解至透明，然后加入LAS、AES，攪拌至完全溶解均勻，靜置。配方8-10在不同溫度下的黏度見表7。

圖4 羥乙基纖維素增稠機(jī)制

表6 羥乙基纖維素試驗(yàn)方案配方設(shè)計(jì)

表7 配方8-10在不同溫度下的黏度 單位：mPa·s

2.3.2 結(jié)果討論

配方8-10在不同溫度下的黏度變化趨勢(shì)見圖5。

圖5 羥乙基纖維素體系的黏度敏感性

由表4和圖5可知，用羥乙基纖維素增稠的餐具洗滌劑，其體系黏度隨溫度變化的幅度較小，在15～35 ℃的溫度區(qū)間內(nèi)均能保持適中的黏稠度，低溫時(shí)的黏度僅為高溫時(shí)的2-3倍。在LAS與AES比例分別為1∶2、1∶1或2∶1的不同配方體系中加入羥乙基纖維素，均能起到良好增稠效果，且配方的黏度穩(wěn)定性良好。

根據(jù)國標(biāo)GB/T 9985—2000《手洗餐具用洗滌劑》泡沫位法對(duì)配方8～10進(jìn)行去污力測(cè)定，同時(shí)與知名度較高的兩款市售產(chǎn)品進(jìn)行比較，得到的結(jié)果見表8。

表8 去污力測(cè)試數(shù)據(jù)

由表8可以看出用羥乙基纖維素增稠的餐具洗滌劑，去污力顯著優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)餐具洗滌劑，與市售產(chǎn)品的去污力相當(dāng)，說明羥乙基纖維素在餐具洗滌劑中有良好的應(yīng)用前景。

3 結(jié)論

同一餐具洗滌劑配方體系在一定的NaCl添加量范圍內(nèi)（0～0.75%），NaCl含量越高，其體系黏度越大，洗滌劑黏度受溫度影響越明顯。常用的6501、氧化胺及甜菜堿類有機(jī)增稠劑復(fù)配無機(jī)鹽NaCl來增稠，洗滌劑的黏度對(duì)溫度敏感性較高；用羥乙基纖維素來增稠，餐具洗滌劑具有良好的黏度穩(wěn)定性，保證了產(chǎn)品在合理使用的溫度范圍內(nèi)黏度相對(duì)穩(wěn)定。