餐具洗滌劑的黏度穩定性影響因素研究

鄒 寬 廖 宇 李 楊

中山欖菊日化實業有限公司，廣東中山，528400

餐具洗滌劑作為家庭廚房必備的清潔用品，經過數十年的更新迭代，在去污、祛味、除菌、護手等方面已經有了長足發展。隨著產品功能性的豐富，消費者對產品的要求也越來越高，尤其是近幾年透明洗滌劑市場占比在逐步提升，消費者在購買時往往也看重外觀、黏度等感官指標。國家標準GB/T 9985—2000《手洗餐具用洗滌劑》中雖未對餐具洗滌劑的黏度指標做出強制要求[1]，但是在產品設計開發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者使用的便利性，滿足產品的外觀要求；黏度過低會令消費者產生品質不好的錯覺；黏度過高則不易傾倒，降低消費者的使用體驗。

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，復配有機增稠劑和無機鹽NaCl來提高洗滌劑的黏度。此類產品在常溫時黏度適中，但是隨著溫度的變化黏度也往往變化較大，低溫時的黏度一般為高溫時的十幾倍以上，這一點通過對市場上部分具有較高知名度品牌的市售產品進行分析可得到證實，見表1和圖1。

表1 市售產品在不同溫度下的黏度 單位：mPa·s

圖1 市售產品的黏度敏感性

為設計一款黏度穩定型的餐具洗滌劑，本文主要從以下三個方面進行研究：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增稠劑對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用。

1 實驗原料及儀器

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），工業級，廣州立智化工有限公司。椰油酰胺DEA（6501 1∶1），工業級，中山科美油脂化學有限公司。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），工業級，廣州花語精細化工有限公司。NaCl，分析純，天津市大茂化學試劑廠。去離子水，實驗室自制。

NDJ-5S型數字式黏度計，上海衡平儀器儀表廠生產；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，上海儀電科學儀器股份有限公司生產。

2 實驗部分

根據陳志峰等的研究結果，對陰離子體系來說，可以用活化能的大小來評價體系黏度對溫度的敏感性。開發黏度對溫度較不敏感的液體洗滌劑，原料的活化能絕對值應較小，選用AES作為組分的主要原料，有利于配制黏度對溫度低敏感性的液體洗滌劑[2]。因此本實驗的配方設計均以AES為主，LAS等其他原料為輔。

2.1 NaCl含量對黏度穩定性的影響

2.1.1 實驗安排

試樣配制：按表2試驗方案擬定的配方，準確稱取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含量的試驗方案配方設計

黏度測定：采用NDJ-5S型數字式黏度計在要求溫度下測定試樣的黏度，黏度計控溫精度±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 結果討論

配方1-4在不同溫度下的黏度變化趨勢見圖2。

圖2 NaCl含量對體系的黏度敏感性

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鹽添加量范圍內（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量有關，膠束體積越大、數量越多，洗滌劑的黏度越大。表面活性劑在水中形成膠束的標志之一是臨界膠束濃度（critical micelle concentration，CMC），當濃度低于CMC時，活性劑在水溶液中以單分子形態存在；當濃度大于CMC時，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鹽，可使溶液的CMC下降，膠束締合數增加，溶液黏度得到提高。但隨著溫度的升高，CMC也上升，膠束的數量和穩定性減小，所以溶液黏度大幅度下降；體系中的NaCl含量越高，膠束的變化數量就越多，洗滌劑黏度對溫度也就越敏感。如果要設計黏度穩定型餐具洗滌劑，需要盡量控制無機鹽的用量。

2.2 常用增稠劑對黏度穩定性的影響

2.2.1 實驗安排

試樣配制：按表4試驗方案擬定的配方，準確稱取LAS、AES和不同的有機增稠劑，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 有機增稠劑的試驗方案配方設計

表5 配方5-7在不同溫度下的黏度 單位：mPa·s

2.2.2 結果討論

配方5-7在不同溫度下的黏度變化趨勢見圖3。

圖3 有機增稠劑體系的黏度敏感性

由表5和圖3可知，常用的有機增稠劑復配NaCl增稠的餐具洗滌劑，黏度穩定性之間有細微的差異，其中6501體系的黏度穩定性優于其他體系，但三個配方整體黏度仍隨溫度的降低而大幅度上升，低溫時黏度為高溫時的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，能夠與各種表面活性劑很好配伍并顯示協同效應，形成的混合膠束體積較大，能夠對體系產生剪切力，從而在液體洗滌劑內形成較高的黏度。6501自身具有親水基團，一個活性劑分子可以牢固結合多個水分子；當6501在溶液中形成膠束團時，大量的游離水分子也被吸收進去，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制，隨著溫度的升高，膠束的穩定性會減小，表面活性劑分子難以進入膠束；另外，溫度的升高還會使憎水基周圍的水結構被破壞，妨礙膠束的形成[4]，致使體系的黏度大幅度下降。

2.3 羥乙基纖維素的應用

用傳統的有機增稠劑復配無機鹽配制成的餐具洗滌劑，黏度對溫度的敏感性都很高，要設計黏度穩定型洗滌劑，需要找到一種不受溫度影響的實用型增稠劑。

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的空間，從而提高了體系黏度。相比以膠束數量和大小來增稠的傳統洗滌劑配方，羥乙基纖維素在水合作用和分子纏繞的雙重作用下，體系的黏度較穩定，不易受溫度變化的影響。

2.3.1 實驗安排

試樣配制：按表6試驗方案擬定的配方，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制

表6 羥乙基纖維素試驗方案配方設計

表7 配方8-10在不同溫度下的黏度 單位：mPa·s

2.3.2 結果討論

配方8-10在不同溫度下的黏度變化趨勢見圖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 ℃的溫度區間內均能保持適中的黏稠度，低溫時的黏度僅為高溫時的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，且配方的黏度穩定性良好。

根據國標GB/T 9985—2000《手洗餐具用洗滌劑》泡沫位法對配方8～10進行去污力測定，同時與知名度較高的兩款市售產品進行比較，得到的結果見表8。

表8 去污力測試數據

由表8可以看出用羥乙基纖維素增稠的餐具洗滌劑，去污力顯著優于標準餐具洗滌劑，與市售產品的去污力相當，說明羥乙基纖維素在餐具洗滌劑中有良好的應用前景。

3 結論

同一餐具洗滌劑配方體系在一定的NaCl添加量范圍內（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增稠劑復配無機鹽NaCl來增稠，洗滌劑的黏度對溫度敏感性較高；用羥乙基纖維素來增稠，餐具洗滌劑具有良好的黏度穩定性，保證了產品在合理使用的溫度范圍內黏度相對穩定。