洗衣凝珠浅析

韩 富

（北京工商大学轻工科学技术学院，北京，100048）

随着世界经济的发展，可持续已经成为人类所面临的一大挑战。低碳经济是实现经济可持续发展的必由之路，向低碳经济转型已成为世界经济发展的大趋势。作为与人民生活息息相关的洗涤剂产业，实现可持续发展也已经成为目前行业的热点。随着世界低碳经济的到来，洗涤产品逐步向低温、节水、浓缩和安全方向发展。

浓缩化是提高洗涤产品可持续发展的一个重要发展方向。相对于普通洗衣液，浓缩化可以减少化学原料和包装材料的用量、降低生产过程的能耗、减少输送环节的消耗以及降低废弃过程的废料总量。

洗衣凝珠又称洗衣胶囊，是一款专为机洗设计的产品，将超浓缩洗衣液包裹于水溶性薄膜中，遇水即溶无残留，浓缩低水配方，只需普通洗衣液一半的用量就能轻松洗衣。其特有的低泡浓缩配方，更易漂洗，具有投放方便、定量分装、多效合一和外型时尚等特点，日益受到年轻消费者的青睐。

洗衣凝珠早先起源于欧美国家。2013年，宝洁在欧洲市场推出4款功效不同的洗衣凝珠产品。数据显示，仅一年时间，欧洲便有超过3000万家庭使用洗衣凝珠，而在美国，洗衣凝珠一年销售量高达14亿颗。2014年，宝洁又在中国推出碧浪洗衣凝珠。

2015年纳爱斯推出“超能”洗衣凝珠，2016年浪奇推出“LONKEY 浪奇洗衣凝珠”，此后，立白、奥妙、拉芳、妈妈壹选等品牌也都纷纷推出洗衣凝珠产品。

洗衣凝珠产品符合了洗涤行业浓缩化发展趋势，对可持续发展具有重大意义，可以切实降低对环境的污染，有利于推动我国洗涤剂行业的产品结构调整和产业升级。

2018年5月8日，中国洗衣凝珠行业标准启动会在广州举行，这意味着超浓缩的洗衣凝珠将迎来大规模发展。

1 洗衣凝珠的膜

洗衣凝珠是由水溶性的薄膜包裹超浓缩洗衣液，每次洗涤时把凝珠放入洗衣机中，凝珠接触水后溶解，释放出洗衣液进行洗涤。

要求凝珠的膜遇水则溶，快速析出浓缩洗衣液，并且无残留。但普通水溶膜很容易在衣物、洗衣机滤网及内壁等形成残留污斑，导致堵塞、细菌滋生等问题。因此，通过膜的优化可以构建在5℃下还能正常溶解的产品以解决普通膜的低温溶解性问题。

水溶性膜的主要成分为聚乙烯醇，其制备通过乙烯醋酸酯自由基聚合，再水解（通常还有残留的未皂化乙酸酯基团，皂化度控制在87%～89%，摩尔分数），得到聚乙烯醇，相对分子质量约为75000。玻璃化转变温度58℃，熔点185～187℃。

聚乙烯醇膜可以包含增塑剂，用于降低膜的刚度，提高水溶膜柔韧性。适合的增塑剂有乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇（如平均相对分子质量400）、新戊二醇、甘油、山梨醇、三羟甲基丙烷、二乙醇胺、三乙醇胺和己二酸等。

有时复配聚乳酸来增加膜的水溶性和降解性。也有报道使用复合膜，包括与洗涤剂直接接触的内层、中间增溶层和外部崩解层，各层之间通过热压复合。崩解剂遇水能发生溶胀、崩离作用，起到加速溶解的效果。

水溶性膜的厚度一般为30～100mm ，通常要求1min内溶解。

2 洗衣凝珠的浓缩液

就像其他洗涤剂一样，洗衣凝珠根据产品的定位和功能不同，也会有不同的配方。公开报道的专利涉及：多功能的洗衣凝珠、除菌的洗衣凝珠以及增加柔顺、护色、防串色等功能的洗衣凝珠等产品。

洗衣凝珠的配方又与普通洗衣液、普通浓缩洗衣液的配方不同，由于洗衣凝珠是超浓缩配方，水含量低、活性物含量高（45%以上），很难使用传统的原料通过简单地增加活性物含量而直接得到符合要求的产品。

洗衣凝珠的基础配方一般由溶剂、少量的水、表面活性剂、助剂、酶制剂等组成。本文简单介绍其基础配方的特点。

2.1 表面活性剂

洗涤剂中所用的表面活性剂一般为阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的复配物，阴离子和非离子表面活性剂的比例可以大于5∶1。在选择表面活性剂时除了去污性还应注意溶解性、凝胶化、泡沫等问题以及与凝珠的膜的兼容性。

常用的阴离子表面活性剂有脂肪酸盐、十二烷基苯磺酸盐（LAS）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐（AES）等。LAS、AES在常温下溶解度有限，增大浓度时会析出而浑浊沉淀。可以用铵盐代替钠盐来增加其溶解度，加入三异丙醇胺可以有效地防止凝胶的形成。常用的AES水含量达到30%，而凝珠是用水溶性聚乙烯醇膜包装的，要求配方中的水含量降到10%以下，甚至小于5%，为保证凝珠在储存期间包装膜完好，配方中AES的加入量不能太多。

常用的非离子表面活性剂有脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）、蓖麻油甲酯乙氧基化物、烷基糖苷（APG）等。AEO虽然溶解度较大，但在常温下溶解速度慢，不能满足凝珠遇水即溶的要求，且在高浓度下极易形成凝胶。选择烷基带有支链的C10-13异构醇醚，相对于AEO其倾点低、溶解速度快、凝胶范围窄、泡沫低、易漂洗，而且与阴离子相容性好。异构醇醚的泡沫少，可以有效减少漂洗次数，提升漂洗效率，适合机洗。一些特殊的表面活性剂（如氧化胺），以一定的方式复配到体系中可以明显增加产品的黏度，从而减少膜的渗漏和破损现象发生。

2.2 助剂

洗涤剂中使用的助剂主要是软水剂和抗再沉积剂，其作用是螯合水中的钙、镁离子，降低水的硬度；抑制CaCO3等无机盐晶体的生长，防止结垢；分散污渍，防止清洗下来的污渍再沉积到清洗表面。

常见的螯合剂有乙二胺四乙酸（EDTA）、甲基甘氨酸二乙酸（MGDA）、谷氨酸二乙酸（GLDA）、柠檬酸（CA）、亚氨基二琥珀酸（IDS）、氮川三乙酸（NTA）等。

有些聚合物使用也比较多，如马来酸/丙烯酸共聚物（MA/AA）、丙烯酸/苯乙烯共聚物（Alcosperse 747），对钙镁离子有较强的螯合力，抗再沉积能力十分突出，还可以加速其他表面活性剂的溶解速度。

另外，某些高分子和表面活性剂的复配可以在洗涤过程中产生协同效应，从而减少配方中总活性物的绝对量。例如聚乙二醇/聚乙酸乙烯酯（PEG/PVAc）和有脂肪酸存在的表面活性剂复配可以显著地促进表面张力的降低速率，从而提高体系的洗涤性能。

2.3 酶

洗涤剂配方需要兼顾产品稳定性和洗涤效果的要求，除了重新构造表面活性剂体系外，还要使用更多的催化洗涤技术，例如酶。

常用的酶有蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和纤维素酶，一般为其中两种或两种以上的复合酶。前3种酶分别去除衣物上相应的污渍，而纤维素酶则主要是去除受损纤维上的小绒毛，使衣物亮丽如新。

2.4 溶剂

如前所述，洗衣凝珠是低水、超浓缩配方，表面活性剂会析出，目前最有效的办法是在配方中加入足量的溶剂。

常用的溶剂有乙醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、甘油、二乙二醇、聚乙二醇200等。

3 洗衣凝珠的包装方式

3.1 内包装（膜）

图1 洗衣凝珠的不同腔室

洗衣凝珠可以用水溶膜包裹洗衣液形成单腔凝珠，也可以通过膜和工艺的创新做成多腔凝珠（图1）。多腔凝珠各个独立的部分通过水溶性的膜隔开，可以把传统上不能和洗衣液兼容的组分放到一个凝珠中。这为凝珠的配方提供了更大的空间，例如把织物护理组分放到配方里。根据配方的需要，膜腔内可以分别放洗衣液、柔顺剂、漂白剂、酶、除菌剂、固色剂及香精等。

当然多腔凝珠的生产成本及难度均会增加，另外各个腔内成分的溶解释放速度及顺序是否有要求也是一个问题。

对于多腔凝珠，也有不同的加工成型方式，如图2。一体成型的凝珠每次洗涤投放一颗就能完成洗涤，对消费者来说多种功能已固定；而压点线连接的凝珠在使用时可以根据需要自由组合成不同功能。

图2 多腔凝珠的不同组合加工方式

对于洗衣凝珠的大小，有研究结果表明，凝珠太小有被误食的风险，所以把凝珠的体积设定在20mL左右。这样不容易被吞食，体积也做到了尽可能小。

3.2 外包装

3.2.1 包装盒

单室的包装盒是最常见的（图3a），也可以在一个大的外包装盒中放若干个不同规格的较小包装盒（图3b），存放多种不同的洗衣凝珠且不易造成混淆。

图3 不同的外包装盒

图3c是针对洗衣凝珠取用不便、取用数量不可控的问题，提供一种包装盒。当需要洗衣凝珠时，抽拉出包装内盒，使包装内盒抽出的长度（由卡位2决定）仅可取出既定数量的洗衣凝珠，并直接倒出既定数量的洗衣凝珠，操作简单，取用方便，由于倒出时其余的洗衣凝珠均位于包装内盒的内部，无法倒出，进而实现取用数量可控。

3.2.2 包装袋

图4是一种挤压条密封包装袋，洗衣凝珠放在密封袋内。

图4 密封包装袋

3.2.3 包装片

图5是一种片状防潮包装，从三角形的开启部3撕开防水塑料封膜2，即可取出凝珠。能够很好地防止水汽进入，避免洗衣凝珠外膜遇水破裂，同时避免小孩轻易撕开包装，发生误食等情况，兼顾安全和使用便利需求。

4 洗衣凝珠面临的问题与挑战

洗衣凝珠快速打开了洗涤市场，深受消费者特别是年轻人的喜爱，同时也带来了一些新的问题与挑战。

（1）由于存储、使用不当，会发生类似儿童误食情况或不必要的眼/皮肤暴露等事故。可采用不透明的外包装，有阻止幼儿轻易打开的包装闭合装置；添加苦味剂，使得产品即使被误食也不容易被吞咽等。

（2）洗衣凝珠是专为机洗而设计的，给消费者带来了方便、快捷的体验。设计初衷是通过控制凝珠大小来控制消费者放入洗衣机中的洗涤剂的用量，避免向消费者直接沟通洗涤剂的用量。但有消费者认为一般洗一缸衣服（或床上用品等大件物品）比较好，并不是洗少量衣服的最佳选择，是否在包装量上给消费者更多的选择。

（3）如果每次洗涤不是满一缸衣物，目前的价格还是相对较高。

（4）随着人们生活水平的提高，对衣物清洗的要求逐渐从单纯的洗净转向清洗和护理。但很多护理（如柔顺）与清洗最好不在同一阶段进行，这就对一体成型的多腔凝珠的溶解释放顺序带来了挑战。

（5）洗衣凝珠是低水配方，相对于浓缩洗衣液，用大量溶剂代替了水，造成成本增加，且给环境带来更大的压力。

5 结语

洗涤剂浓缩化对洗涤产品的可持续发展具有重要意义，然而在消费者使用过程中必然会遇到诸多挑战。还需要科技工作者通过技术创新，设计出既能满足消费者需求又少用化学品的产品。

致谢：本文所有数据、图表均来自于公开资料，作者对其进行整理总结，在此对所有资料的原始贡献者表示感谢。