餐具洗涤剂的黏度稳定性影响因素研究

邹 宽 廖 宇 李 杨

中山榄菊日化实业有限公司，广东中山，528400

餐具洗涤剂作为家庭厨房必备的清洁用品，经过数十年的更新迭代，在去污、祛味、除菌、护手等方面已经有了长足发展。随着产品功能性的丰富，消费者对产品的要求也越来越高，尤其是近几年透明洗涤剂市场占比在逐步提升，消费者在购买时往往也看重外观、黏度等感官指标。国家标准GB/T 9985—2000《手洗餐具用洗涤剂》中虽未对餐具洗涤剂的黏度指标做出强制要求[1]，但是在产品设计开发过程中黏度高低有举足轻重的地位，适宜的黏稠度可以提升消费者使用的便利性，满足产品的外观要求；黏度过低会令消费者产生品质不好的错觉；黏度过高则不易倾倒，降低消费者的使用体验。

由于受成本、原料等限制，目前餐具洗涤剂的配方仍以阴离子表面活性剂为主，复配有机增稠剂和无机盐NaCl来提高洗涤剂的黏度。此类产品在常温时黏度适中，但是随着温度的变化黏度也往往变化较大，低温时的黏度一般为高温时的十几倍以上，这一点通过对市场上部分具有较高知名度品牌的市售产品进行分析可得到证实，见表1和图1。

表1 市售产品在不同温度下的黏度 单位：mPa·s

图1 市售产品的黏度敏感性

为设计一款黏度稳定型的餐具洗涤剂，本文主要从以下三个方面进行研究：①不同氯化钠含量在同一餐具洗涤剂配方体系下的黏度敏感性；②常用的有机增稠剂如椰油酰胺DEA、椰油酰胺丙基氧化胺及椰油酰胺丙基甜菜碱类有机增稠剂对餐具洗涤剂黏度敏感性的影响；③非离子型羟乙基纤维素在餐具洗涤剂中的应用。

1 实验原料及仪器

直链烷基苯磺酸钠（LAS）：直链烷基苯磺酸与液体氢氧化钠中和成钠盐。乙氧基化烷基硫酸钠（AES），工业级，广州立智化工有限公司。椰油酰胺DEA（6501 1∶1），工业级，中山科美油脂化学有限公司。月桂酰胺丙基甜菜碱（LAB）、椰油酰胺丙基氧化胺（CAO）、椰油酰胺丙基甜菜碱（CAB），工业级，广州花语精细化工有限公司。NaCl，分析纯，天津市大茂化学试剂厂。去离子水，实验室自制。

NDJ-5S型数字式黏度计，上海衡平仪器仪表厂生产；搅拌器，艾卡IKA RW 20 Digital；电子天平，梅特勒-托利多METTLER TOLEDO PL2002；pH值计，上海仪电科学仪器股份有限公司生产。

2 实验部分

根据陈志峰等的研究结果，对阴离子体系来说，可以用活化能的大小来评价体系黏度对温度的敏感性。开发黏度对温度较不敏感的液体洗涤剂，原料的活化能绝对值应较小，选用AES作为组分的主要原料，有利于配制黏度对温度低敏感性的液体洗涤剂[2]。因此本实验的配方设计均以AES为主，LAS等其他原料为辅。

2.1 NaCl含量对黏度稳定性的影响

2.1.1 实验安排

试样配制：按表2试验方案拟定的配方，准确称取LAS、AES和LAB，加入去离子水至100%，搅拌溶解至透明，再加入NaCl，搅拌至完全溶解均匀，静置。

表2 NaCl含量的试验方案配方设计

黏度测定：采用NDJ-5S型数字式黏度计在要求温度下测定试样的黏度，黏度计控温精度±0.2 ℃。配方1-4在不同温度下的黏度见表3。

表3 配方1-4在不同温度下的黏度 单位：mPa·s

2.1.2 结果讨论

配方1-4在不同温度下的黏度变化趋势见图2。

图2 NaCl含量对体系的黏度敏感性

由表2和图2可知，同一餐具洗涤剂配方体系在一定的无机盐添加量范围内（0～0.75%），NaCl含量越高，体系黏度越大。无盐配方1的整体黏度随温度变化不明显；配方2-4的黏度均随温度的升高而出现大幅度下降；随着NaCl含量的提升，洗涤剂高低温的黏度极差也越来越大，说明体系受温度影响越明显。

餐具洗涤剂的黏度主要与体系中表面活性剂的胶束体积大小及数量有关，胶束体积越大、数量越多，洗涤剂的黏度越大。表面活性剂在水中形成胶束的标志之一是临界胶束浓度（critical micelle concentration，CMC），当浓度低于CMC时，活性剂在水溶液中以单分子形态存在；当浓度大于CMC时，活性剂分子聚集成为胶束；CMC值越小，表示形成胶束所需浓度越低[3]。在表面活性剂溶液中添加无机盐，可使溶液的CMC下降，胶束缔合数增加，溶液黏度得到提高。但随着温度的升高，CMC也上升，胶束的数量和稳定性减小，所以溶液黏度大幅度下降；体系中的NaCl含量越高，胶束的变化数量就越多，洗涤剂黏度对温度也就越敏感。如果要设计黏度稳定型餐具洗涤剂，需要尽量控制无机盐的用量。

2.2 常用增稠剂对黏度稳定性的影响

2.2.1 实验安排

试样配制：按表4试验方案拟定的配方，准确称取LAS、AES和不同的有机增稠剂，加入去离子水至100%，搅拌溶解至透明，再加入NaCl，搅拌至完全溶解均匀，静置。配方5-7在不同温度下的黏度见表5。

表4 有机增稠剂的试验方案配方设计

表5 配方5-7在不同温度下的黏度 单位：mPa·s

2.2.2 结果讨论

配方5-7在不同温度下的黏度变化趋势见图3。

图3 有机增稠剂体系的黏度敏感性

由表5和图3可知，常用的有机增稠剂复配NaCl增稠的餐具洗涤剂，黏度稳定性之间有细微的差异，其中6501体系的黏度稳定性优于其他体系，但三个配方整体黏度仍随温度的降低而大幅度上升，低温时黏度为高温时的20多倍。

CAO、CAB等两性表面活性剂自身具有亲水和疏水两性基团，能够与各种表面活性剂很好配伍并显示协同效应，形成的混合胶束体积较大，能够对体系产生剪切力，从而在液体洗涤剂内形成较高的黏度。6501自身具有亲水基团，一个活性剂分子可以牢固结合多个水分子；当6501在溶液中形成胶束团时，大量的游离水分子也被吸收进去，从而使体系的整体黏度得到提升。这两种通过形成胶束来增稠的作用机制，随着温度的升高，胶束的稳定性会减小，表面活性剂分子难以进入胶束；另外，温度的升高还会使憎水基周围的水结构被破坏，妨碍胶束的形成[4]，致使体系的黏度大幅度下降。

2.3 羟乙基纤维素的应用

用传统的有机增稠剂复配无机盐配制成的餐具洗涤剂，黏度对温度的敏感性都很高，要设计黏度稳定型洗涤剂，需要找到一种不受温度影响的实用型增稠剂。

羟乙基纤维素属于非离子型增稠剂，主要靠水合作用和分子之间的缠绕来增稠[5]。羟乙基纤维素的高分子链在水中易与水形成氢键，氢键使其有很高的水合作用及其分子间的缠绕，提高了聚合物本身的流体体积，减少了颗粒自由活动的空间，从而提高了体系黏度。相比以胶束数量和大小来增稠的传统洗涤剂配方，羟乙基纤维素在水合作用和分子缠绕的双重作用下，体系的黏度较稳定，不易受温度变化的影响。

2.3.1 实验安排

试样配制：按表6试验方案拟定的配方，先用去离子水将羟乙基纤维素完全溶解至透明，然后加入LAS、AES，搅拌至完全溶解均匀，静置。配方8-10在不同温度下的黏度见表7。

图4 羟乙基纤维素增稠机制

表6 羟乙基纤维素试验方案配方设计

表7 配方8-10在不同温度下的黏度 单位：mPa·s

2.3.2 结果讨论

配方8-10在不同温度下的黏度变化趋势见图5。

图5 羟乙基纤维素体系的黏度敏感性

由表4和图5可知，用羟乙基纤维素增稠的餐具洗涤剂，其体系黏度随温度变化的幅度较小，在15～35 ℃的温度区间内均能保持适中的黏稠度，低温时的黏度仅为高温时的2-3倍。在LAS与AES比例分别为1∶2、1∶1或2∶1的不同配方体系中加入羟乙基纤维素，均能起到良好增稠效果，且配方的黏度稳定性良好。

根据国标GB/T 9985—2000《手洗餐具用洗涤剂》泡沫位法对配方8～10进行去污力测定，同时与知名度较高的两款市售产品进行比较，得到的结果见表8。

表8 去污力测试数据

由表8可以看出用羟乙基纤维素增稠的餐具洗涤剂，去污力显著优于标准餐具洗涤剂，与市售产品的去污力相当，说明羟乙基纤维素在餐具洗涤剂中有良好的应用前景。

3 结论

同一餐具洗涤剂配方体系在一定的NaCl添加量范围内（0～0.75%），NaCl含量越高，其体系黏度越大，洗涤剂黏度受温度影响越明显。常用的6501、氧化胺及甜菜碱类有机增稠剂复配无机盐NaCl来增稠，洗涤剂的黏度对温度敏感性较高；用羟乙基纤维素来增稠，餐具洗涤剂具有良好的黏度稳定性，保证了产品在合理使用的温度范围内黏度相对稳定。