脂肪醇醚硫酸酯鈉鹽/α-烯烴磺酸鈉二元陰離子液體餐洗劑的配方改進(jìn)及性能評(píng)價(jià)

張家駱（譯）

（江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，江蘇 無錫，214122）

前言

硬表面清洗包含了許多界面現(xiàn)象，比如界面張力、界面黏度、卷起過程、界面電荷、乳化、滲透等。清洗對(duì)象或所使用的清洗劑組成不同，清洗過程中出現(xiàn)的界面現(xiàn)象也不同。比如，最主要的清洗方式（水溶液清洗），污垢從表面的分離是一種物理過程，主要取決于離子和表面活性劑在表面的吸附。

表面活性劑是一種由親水頭基和疏水尾鏈構(gòu)成的兩親分子。根據(jù)親水頭基的不同，將表面活性劑分為陰離子、陽離子、非離子和兩性離子表面活性劑四大類。由于分子的兩親性，表面活性劑在不同的溶劑中總是自發(fā)在相界面處富集，降低溶液表面張力，并在溶液中聚集形成膠束。因此，當(dāng)溶液中表面活性劑的濃度達(dá)到某一臨界值后，溶液的體相性質(zhì)將發(fā)生顯著改變：表面張力不再降低、對(duì)烷烴的增溶能力突增等。這一臨界值稱之為臨界膠束濃度（cmc）。當(dāng)濃度小于cmc時(shí)，表面活性劑主要以單體的形式存在于溶液中；大于cmc，它們就會(huì)聚集形成直徑大約5nm的膠束結(jié)構(gòu)。為了估算洗衣粉或洗滌劑的使用量，測(cè)定表面活性劑在特定清洗產(chǎn)品中的cmc和表面張力就顯得尤為重要了。

在歐盟，根據(jù)表面活性劑的含量可以將液體手工餐洗劑分成經(jīng)濟(jì)型（10%）、普通型（15%～18%）和濃縮型（20%）。雖然液體餐洗劑主要是用來清洗盤子、碗等餐具的表面，但是在清洗過程中消費(fèi)者的手會(huì)一直浸泡在餐洗劑的水溶液中，皮膚完全暴露于高濃度的清洗劑中。因此，餐洗配方的溫和性在設(shè)計(jì)家庭清洗劑產(chǎn)品時(shí)不得不考慮。餐洗配方通常是各種表面活性劑的復(fù)合體系，而不是某一種單一的表面活性劑。表面活性劑之間的協(xié)同增效作用是其性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。在餐洗配方中最常用的表面活性劑有烷基醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（R(OCH2CH2)n–OSO3-Na）、烷基硫酸酯鈉鹽（R–OSO3-Na）、烷基苯磺酸鹽（R–Ar–SO3-Na）、α -烯烴磺酸鈉（R–CH2–CH=CH–CH2–OSO3-Na）、烷基二甲基氧化胺（R–(CH3)2NO）、 脂肪醇聚氧乙烯醚(R(OCH2CH2)nOH)、烷基二乙醇酰胺（CH3(CH2)nC(=O)N(CH2CH2OH)2)）和烷基甜菜堿（R–N–(CH3)2CH2–COO-）。其中，陰離子表面活性劑廉價(jià)易得，且具有較好的清潔能力和優(yōu)異的泡沫性能。盡管如此，這些陰離子表面活性劑通常或多或少也存在一些缺點(diǎn)，比如與陽離子的不相容性、不耐硬水、刺激性強(qiáng)等。非離子表面活性劑的發(fā)泡性較差，價(jià)格高，但是由于極性基團(tuán)不帶電，展現(xiàn)出了非常好的協(xié)同效應(yīng)。因此，將陰離子與非離子復(fù)配，可以使配方在比如溫和性、潤(rùn)濕性、發(fā)泡性、穩(wěn)泡性等方面得到顯著改善。比如，餐洗劑中的氧化胺表面活性劑在中性條件下與陰離子表面活性劑相互作用較強(qiáng)，可以提高餐洗劑對(duì)油脂的乳化、降低陰離子表面活性劑的刺激性、增強(qiáng)泡沫的穩(wěn)定性。在餐洗劑中甜菜堿具有與氧化胺相似的功效。這些非離子和兩性離子表面活性劑可以與其他表面活性劑均具有好的相容性，并且耐酸耐堿、抗硬水。

餐洗劑通常被直接應(yīng)用于餐具或者海綿、刷子上，或者在溫水（40～50℃）中稀釋后使用。但是在一些情況下，水溫可能比較低（20℃左右）。根據(jù)餐洗劑中表面活性劑濃度的不同，餐洗劑的使用濃度一般在0.04%～0.4%。對(duì)于烘焙、油炸和燒烤等產(chǎn)生的較難清洗的污垢，通常需要將餐具浸泡在0.2%～0.7%的餐洗劑溶液中10～20min，以便污垢的去除。餐具的材質(zhì)不同，表面能就不同，進(jìn)而也會(huì)影響污垢的去除。由于污垢在高溫烘焙或烹飪過程中可能轉(zhuǎn)變成更加頑固的污漬，好的餐洗劑應(yīng)該能夠去除它們及它們的衍生污漬。

雖然清洗能力是餐洗劑最主要的指標(biāo)，但是發(fā)泡、生物降解性、刺激性也是影響餐洗劑質(zhì)量和消費(fèi)者認(rèn)可度的重要因素。除了客觀的科學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)之外，餐洗劑也必須接受消費(fèi)者的主觀評(píng)價(jià)。目前，已有一整套評(píng)價(jià)體系和標(biāo)準(zhǔn)用來衡量餐洗劑的清洗效果。洗滌劑去除污垢或污漬的質(zhì)量或能力通常稱之為清洗效能。通常以一定濃度餐洗劑溶液可以清洗的盤子數(shù)量來評(píng)價(jià)配方的清洗能力。盤子上涂的污垢分為普通和低脂肪污垢，由牛油、棕櫚油、人造奶油、黃油、豬油、葵花籽油、橄欖油、脫脂牛奶、面粉和水混合而成。以干物質(zhì)計(jì)，低脂肪污垢含有20%脂肪，60%碳水化合物和20%蛋白質(zhì)；而普通污垢含有60%脂肪，30%碳水化合物和10%蛋白質(zhì)。除了洗盤子法之外，清洗能力還可以通過Baumgartner法或者寶潔公司的方法進(jìn)行。

泡沫是一種將氣體分散于液體之中的分散體系。泡沫性能雖然與餐洗劑的清洗能力并無太大關(guān)系，但是依然是重要的。因?yàn)橄M(fèi)者通常認(rèn)為泡沫低，清洗能力就差。所以，幾乎所有的餐洗劑生產(chǎn)商都會(huì)努力使自己的產(chǎn)品泡沫豐富而穩(wěn)定。評(píng)價(jià)泡沫性能可以通過Ross–Miles法進(jìn)行，也可以通過量筒震蕩法或鼓泡法。

生物降解性是洗滌劑配方設(shè)計(jì)不得不考慮的問題。表面活性劑及其配方的生物降解主要通過微生物的新陳代謝完成。將表面活性劑降解，轉(zhuǎn)變?yōu)闆]有表面活性的物質(zhì)是第一步，稱之為初級(jí)降解。將表面活性劑分解成二氧化碳、水、甲烷、礦物鹽和生物質(zhì)等小分子則是完全降解。生物降解度主要根據(jù)有機(jī)物在有氧環(huán)境下降解28天后的生物耗氧量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

手工洗滌往往使皮膚暴露于潛在的刺激之中。玉米蛋白實(shí)驗(yàn)是用來評(píng)價(jià)表面活性劑或洗滌劑對(duì)皮膚刺激性的九個(gè)推薦方法之一。餐洗劑對(duì)皮膚的刺激性與其增溶的玉米蛋白數(shù)是相關(guān)的。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得表面活性劑增溶的玉米蛋白數(shù)。對(duì)于液體洗滌劑，玉米蛋白數(shù)應(yīng)小于200；對(duì)于香波、沐浴露等個(gè)人護(hù)理用品，玉米蛋白數(shù)應(yīng)小于165。

為了篩選合適的表面活性劑配制餐洗劑配方，本文通過對(duì)表面張力、cmc、清洗餐盤測(cè)試、生物降解、刺激評(píng)價(jià)等手段著重研究了一下兩性離子表面活性劑（CAB）和非離子表面活性劑[DEA, AO和脂肪醇聚氧乙烯醚(C12–C15–7EO, C10–7EO和C9–C11–7EO)] 對(duì)二元陰離子餐洗配方的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料

液體餐洗劑配方中的所有原料均來源于工業(yè)產(chǎn)品，未進(jìn)行任何后期處理，完全模擬了液體餐洗劑的生產(chǎn)。陰離子表面活性劑：C12-C14醇聚氧乙烯醚、硫酸酯鈉鹽（SLES，活性物含量70%，意大利沙索化學(xué)公司，商品號(hào)Cosmacol AES-70-2-24）、C14–C16α-烯烴磺酸鈉（AOS，活性物含量90%，瑞士克萊恩公司，商品號(hào)Hostapur OSB）。兩性離子表面活性劑：椰油酰胺丙基甜菜堿（CAB，活性物含量30%，Huntsman, USA，商品號(hào)Empigen BS/FA）。非離子表面活性劑：椰油二乙醇酰胺（DEA，活性物含量85%，Huntsman，USA，商品號(hào)Empilan 2502）、月桂基氧化胺（AO，活性物含量30%，Huntsman, USA，商品號(hào)Empilan OB）、C12-C15聚氧乙烯醚（C12–C15–7EO，活性物含量100%，意大利沙索化學(xué)公司，商品號(hào)Slovasol 257）、C10吉爾伯特醇聚氧乙烯醚（C10–7EO，活性物含量100%，德國(guó)巴斯夫公司，商品號(hào)Lutensol XP 70）、C9–C11醇聚氧乙烯醚（C9–C11–7EO，活性物含量100%，德國(guó)巴斯夫公司，商品號(hào)Lutensol ON 70）。氯化銨（NH4Cl）、磷酸氫鉀（K2HPO4）、硫酸鎂 （MgSO4）、氯化鉀（KCl）和硫酸亞鐵（FeSO4）均購(gòu)自Sigma-Aldrich，分析純級(jí)。玉米蛋白來自于美國(guó)Sigma公司，商品號(hào)Z3625。

將不同的表面活性劑按照表1中配方1～6所示的比例稱量于100mL的容量瓶中，然后加入去離子水稀釋到特定濃度。所有配方中表面活性劑的總含量為10%。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 電導(dǎo)率測(cè)量

利用數(shù)字電導(dǎo)率儀SensION 5（Hach，USA，精度±0.5%，51975電極）分別測(cè)定表面活性劑混合體系的電導(dǎo)率。每一個(gè)濃度平行測(cè)量三次，取平均值。通過電導(dǎo)率對(duì)濃度作圖獲得體系的臨界膠束濃度（cmc）。

2.2 表面張力的測(cè)量

利用滴重計(jì)（Traube stalagmometer，Neubert-Glass，BN-0330-10-208）分別測(cè)定各個(gè)配方在23℃和洗盤子實(shí)驗(yàn)的溫度（17℃和42℃）下的表面張力。每一個(gè)濃度平行測(cè)量三次，取平均值。

2.3 泡沫性能評(píng)價(jià)

通過泡沫的體積大小評(píng)價(jià)配方的泡沫性能。配置0.4%餐洗劑的水溶液5L，轉(zhuǎn)入一容器內(nèi)。將盛有餐洗劑溶液的容器置于一高處，使下端的出液口正對(duì)水池中央，距離保持在1m，然后使0.4餐洗劑溶液自由流出，測(cè)量所產(chǎn)生的泡沫體積大小。

2.4 清洗性能評(píng)價(jià)（洗盤子實(shí)驗(yàn)）

將各個(gè)配方分別在17℃（低溫清洗）和42℃（高溫清洗）用硬水(16±1odH)配制成4g/L的稀釋液，用于洗盤子實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用的盤子在涂污垢之前先在洗碗機(jī)中以低堿的普通模式（60℃）清洗干凈。涂有低脂肪污垢的盤子的污垢含量是7g/盤，涂有普通污垢的盤子的污垢含量是5g/盤。整個(gè)清洗過程由兩個(gè)訓(xùn)練有素的熟練操作工完成。采用塑料清洗刷在盤子上進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)的方式清洗盤子：正面清洗10s，20個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)；背面3s，6個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)；去除泡沫15s。當(dāng)清洗池中的泡沫永久消失即可停止，統(tǒng)計(jì)所清洗的盤子數(shù)目。每一個(gè)配方重復(fù)洗盤子實(shí)驗(yàn)5次，洗盤數(shù)為5次實(shí)驗(yàn)的平均值。

2.5 生物降解性評(píng)價(jià)（Closed Bottle Test）

采用SRPS EN ISO 10707:2009標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)液體餐洗劑的最終生物降解度進(jìn)行評(píng)價(jià)。微生物樣本取自塞爾維亞貝爾格萊德的薩瓦河。用于制備培養(yǎng)基液的水介質(zhì)為中性pH（7.2），并且含有一些礦物質(zhì)（2.75g/L NH4Cl，1.0g/L K2HPO4，0.252g/L MgSO4，0.32g/L KCl和0.0018g/L FeSO4）和微量營(yíng)養(yǎng)物以供養(yǎng)細(xì)菌。

將配方1-6分別加入到微生物培養(yǎng)基中，控制濃度為100m/L。然后，每一個(gè)樣品中加入1mL 15g/L的有氧微生物懸浮液。將盛放樣品的深色樣品瓶放置于25℃的恒溫水浴槽（Velp Scientifica FOC 120E，Italy）中。每5天利用Sensor System 6（Velp Scientifica，Italy）測(cè)量樣品的生物耗氧量一次，總的生物降解時(shí)間為28天。

2.6 刺激性評(píng)價(jià)（玉米蛋白測(cè)試）

表1 測(cè)試配方組成

在玉米蛋白測(cè)試中，將1g蛋白溶于10g/L的液體餐洗劑配方樣品中，然后通過Kjejdal分析法測(cè)量被溶解的蛋白數(shù)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果以每100mL樣品中溶解玉米蛋白毫克數(shù)計(jì)。

3 結(jié)果與討論

通過對(duì)不同濃度表面活性劑溶液電導(dǎo)率的測(cè)量，可以發(fā)現(xiàn)：溶液電導(dǎo)率—濃度的關(guān)系曲線由兩部分組成：在表面活性劑濃度較低時(shí)，溶液的電導(dǎo)率隨著濃度的增加以線性形式快速增大；當(dāng)濃度達(dá)到某一臨界值后，電導(dǎo)率隨濃度的增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯放緩。每一個(gè)樣品的電導(dǎo)率—濃度的關(guān)系都只有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。通常將轉(zhuǎn)折點(diǎn)前后的數(shù)據(jù)點(diǎn)分別進(jìn)行線性擬合，兩條擬合直線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的濃度即為該配方表面活性劑的臨界膠束濃度cmc。

除了上述這種傳統(tǒng)的處理方法（William's method）之外，為了提升cmc的精確度，也采用了Carpena等人的處理方法。利用OriginPro 9.0（OriginLab Corporation，US）將所獲得的原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合成一個(gè)簡(jiǎn)單的Boltzmann型非線性方程，從而獲得其cmc。通過這種方法獲得的cmc數(shù)值和1%水溶液的表面張力數(shù)值見表2。

從表2的結(jié)果可以看出：兩性離子和非離子表面活性劑的加入對(duì)于降低SLES/AOS陰離子表面活性劑配方1的cmc是比較有利的。相對(duì)于兩性離子或其它類型的非離子表面活性劑（配方2、3），脂肪醇聚氧乙烯醚類的非離子表面活性劑可以更加顯著降低配方的cmc（配方4～6）。

SLES/AOS配方的表面張力在23℃時(shí)高達(dá)35.3mN/m，明顯高于其他表面活性劑混合物配方的表面張力，這可能與后者較低的極性電荷有關(guān)。相較于SLES/AOS配方，兩性離子和非離子表面活性劑的加入可以進(jìn)一步降低配方的表面張力，表明陰離子和非離子表面活性劑之間可能形成了混合膠束。

表2 23.0℃下，不同表面活性劑配方的臨界膠束濃度和表面張力

圖1展現(xiàn)了各個(gè)配方體系在不同測(cè)試溫度下的表面張力。由于所有配方即使在17℃也是完全水溶的，并且所使用的濃度也遠(yuǎn)大于它們的cmc。因此，可以發(fā)現(xiàn)：同一個(gè)配方在不同溫度下的表面張力值相差較小，均小于5%。然而，不同配方在同一溫度下的表面張力值相差較大。通常，含有脂肪醇聚氧乙烯醚非離子表面活性劑的配方的表面張力值較小，而不含脂肪醇聚氧乙烯醚非離子表面活性劑的配方的表面張力值較大。相對(duì)于配方1（SLES/AOS），配方6（SLES/AOS/C9–C11–7EO/AO）在低溫清洗（17℃）和正常清洗（42℃）條件下的表面張力分別低55%和57%。在所有陰離子-非離子配方中，配方3（SLES/AOS/DEA/AO）在低溫清洗（17℃）條件下的表面張力最高，配方6（SLES/AOS/C9–C11–7EO/AO）則要比其低大約26.6%，而在23℃和正常清洗（42℃）條件下，配方6的表面張力比配方3分別低27.2%和28.9%。顯而易見，脂肪醇聚氧乙烯醚非離子表面活性劑的引入在表面活性劑配方中產(chǎn)生了非常明顯的協(xié)同效應(yīng)。

3.1 清洗效果評(píng)價(jià)

不同液體餐洗劑配方在低溫和正常溫度下的清洗效果評(píng)價(jià)結(jié)果見表3和圖2。

圖1 測(cè)試溫度下，不同配方下標(biāo)的表面張力

圖2 17℃和42℃下，不同配方對(duì)普通污垢和低脂肪污垢的清潔性能

表3 42℃，不同配方的清潔性能

待測(cè)污垢（普通污垢和低脂肪污垢）從盤子表面的物理去除主要取決于表面活性劑在界面的非特性吸附和在極性固體污垢顆粒表面的特性吸附。吸附導(dǎo)致污垢表面電荷增多，呈現(xiàn)出更多的電負(fù)性，同時(shí)也導(dǎo)致了吸附層中擴(kuò)張壓力的增大。隨之，分離壓開始顯現(xiàn)，最終污垢顆粒被從盤子表面去除。對(duì)于洗碗過程中最主要的清洗問題，油性污垢，通過表面活性劑的吸附降低界面張力可以將油性污垢卷起，使其脫離盤子，達(dá)到清洗的目的。在42℃下，配方6（SLES/AOS/C9-C11-7E/AO）表現(xiàn)出了最好的清洗效果。這可能主要?dú)w因于其較低的表面張力（22.8mN/m）和最小的cmc。

表面活性劑配方對(duì)污垢的清洗效果主要取決于親水基與疏水基的相互作用。對(duì)于單一的表面活性劑而言，它的主要性能：膠束的形成和界面吸附主要取決于疏水鏈的長(zhǎng)短。然而，對(duì)于餐洗劑的實(shí)際應(yīng)用，單一表面活性劑很難達(dá)到要求，故混合表面活性劑的性能就變得更加重要。通常，當(dāng)表面活性劑之間產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)后往往能產(chǎn)生更好的清洗效果，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于相同濃度下的單一表面活性劑。從前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：陰離子與非離子表面活性劑復(fù)配后顯著降低了混合體系的cmc。這是因?yàn)樵诨旌夏z束中，離子表面活性劑的極性頭基之間的距離遠(yuǎn)大于單一膠束中極性頭基之間的距離，因此，離子型表面活性劑頭基之間的靜電排斥大大降低。除了降低cmc外，這種協(xié)同效應(yīng)也體現(xiàn)在界面吸附性能上，從而導(dǎo)致了最佳的潤(rùn)濕行為、油污的卷起、乳化以及總的清洗效果。潤(rùn)濕是將油污從盤子表面分離的主要驅(qū)動(dòng)力。因?yàn)楫?dāng)液體在固體表面的潤(rùn)濕達(dá)到最佳時(shí)，它將趨向于在盤子表面鋪展。從表3中的數(shù)據(jù)可知：相同表面活性劑濃度下，無論是普通污垢還是低脂肪污垢，陰離子-非離子混合配方比二元陰離子配方所清洗的盤子數(shù)量要多50%左右。這充分說明陰離子與非離子表面活性劑之間具有較好的協(xié)同效應(yīng)。

圖2綜合比較了每一種配方在低溫清洗（17℃）和正常清洗（42℃）條件下分別對(duì)普通污垢和低脂肪污垢的清洗效果。

在低溫清洗（17℃）條件下，配方6（SLES/AOS/C9-C11-7E/AO）對(duì)普通污垢和低脂肪污垢的清洗效果是所有配方中最好的。配方6（SLES/AOS/C9-C11-7E/AO）清洗的普通污垢的盤子數(shù)為23個(gè)，而配方1（SLES/AOS）僅為12個(gè)，剛剛達(dá)到前者的一半。在不含脂肪醇聚氧乙烯醚的配方中，配方3（SLES/AOS/DEA/AO）表現(xiàn)出了最好的清洗效果。但是相對(duì)于配方6，所能清洗的盤子數(shù)要少40%以上。對(duì)比不同溫度下的清洗效果，可以發(fā)現(xiàn)：含脂肪醇聚氧乙烯醚的配方與不含脂肪醇聚氧乙烯醚的配方同樣差異顯著。含脂肪醇聚氧乙烯醚的配方在正常清洗（42℃）條件下清洗的盤子數(shù)量與在低溫清洗（17℃）條件下清洗的數(shù)量基本相近，不論是普通污垢還是低脂肪污垢。配方6在17℃和42℃下所清洗的盤子數(shù)相差不足10%，而配方1在42℃下所清洗的盤子數(shù)較17℃下所清洗的盤子數(shù)則增加了50%。這說明：含脂肪醇聚氧乙烯醚的配方即使在低溫下也是非常有效的。換言之，配方4～6適用于低溫清洗。另一方面，相對(duì)于低溫清洗，所有配方在較高的溫度（42℃）下均表現(xiàn)出了更好的清洗效果。這主要是因?yàn)樵?2℃時(shí)，污垢中油性組分是半液體狀的，而在17℃時(shí)為固體。半液體狀使它更容易從盤子表面卷起、增溶或乳化。

3.2 泡沫性能

圖3是各個(gè)配方在42℃下的發(fā)泡高度。從中可以看出：兩種具有優(yōu)良發(fā)泡性能的陰離子表面活性劑復(fù)配形成的二元配方1卻展現(xiàn)出了最小的泡沫高度。當(dāng)將兩性離子表面活性劑CAB和非離子表面活性劑引入后，配方的發(fā)泡性能有了明顯改善。配方6的泡沫高度比配方1高13%，比配方2高8%，比配方3高5%，而配方4～6（均含有脂肪醇聚氧乙烯醚）的泡沫高度相差無幾（<4%）。顯然，將甜菜堿和非離子表面活性劑作為第二種表面活性劑與陰離子表面活性劑一起使用，可以通過協(xié)同效應(yīng)改善配方的發(fā)泡性能。此外，在配方2～6中均含有氧化胺，這是一種泡沫穩(wěn)定劑。不僅可以發(fā)泡而且可以通過減少排液穩(wěn)定泡沫。雖然甜菜堿CAB、椰油二乙醇酰胺和脂肪醇聚氧乙烯醚的添加量是相等的，且濃度較低的，但是他們并沒有影響配方的泡沫高度。脂肪醇聚氧乙烯醚的加入甚至極大地改善了泡沫的穩(wěn)定性。圖3中泡沫高度的數(shù)據(jù)與表2中cmc數(shù)據(jù)是密切相關(guān)的，CMC越小，發(fā)泡性能越好。

圖3 各配方泡沫高度

圖4 清洗配方的生物降解性

圖5 各配方的玉米蛋白數(shù)量

3.3 生物降解性能

圖4是餐洗劑配方在28天后的生物降解度。從中可以看出，配方1是極易生物降解的，28天后的生物降解度達(dá)到了95%。考慮到配方1中所用的兩種陰離子表面活性劑SLES和AOS，這一結(jié)果也是預(yù)料之中的。相較而言，含有兩性離子和非離子表面活性劑的配方2～6在28天后的生物降解度均達(dá)到了86%之上。此外，含有脂肪醇聚氧乙烯醚的配方4～6具有幾乎相同的生物降解度，與配方2和3也是非常接近的。

根據(jù)歐盟的相關(guān)法規(guī)以及塞爾維亞法規(guī)，通過28天的有氧生物降解，餐洗劑中的表面活性劑必須60%以上可以轉(zhuǎn)化成二氧化碳、礦物鹽和水。由此看來，本文所設(shè)計(jì)的6個(gè)配方都是可生物降解的，完全符合法規(guī)要求的，可以認(rèn)為是環(huán)境安全的，不會(huì)對(duì)地表水和土壤產(chǎn)生污染。因此，表現(xiàn)出較好清洗效果的含脂肪醇聚氧乙烯醚配方是完全可以進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的。

3.4 刺激性

在餐洗劑配方設(shè)計(jì)中，兩性離子和非離子表面活性劑（比如甜菜堿、椰油二乙醇酰胺）以及蘆薈、甘菊、薰衣草和其他藥草提取物通常會(huì)被用來降低配方的刺激性。由圖5可知，所有配方的玉米蛋白數(shù)均低于200，其中配方2（SLES/AOS/CAB/AO）的玉米蛋白數(shù)最小。這可能是由于配方中所使用的兩性離子表面活性劑CAB相較于其他表面活性劑具有較低的刺激所致。正如非離子表面活性劑氧化胺一樣，雖然CAB的濃度很低，但卻可以減緩陰離子表面活性劑的刺激性。嚴(yán)格來講，配方2（SLES/AOS/CAB/AO）和3（SLES/AOS/DEA/AO）以及配方4～6（含脂肪醇聚氧乙烯醚）的玉米蛋白數(shù)并沒有特別顯著的差異。這是因?yàn)榕浞街袧舛容^大的SLES的玉米蛋白數(shù)較高，而所添加的CAB的濃度較小，無法有效降低配方2的玉米蛋白數(shù)。對(duì)于配方4～6（含脂肪醇聚氧乙烯醚），刺激性主要來源于配方中高濃度的SLES。將各個(gè)配方的玉米蛋白數(shù)與液體餐洗劑的推薦指標(biāo)對(duì)比，對(duì)消費(fèi)者的手部皮膚而言，所有配方均是無刺激的，可以認(rèn)為是非常安全的。盡管如此，當(dāng)前的配方較高的玉米蛋白數(shù)使得其依然不夠溫和。

表4 Investigated liquid surfactant mixtures for cleaning of hard surfaces

4 結(jié)論

本文通過向二元陰離子表面活性劑復(fù)配體系中引入兩性離子和非離子表面活性劑或非離子表面活性劑設(shè)計(jì)了液體餐洗劑配方，并系統(tǒng)評(píng)價(jià)了這些配方的性能（包括cmc，表面張力、清洗效果、發(fā)泡、生物降解和刺激性）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：兩性離子和非離子表面活性劑對(duì)二元陰離子表面活性劑配方的性能具有非常顯著的影響。通過添加其他類型表面活性劑改善表面活性劑復(fù)配體系的性能在硬表面餐洗劑配方設(shè)計(jì)也有發(fā)現(xiàn)（表4）。

本文所設(shè)計(jì)的6個(gè)表面活性劑配方在清洗效果和發(fā)泡性能上均明顯優(yōu)于其中任意一種單一表面活性劑。不同表面活性劑之間的協(xié)同效應(yīng)雖然取決于配方的組成和各個(gè)組成的濃度，但其根本上是由于混合膠束的形成，從而導(dǎo)致了表面活性劑復(fù)合配方的表面張力和cmc的降低。

非離子表面活性劑對(duì)二元陰離子表面活性劑配方（SLES/AOS）的性能影響是最為顯著的。從表4所列的硬表面餐洗劑配方中表面活性劑的協(xié)同效應(yīng)同樣也存在于本文所研究的陰離子-兩性離子-非離子表面活性劑（SLES/AOS/CAB/AO）和陰離子-非離子表面活性劑（SLES/AOS/DEA/AO，SLES/AOS/C12–C15–7EO/AO，SLES/AOS/C10–7EO/AO和SLES/AOS/C9–C11–7EO/AO）的液體餐洗劑配方中。在這些四組分的餐洗劑配方中，CMC和表面張力以及清洗效果之間存在著非常明顯的關(guān)聯(lián)，特別是SLES/AOS/ethoxylated alcohols/AO（配方4～6）。cmc越小，所表現(xiàn)出的清洗效果越好。即使所添加的脂肪醇聚氧乙烯醚非常少，效果也是一樣的。這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用是非常重要的。較低的餐洗劑使用濃度意味著較低的成本和價(jià)格，也意味著較少的環(huán)境問題。雖然脂肪醇聚氧乙烯醚的加入明顯改善了二元陰離子表面活性劑餐洗劑配方（SLES/AOS）的泡沫、去污和清洗應(yīng)用，但是，對(duì)于起始配方的生物降解性和刺激性卻影響較小。綜合比較可以確認(rèn)配方6 (SLES/AOS/C9–C11–7EO/AO)是最佳的，無刺激，清洗能力強(qiáng)，發(fā)泡性好。從實(shí)際應(yīng)用的角度分析，無論低溫清洗（17℃）還是正常清洗（42℃），陰離子-非離子表面活性劑的餐洗劑配方（SLES/AOS/ethoxylated alcohols/AO）都是更好的。