APG复配体系在天然皂粉中的应用研究

2022-01-01吴晓圆

中国洗涤用品工业 2022年11期

何成吴晓圆刘英张蕾

纳爱斯浙江科技有限公司，浙江杭州，310051

随着人们生活水平的不断提高，消费者对洗涤产品的要求越来越高，不仅需要洗净力强，还要溶解快、绿色环保、温和无刺激、白度保持好等。洗涤用品逐渐向多功能化、专用化、安全化趋势发展[1-4]。天然皂粉作为洗衣粉的升级产品，原料选用可再生资源表面活性剂，对皮肤的刺激性低，天然绿色环保，深受消费者的青睐[5]。皂粉的工业发展使洗衣粉原料从石油化工方向向天然环保方向转移[6]。但作为皂粉主要原料的脂肪酸盐，其Krafft点（临界溶解温度）高，导致生产的皂粉溶解性较差，其泡沫性能、去污力均有所下降[7]。

APG常由葡萄糖与脂肪醇在酸性催化剂条件下缩合而成，有非离子和阴离子表面活性剂的共同特点，具有表面张力低、配伍性能强、泡沫细腻丰富、耐强酸强碱及较强抗盐性等诸多优点，同时可缓解其他物质对人体的刺激，毒性极低，能迅速被生物降解，对环境污染小。将APG应用到皂粉配方中，不仅可以解决皂粉溶解性不好的问题，而且可以大大提高皂粉去污力和泡沫细腻度，也可减小皂粉对皮肤的刺激性。本文将APG与其他表面活性剂复配加入皂粉配方中，对复配体系的皂粉在溶解性、去污性、泡沫性能及皮肤刺激性等方面进行了评价。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

APG，上海发凯化工有限公司；皂基，纳爱斯集团有限公司；LAS，上海金帝股份有限公司；AES，巴斯夫（中国）有限公司；国标洗衣粉，中国日用化学工业研究院；炭黑污布、蛋白污布、皮脂污布，中国日用化学工业研究院。

NZ94-2152罗氏泡沫仪，北京中西远大科技有限公司；SYG-512Y罗氏泡沫仪专用水浴锅，上海隆拓仪器设备有限公司；S312-250H高速搅拌器，上海申生科技有限公司；BS224S电子天平，塞多利斯科学仪器（北京）有限公司；立式去污机，中国日用化学工业研究院；CM-700d色差仪，日本柯尼卡美能达公司；电热恒温鼓风干燥箱、真空干燥箱，上海一恒公司。

1.2 皂粉制备

将APG、LAS、AES、皂基及洗衣粉中其他常规组分预混均匀，温度约70 ℃，老化半小时后于105 ℃条件下烘干、粉碎，再适当加入功能型小料混合均匀制成皂粉样品。

1.3 溶解性检测

称取待测样品4.000 g，在500 ml的250 ppm硬水（按GB/T 6367—2012[8]中规定硬水制备方法配置，下同）条件下搅拌溶解，溶解温度分别为10 ℃和30 ℃，搅拌速度1 200 转/min，搅拌时间60 s，再放入预先恒重好的筛网过滤，将过滤后的筛网放入105 ℃烘箱中烘干，再测其重量。未溶物计算公式见式1。

式中：M1代表干燥未溶物与筛网总质量，单位为g；M2代表干燥空筛网质量，单位为g；M代表取样质量，单位为g。

1.4 泡沫力检测

参照GB/T 13173—2021[9]中洗涤剂发泡力的测定（Ross-Miles法）方法。在40 ℃条件下，利用罗氏泡沫仪，测试质量浓度为2.5 g/L（150 ppm硬水溶解）样品溶液泡沫量，在不同时间记录泡沫高度。

1.5 去污力测试

按照GB/T 13174—2021[10]测试。在温度为30 ℃、搅拌转数为120 转/min，洗涤时间为20 min条件下，利用立式去污机，测试质量浓度为2 g/L（250 ppm硬水溶解）样品溶液去除不同污渍的能力。以国标洗衣粉作为参照，通过洗涤污布前后的白度差值的比值判定去污效果。

1.6 皮肤刺激性检测

参照Duhring Chamber Test等[11-13]相关实验方法对人体前腕屈曲侧部进行涂抹实验，样品浓度0.2%。取1 ml待测液涂敷于一侧皮肤，另一侧皮肤作为对照，1 h后用温水清洗干净。记录皮肤表面情况及受试者反应。

2 结果与分析

2.1 溶解性

天然皂粉以皂基为主表面活性剂，绿色环保，低泡易漂。皂基属于高级脂肪酸的钠盐，具有较高Krafft点（临界溶解温度），低温溶解性较差。故皂粉配方中会添加表面活性剂与皂基复配提高皂粉的溶解性，按照1.2所示方法制成不同皂粉样品，制样后按1.3所示方法在不同温度下测试溶解性，结果如表1所示。单一表面活性剂表现一般，APG相对较好，LAS最差；复配后皂粉溶解性提升明显，其中APG和AES复配后（A6）对皂基的增溶效果最好，未溶物明显低于其他组合；而APG与LAS复配后（A5）增溶效果不理想，未溶物较单AES体系（A3）和单APG（A4）体系差。为得到一种溶解性好的皂粉，后续LAS复配体系不再研究。

表1 APG复配体系的溶解性

APG是由葡萄糖与脂肪醇在酸性条件下缩合的产物，其结构式如图1，APG的加入增加了皂粉的溶解性，分析原因可能是烷基糖苷中的羟基亲水基团的存在，本身有较高的HLB值，同时具有较好的增溶作用。

图1 烷基糖苷结构式

2.2 去污力

APG与AES复配显著提高了皂粉的溶解性，在此基础上细化APG与AES配比，按照表2进行去污力测试。APG、AES复配体系与脂肪酸钠（皂基）具有协同作用，皂粉去污力提升。AES去污力较APG稍强，综合溶解性、绿色低碳、配方成本等因素，A7、A8配比更佳。

表2 APG与AES配比对去污力的影响

洗涤剂去污的过程是通过削弱或者消除基质与污垢之间的作用力完成的，使污垢与基质的结合转变成为污垢与洗涤剂的结合，去污过程如图2所示。洗涤剂在水中发生溶解后活性物质在基质和污垢上发生定向排列，待基质和污垢被完全渗透后这些活性物质会扩散到基质与污垢的接触面，形成单分子层包裹住污垢，机械外力作用时污垢脱落。

图2 洗涤剂洗涤过程

2.3 泡沫

泡沫是由薄的液膜隔开和并列的气泡形成的气泡群，是一种气体在液体中以大体积比分散的分散体。在皂粉配方开发中，泡沫是衡量皂粉性能的重要指标。对2.1、2.2中A1、A3、A4、A7、A8配方按1.4方法进行泡沫测试，见图3。皂基在硬水条件下容易形成皂垢，起泡性差，泡沫维持度低，与表面活性剂复配后起泡性明显提高。AES泡沫较APG高，不过消泡慢，相对难漂清。A7、A8配方起泡、消泡性能都较好，A8相对更好。APG作为非离子表面活性剂可降低体系表面张力，起到很好的乳化、增溶作用，与AES复配易消泡，在漂洗环节更占优势。

图3 不同时间下皂粉的起泡性能

2.4 皮肤刺激性

洗涤剂的皮肤刺激性是一种复杂的现象，可能涉及一些活性物质如表面活性剂的运动扩散、蛋白质和氨基酸溶出、脂类溶出等多种因素，反映了配方原料与皮肤接触后的影响程度。皂粉表面活性剂以天然来源的皂基为主，对皮肤的刺激性低。APG作为新型的玉米淀粉来源的非离子型表面活性剂，同样具有极低的刺激性且能与皂基很好配伍，两者协同可以降低皂粉对皮肤的刺激性。表3为皮肤刺激性评价表。通过对7个志愿者主观感受的分数统计，表征皂粉的刺激程度。结果表明，添加APG的皂粉A4、A7、A8刺激性低于A2、A3，与纯皂基配方A1相当，属于无刺激范围。添加了APG的皂粉刺激性降低。