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起泡和去污的关键成分——表面活性剂

来源:KONO护发 浏览 141 次 发布时间:2022-03-15

我们对自己日常使用的起泡清洁用品的了解有多少呢?我们是否有过疑惑:洗护用品中泡沫的作用究竟是什么?为什么我们倾向于选择泡沫丰富的产品?


那么,泡沫丰富和清洁力好是一回事吗?


带着这些好奇,我们将走进KONO研发室,进一步探究泡沫的奥秘:①通过对泡沫性能的测定,选择合适的表活搭配来进行开发;②进行表活剂去污能力的判定解答泡沫性能与去污能力的关系问题。


通过探究,我们在评估一款起泡清洁剂的时候,就有了明确且科学的指标和方向,学会判断泡沫性能的好坏,学会评估产品去污能力的强弱,从而更好地选择和使用洗护产品。


在探究泡沫性能的测定之前,我们先要了解,起泡和去污的关键成分——表面活性剂。


什么是表面活性剂?


表面活性剂是指在其分子中至少含有一个显著极性表面具有亲和性的基团(以保证它在大多数情况下的水溶性)和一个对谁几乎没有亲和性的非极性基团的化合物。常用的表面活性剂有离子型表面活性剂(包括阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂)、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂。


表活剂对一款起泡清洁剂来说,是关键成分,如何筛选出性能好的表活剂,我们从泡沫性能和脱脂力两个维度进行评估。其中,泡沫性能的测定包括起泡性能和稳泡性能两个指标。


泡沫性能测定


关于泡沫,我们关心什么?


无非是,起泡快吗?泡沫多吗?泡沫持久吗?


这些问题我们将在对原料的测定和筛选中找到答案


我们检测的主要方法是利用现有设备,按照国家标准测试方法——Ross-Miles法(罗氏泡沫测定法)对实验室常用的31款表面活性剂进行发泡力、稳泡力进行研究、测定和筛选。


测试对象:31种实验室常用表面活性剂


测试项目:不同表活剂的起泡力、稳泡力


测试方法:罗氏泡沫测定仪;控制变量法(同等浓度溶液,恒定温度);对比排序


数据处理:记录不同时间段的泡沫高度;


起始0min的泡沫高度即为该表活的发泡力,高度越高,则表示其起泡力越强;稳泡力用5min、10min、30min、45min、60min泡沫高度作曲线图形式呈现其规律;泡沫维持时间越长,表示其稳泡力越强。


经过测试和记录,其数据表现为下图:

通过对比和排序,我们很快就能筛选出起泡能力好的表活剂,同时也能得到表活剂的起泡规律:(ps:由于相同原料出于不同厂商,其泡沫性能也存在差异,此处用不同大写字母代表不同的原料厂商)


①表面活性剂中起泡能力最强的为月桂酰基谷氨酸钠,发泡能力最弱的是月桂醇磺基琥珀酸酯二钠;


②多数硫酸盐类表面活性剂、两性表面活性剂以及非离子表面活性剂稳泡能力较强,氨基酸表面活性剂稳泡能力普遍较弱,若要开发氨基酸类表面活性剂产品,可以考虑搭配较强发泡以及稳泡能力的两性或者非离子表面活性剂使用。


同一表活剂的起泡力和稳泡力示意图:

月桂酰谷氨酸钠

月桂醇硫酸酯铵


相同表活剂其起泡性能与稳泡性能并不存在相关性,起泡性能好的表活剂,其稳泡性能也未必好。


不同表活剂稳泡力对比图:

Ps:相对变化率=(0min时泡沫高度-60min时泡沫高度)/0min时泡沫高度


评估标准:相对变化率值越大,稳泡能力越弱


通过稳泡力图表分析,可以得出:


①表面活性剂中稳泡能力最强的是椰油酰两性基二乙酸二钠,稳泡能力最弱的是月桂基羟基磺基甜菜碱(泡沫快速消失);


②月桂醇硫酸盐类表面活性剂稳泡能力普遍良好,氨基酸类阴离子表面剂稳泡能力普遍较差;


配方设计参考:


由表活剂的起泡性能和稳泡性能的表现可以得出,两者并不存在一定的规律和相关性,也就是说,起泡性能好的表活,稳泡性能不一定好。这就使得我们在筛选表活原料时,就要考虑充分发挥表活剂的最优性能,把多种表活进行合理搭配,从而获得最优的泡沫性能表现。同时搭配脱脂力强的表活剂原料,实现泡沫性能和脱脂力兼具的清洁效果。


脱脂力测试:


目的:筛选出去污能力强的表活剂,通过分析对比,得出泡沫性能与脱脂力之间的关系。


评估标准:我们将表活剂去污前后,膜布的污渍像素进行数据的对比,计算出差值,形成脱脂力指数。指数越高,表明其脱脂力越强。

从上述数据中可以看出,在规定条件下,脱脂力最强的是月桂醇硫酸酯铵,脱脂力最弱的是两款CMEA;


从以上测试数据可以得出结论,表活剂的泡沫性能与其脱脂力并无直接的关联。例如脱脂力最强的月桂醇硫酸酯铵,其泡沫性能并不是最好的。而脱脂力较差的C14-16烯烃磺酸钠,起泡性能却排在前列。


那为什么会出现,头发越油泡沫越少的情况呢?(使用同一洗发水的情况下)。


实际上,这是一种普遍存在的现象。在头发更油腻的情况下洗头,泡沫消减得更快,这是否就说明泡沫性能变差了呢?换种说法,是不是泡沫性能越好,脱脂能力越好?


我们通过实验得出的数据已经知道,决定泡沫量和泡沫持久度的是表活剂自身的泡沫性能,即起泡性能和稳泡性能。表活剂本身的去污能力也不会因泡沫的消减而变弱。这一点在我们做完表活剂的脱脂能力测定时也已经证明,泡沫性能好的表活剂,脱脂力未必好,反之亦然。


另外,我们还可以从泡沫以及表活剂脱脂这两者的工作原理的不同来证明两者不存在直接关联。


表活剂泡沫的作用:


泡沫是表活剂在特定条件下表现出的一种形态,其最主要的作用是赋予清洁过程一种舒适和愉悦的体验感,其次是对于油污的清洁起到辅助作用,使得油污在泡沫的作用下不易再次沉降,更容易被清洗冲刷掉。


表活剂起泡原理以及脱脂原理:


表面活性剂的清洁能力来自于它降低油-水界面张力(脱脂)的能力,而不是降低水-空气界面张力(起泡)的能力。


我们在文章开头介绍过,表面活性剂是一种两亲的分子,一头亲水一头亲油。因此,低浓度时表面活性剂倾向于留在水的表面,亲油(厌水)的一头朝外,首先布满水面,也就是水-空气界面,所以会降低这个界面的张力。

但是当浓度超过一个点时,表面活性剂会开始抱团,形成胶束,界面张力不再下降,这个浓度叫做临界胶束浓度。

表面活性剂的起泡性好,说明它降低水-空气界面张力的能力很强,界面张力降低的结果是液体容易产生更多的表面(一堆泡泡的总表面积远远大于平静的水面)。


而表面活性剂的去污能力,在于它润湿污渍表面,并将其乳化的能力,也就是“裹住”油污,让它乳化在水中被洗掉。


因此,与表面活性剂的去污能力挂钩的,是其活化油-水界面的能力,而起泡能力只代表了其活化水-空气界面的能力,两者并不完全相关。此外,不起泡的清洁剂同样不少,例如我们平日常用的卸妆液和卸妆油,同样具备很强的去污能力,但是无泡沫产生,显而易见,泡沫与去污不是一回事。


通过对不同表活剂泡沫性能的测定和筛选,我们可以清晰得出泡沫性能优越的表活原料,其次再通过表活剂脱脂力的测定和排序,我们得出去污能力强的表活剂。最后对此进行搭配,充分发挥不同表活剂的优势,,使得表活配方性能更为完整和优越,获得优越的清洁效果和使用体验。另外,我们也从表活剂的工作原理中认识到,泡沫与清洁力无直接关系,这些认知能帮助我们在使用一款洗发水时,有自己的判断和认知,从而选择适合自己的产品。