Dishwashing Detergent – Scientific Approach to Formulation Development

Юрий Столяров, к.т.н. ООО «Амфолит»
There are tense debates about the influence of polymers on the environment in the European Community. The number of plastic containers produced annually continues to maintain a consistently high level and man-made litter has become an integral part of almost any landscape. That is why, the issue of environmental packaging always relevant. Manufacturing plants solve the problem in very different ways.

Жидкие средства для ручной мойки посуды по-прежнему остаются наиболее востребованными на российском рынке среди средств для мытья посуды. Причем, наиболее распространенный способ мытья посуды – это мытьё в проточной воде с помощью поролоновой губки. Несмотря на кажущуюся простоту, этот способ мытья требует очень тщательной проработки рецептуры. В отличие от других известных способов мытья посуды, представленных на рисунке 1, данный способ весьма расточителен с точки зрения эффективности расходования моющего средства и воды. Если при мытье посуды в емкости с моющим раствором, мы используем моющее действие ПАВов на 100%, а их исходная концентрация в растворе влияет только на число вымытых тарелок, то при проточном способе, велика вероятность смыва части ПАВов в канализацию.

 

Рис. 1. Виды моющих средств для посуды.

 

Рассмотрим все аспекты качества ЖМС для ручной мойки посуды на конкретном примере. Предположим, что в нашем распоряжении имеется средство с концентрацией действующих ПАВов 24%. В первую очередь оценим смачивающую способность средства. Предлагаемая ниже методика, основывается на подборе минимальной рабочей концентрации ПАВов, обеспечивающей удержание пленки раствора на гидрофобной поверхности. Для данного теста можно использовать емкость с тефлоновым антипригарным покрытием, обладающим высокой гидрофобностью. Чистая вода не смачивает тефлоновую поверхность и полностью стекает с нее в вертикальном положении. Задача состоит в подборе концентрации ПАВа, при которой пленка в вертикальном положении будет удерживаться без разрывов сплошности хотя бы 5 секунд. Здесь важным фактором является то, что мы оцениваем эффект стекания жидкости с гидрофобной поверхности под действием сил гравитации. Практические тесты показали, что именно этот показатель хорошо коррелирует с обезжиривающим действием ПАВов. Ниже приведена методика оценки смачивающего действия моющего средства с помощью тефлоновой поверхности.

 

Таблица 1. Результаты измерения смачивания некоторых моющих составов:

№ п/п

Торговое название (производитель)

Химическое название

Концентрация ПАВ, %

Действующая концентрация, г/л

1

Рецептура 130319

 

26,5

0,67

2

«FAIRY oxi Сочный лимон» (P&G)

 

прибл 15

1,2

3

«AOS Миндальное молочко» («Нэфис-косметик»)

 

1,6

4

Рецептура 100624

 

9,6

2,2

5

«Миф» (P&G)

 

2,8

6

Help (Альфатехформ)

 

3,0

7

«DOMIX ECO с мятным маслом» («Домикс»)

 

>10

8

Гель для мытья посуды «Уютный дом» («Промхим»)

 

>10

Чистые ПАВы

9

Силиконовый суперсмачиватель Silwet 408 (Momentive)

ПЭГ- трисилоксан

100

0,3

10

Nansa TS 50/F (Huntsman)

Триэтаноламиновая соль АБСК

50

0,7

11

Nansa SS 50 (Huntsman)

Na – соль АБСК

50

0,7

12

Алкиламин SP 50

Алкиламиновая соль

50

0,8

13

Amphoram CP1 MEG (Ceca)

Аминопропионовая к-та

60

0,8

14

Silwet 611 (Momentive)

ПЭГ- трисилоксан

100

0,9

15

Empilan PF 7168 (Huntsman)

ППГ-4 ундецет-7

100

2,3

16

Nansa LSS 480H (Huntsman)

Альфа-олефинсульфонат натрия

80

>10

17

Empicol ESB 70 (Huntsman)

Лауретсульфат натрия

70

>10

18

Empicol TL 40/T (Huntsman)

Триэтаноламин лаурилсульфат

40

>10

19

Empicol LXV/N (Huntsman)

Лаурилсульфат натрия

90

>10

20

Empilan KR 8 (Huntsman)

C9-C11 парет-8

100

>10

 

Методика тестирования моющей способности жидкости для мытья посуды

Введение

Метод основан на определении минимальной действующей концентрации моющего средства. Принято, что для обеспечения моющего действия раствора он должен смачивать гидрофобную поверхность, например тефлоновую. Действующая концентрация моющего раствора зависит от концентрации ПАВов в жидкости для мытья посуды, их химической природы и соотношения. На практике данный метод может использоваться как экспресс-метод для предварительной оценки моющей способности, позволяющей предсказать результаты традиционных методов (тарелочного теста).

Оборудование и материалы

  • Весы электронные технические с абсолютной погрешностью не более 0,01 г в интервале взвешивания от 10 до 100 г.
  • Противень с антипригарным покрытием 34х24х6 см ГОСТ 17151–81 или сковорода с тефлоновым антипригарным покрытием.
  • Стакан химический полипропиленовый 100 мл – 2 шт.
  • Палочка стеклянная.

Проведение испытания

В стакане №1 объемом 100 мл взвешивается навеска моющего средства массой mn. Масса навески зависит от предполагаемой моющей способности и обычно бывает в интервале от 0,2 до 1,0 г. Записывается результат с точностью до 0,01 г. Не обнуляя показания весов, масса содержимого доводится до 100 г дистиллированной водой. Содержимое аккуратно перемешивается стеклянной палочкой до полного растворения навески.

В противень выливается приблизительно 20–30 мл полученного раствора. Стакан возвращается на весы и фиксируется масса содержимого. Вычисляется масса раствора mp-pa, помещенного в противень, как: 100 – масса остатка.

В сухой чистый стакан №2 наливается приблизительно 100 мл воды. Стакан с водой помещается на весы и фиксируется масса стакана с водой mct1.

Затем проводится оценка смачивающей способности раствора, помещенного в противень. Держа противень в горизонтальном положении, покачивающими движениями раствор распределяют по всей горизонтальной поверхности. После этого противень ставят в вертикальное положение и наблюдают поведение пленки раствора. Если сплошная пленка без круговых разрывов и сильного отекания от краев держится в течение 5 секунд, считается, что раствор смачивает тефлоновую поверхность. В этом случае из стакана №2 в противень выливают небольшую порцию воды, объемом около 10 мл. Покачивающими движениями в горизонтальном положении осуществляют перемешивание добавленной порции воды с имеющимся раствором и повторяют процедуру оценки смачивающей способности. Добавление воды продолжается до тех пор, пока раствор хорошо смачивает тефлоновую поверхность. Как только смачивание резко ухудшилось, фиксируется масса стакана №2 mct2.

Действующая концентрация средства в г/л вычисляется по формуле:

Для лучшей сходимости результатов измерений и устранения возможных искажений, связанных с гидрофобностью тефлонового покрытия, желательно оценивать действующую концентрацию по отношению к эталону. В качестве эталона можно использовать чистый ПАВ с хорошей смачивающей способностью, стабильной концентрацией и постоянным химическим составом. Например, триэтаноламиновую соль АБСК. В этом случае, моющая способность оценивается в долях или процентах по отношению к эталону.

Другой практический тест позволяет определить эффективность массообмена между раствором ПАВа в губке и поверхностью посуды. Для этой цели можно провести ряд экспериментов на чистой посуде (холостой опыт). Такой тест дает идеализированные (завышенные) показатели, т.к. ПАВ не расходуется на отмывание загрязнений, однако достаточно ясно демонстрирует массообмен между губкой и тарелкой. Как и в предыдущем случае, поясним методологию на конкретном примере. Для испытания возьмем губку из пенополиуретана размером 90х65х20 мм, сухой вес, которой составляет 5.5 г, а также фаянсовую тарелку диаметром 24 см, с площадью поверхности около 500 кв. см. Предварительно определим количество воды, которое удерживается на смоченной поверхности тарелки. Для этого губку однократно смочим водой и взвесим, затем протрем ею сухую и чистую внутреннюю поверхность тарелки и снова взвесим. Разницу веса будет составлять количество воды, ушедшее на смачивание тарелки. Повторим процедуру несколько раз, пока губка не потеряет половину своей воды. Проведем несколько параллельных измерений и вычислим среднюю массу воды, адсорбируемой тарелкой. Предположим, что эта масса составила 1.4 г. Далее перейдем к другой части эксперимента. На предварительно смоченную и взвешенную губку нанесем, например, 0.5 г моющего средства. Будем последовательно протирать губкой поверхность тарелки, делая несколько круговых движений до образования слоя пены. Взвешиваем губку, ополаскиваем тарелку проточной водой, ставим в вертикальное положение на 5 секунд и повторяем процедуру. Таким образом, мы повторяем мытье тарелки до тех пор, пока образуется пена, свидетельствующая о наличии моющего средства в губке. Результаты подобного эксперимента приведены на рисунке 2.

 

Рис. 2. Массобмен между губкой и тарелкой при проведении холостого мытья.

 

 

Рис. 3. Зависимость концентрации моющего раствора в губке от числа вымытых тарелок.

 

Результаты этого эксперимента свидетельствуют о том, что делать моющее средство с завышенным содержанием ПАВов не имеет смысла, т.к. в начале мытья будет происходить интенсивное вымывание ПАВов, большая часть которых, не отработав, будет сливаться в канализацию. Оптимальные результаты получены на средствах с содержанием ПАВов от 12 до 15%. Повысить эффективность жидкого средства для ручной мойки посуды в проточной воде может образование так называемой «гель-фазы», получаемой в процессе растворения средства в воде. В этом случае растворение ПАВов в начальной стадии замедляется, и концентрация ПАВов в течение всего процесса выравнивается. Пример изменения вязкости средства в процессе его растворения с эффектом «гель-фазы» приведен на рисунке 4.

 

Рис. 4. Зависимость вязкости раствора моющего средства от концентрации..

 

Еще одним показателем, на который чаще всего обращают внимание потребители, является пенообразование. Существует ряд стандартизованных методик по измерению пенообразующей способности моющих средств. В данном исследовании пенообразование было измерено нестандартным динамическим методом, основанным на пенообразовании при однократном прокачивании 100 мл раствора с концентрацией 10 г/л. Результаты эксперимента приведены ниже.

№ п/п

Торговое название (производитель)

Объем пены, мл

Кратность пены Vпены/Vжидк.

1

«FAIRY oxi Сочный лимон» (P&G)

450

9,6

2

«AOS Миндальное молочко»

(«Нэфис-косметик»)

500

13,2

3

Рецептура 100624

300

5,8

4

«DOMIX ECO с мятным маслом» («Домикс»)

350

6,7

При разработке моющего средства для посуды будут полезны и другие тесты, например, тест на эмульгирующую способность растительного масла или тест на растворение расплавленного сыра. Результаты тестов, даже достаточно примитивных, дают разработчику рецептур важную информацию. Сравнивая результаты своих проб с неким эталоном, можно понять, в каком направлении двигаться дальше, оценить роль вводимых в рецептуру компонентов и правильно подобрать их концентрацию. Таким же путем можно найти компоненты, проявляющие синергию, т.е. взаимное усиление свойств. Разработка рецептуры -это многогранная задача, решение которой заключается в оптимальном подборе компонентов и их количества таким образом, чтобы в итоге продукт соответствовал требованиям национальных стандартов на продукцию и обладал желаемыми потребительскими свойствами, безопасностью и себестоимостью.

Поделитесь этой публикацией с коллегами и друзьями Source: № 5 (143) июнь 2013

Leave a Reply