柿澤恭史

泡沫型洗凈劑的開發(fā)動向及配方設(shè)計(jì)

柿澤恭史

最近，泡沫型洗凈劑憑借著使用便利和性質(zhì)溫和等優(yōu)點(diǎn)，在個人護(hù)理用品領(lǐng)域正越來越多地取代液體型產(chǎn)品。泡沫型洗凈劑的設(shè)計(jì)分為容器和洗滌溶液兩個方面。本文總結(jié)了其設(shè)計(jì)要點(diǎn)，指出控制洗滌劑溶液的黏度是獲得精細(xì)泡沫的要點(diǎn)。

泡沫型洗凈劑；動向；容器設(shè)計(jì)；配方

洗凈劑的使用范圍包括衣料、身體、居室、工業(yè)制品等對象的清潔護(hù)理，其中用于人體皮膚和毛發(fā)清潔護(hù)理的化妝品類洗凈劑，除了對洗凈力有要求外，快速發(fā)泡性能和沖洗時的良好感觸也是產(chǎn)品的重要使用感性能指標(biāo)。近年來，此類洗凈劑大多為液體制劑，使用時需要借助手和毛巾的搓擦作用才能獲得必需的泡沫。為了改善洗凈劑的快速出泡性，許多洗凈劑生產(chǎn)商已經(jīng)完成了容器直接出泡的產(chǎn)品改造工作。

洗凈劑的快速發(fā)泡過程是起泡性和泡沫穩(wěn)定性緊密結(jié)合的復(fù)雜現(xiàn)象，起泡性與反映表面活性劑在氣－液界面吸附速度的動態(tài)表面張力有關(guān)，泡沫穩(wěn)定性則以氣－液間的液膜厚度與表面粘性為重要指標(biāo)。

改用泡沫型洗凈劑后，使用洗手液時無需反復(fù)揉搓即可達(dá)到快速起泡的目的，而且洗手后洗手液不易在手上殘留；沐浴液則可利用細(xì)膩的泡沫獲得較佳的洗凈效果。

1 泡沫型洗凈劑的開發(fā)動向

1.1 面部洗凈劑

快速發(fā)泡性對獲得優(yōu)異的面部洗凈效果非常重要。近年來，由于洗凈劑在臉部清潔時的快速發(fā)泡性能欠佳，影響泡沫作為緩沖墊作用的發(fā)揮，由此傷及使用者面部皮膚的事例時有發(fā)生。為了實(shí)現(xiàn)面部洗凈劑短時間內(nèi)快速發(fā)泡的要求，研究者已經(jīng)研制出既具有快速發(fā)泡性能，又能獲得優(yōu)異面部洗凈效果的新原料，并已將其添加至過去常用的香皂和膏狀的面部洗凈劑中。

1.2 卸妝劑

對于卸妝劑的要求，除了對肌膚溫和使用感舒適外，洗凈力也是一項(xiàng)重要性能。此外，卸妝劑使用時應(yīng)該極易與臉部化妝品中的油連續(xù)相融合，以便在沖洗時獲得良好的使用感。目前，利用表面活性劑的轉(zhuǎn)相法制成的W/O乳液，以及專用于去除耐水性的油性化妝品的新型油劑都已被開發(fā)出來。

現(xiàn)在使用較多的凝膠狀和膏狀卸妝劑都存在使用不便的弊病，經(jīng)常受到消費(fèi)者的抱怨。而泡沫型卸妝劑具有緊密貼合肌膚、嘴唇和眼睛周圍凹凸部分的顯著特點(diǎn)，可以給予使用者特別的使用感受，因此受到研究者的極大關(guān)注。有關(guān)廠商通過優(yōu)化表面活性劑和油劑成分的種類及配合量，生產(chǎn)出了泡沫型卸妝劑產(chǎn)品。

1.3 洗手液

圖1是近年來日本市場液體型和泡沫型洗手液使用比例的變化情況。圖中顯示，泡沫型洗手液的市場份額呈現(xiàn)出快速增長的勢頭。這是因?yàn)?，洗手液的主要機(jī)能是去除手上沾染的污垢、細(xì)菌和病毒，但由于人們的洗手時間往往在10秒內(nèi)，這么短的時間很難實(shí)現(xiàn)洗手液泡沫的最佳化，對于老年人而言更是如此。這很易造成洗手液在指尖、手腕等處的殘留現(xiàn)象。泡沫型產(chǎn)品則沒有這些缺陷。

1.4 沐浴液

以前人們大多使用香皂作為沐浴劑，現(xiàn)在則以洗凈性能和使用性能均得到大幅提高的沐浴液為主流。隨著敏感肌膚人群數(shù)量的增加，對沐浴液溫和性的要求也在不斷增長。為了獲得奶油狀泡沫，過去多使用尼龍材質(zhì)的搓澡巾以達(dá)到快速起泡的目的，如果能夠只用手進(jìn)行沐浴，無疑是一種理想的沐浴感受。圖2的對比正好說明了此點(diǎn)。圖中顯示，兩種不同的沐浴方法存在明顯差異：用尼龍搓澡巾沐浴后，使用者皮膚的水分蒸發(fā)量要高于洗凈前的水平；用手洗后，皮膚的水分蒸發(fā)量則低于洗凈前的值。由此看來，使用尼龍搓澡巾和沐浴刷等強(qiáng)力洗滌方法會傷及皮膚的角質(zhì)層，而用手洗則可實(shí)現(xiàn)溫和沐浴的目的。

1.5 發(fā)用香波

液體香波的使用性遠(yuǎn)高于粉狀香波，現(xiàn)在液體香波是主流的香波產(chǎn)品。女性頻繁染發(fā)會對毛發(fā)造成損傷，為了護(hù)理受損毛發(fā)，香波中往往加入頭發(fā)干燥后仍具有調(diào)理性能的成分，同時減少香波快速起泡期間頭發(fā)間的摩擦性。異戊烷等高沸點(diǎn)溶劑是經(jīng)常采用的此類油劑，即使在香波起泡過程中也可降低頭發(fā)間的摩擦系數(shù)。

為了改善香波沖洗時的調(diào)理性，配方師通常會在產(chǎn)品中添加功能性聚合物，而油劑和硅油的組合則可提高頭發(fā)干燥后的觸感。這是兩全的調(diào)理方法，但同時也造成了香波發(fā)泡性不佳的問題。

2 配方設(shè)計(jì)

泡沫洗凈劑的配方與液體洗凈劑存在很大差異，下面將敘述洗手液、沐浴液泡沫型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

2.1 泡沫形狀

洗凈劑的快速發(fā)泡其實(shí)就是在洗凈劑中混入空氣并將其微細(xì)分散的“起泡”過程，泡沫會隨時間推移而消失。因此，這是“起泡”和“消泡”相互競爭的過程。在使用泡沫洗凈劑的場合，消費(fèi)者會對擠出的泡沫、洗滌時的泡沫和洗凈后至沖洗前的泡沫進(jìn)行即時評價。一般認(rèn)為，泡沫洗凈劑理想的泡沫形狀為：泡沫粒徑細(xì)膩均一，呈奶油狀且泡沫量豐富。此外，洗凈時泡沫的感觸應(yīng)達(dá)到易于鋪展、有彈性、與皮膚接觸性好等要求。

2.2 容器

2.2.1 泡沫容器的構(gòu)造

通常使用的泡沫容器分為三類（見圖3）：

容器①的泵體部位存在篩網(wǎng)和空氣室，當(dāng)擠壓泵頭時，空氣與洗凈液同時通過篩網(wǎng)，形成泡沫。它屬于泵型容器，通過擠壓泵體就可簡單出泡，適用于高齡人群及大多數(shù)消費(fèi)者，是目前多數(shù)商品采用的泡沫型容器。

容器②通過擠壓瓶體，使瓶內(nèi)洗凈液與吸入的空氣同時經(jīng)過篩網(wǎng)眼，形成泡沫。它屬于擠壓型容器，吐出泡沫量易于調(diào)整，且沒有復(fù)雜的泵體分散機(jī)構(gòu)，成本較低。

容器③中的壓縮氣體與洗凈液從容器中排除時，洗凈劑在壓縮氣體的作用下產(chǎn)生泡沫，它屬于氣霧劑型容器，產(chǎn)生的泡沫細(xì)膩且硬，可以滿足連續(xù)出泡的需求。

本文重點(diǎn)介紹非氣霧劑型的泡沫容器。

2.2.2 泡沫容器的構(gòu)成要件

設(shè)計(jì)泡沫容器時，要根據(jù)洗凈劑的起泡力和黏度數(shù)值，選擇合適的篩網(wǎng)目數(shù)和氣-液混合比。泵型容器使用時，擠壓泵頭會使洗凈液從吸管進(jìn)入，同時與來自空氣室的空氣接觸，擠壓的力量使洗凈液與空氣強(qiáng)制混合并快速通過篩網(wǎng)，從而形成細(xì)膩、穩(wěn)定的泡沫。一般地，100～300目的組合型篩網(wǎng)用得較多，網(wǎng)眼大小會影響泡沫的細(xì)膩程度，泵體壓力也是影響泡沫細(xì)膩性的重要因素。對女性及體弱者而言，不宜使用過細(xì)的篩網(wǎng)，而且擠壓力要適度。

氣－液混合比指的是泵型容器的吸液量與空氣室的容積比，該數(shù)值因洗凈液的物性不同而不同，一般以氣－液比為5∶1～50∶1為宜?？諝獗嚷蔬^小或過大，泡沫的質(zhì)量均不理想。

自我價值觀主要是指自我認(rèn)知水平；道德判斷能力主要是指運(yùn)用自身已有的生活經(jīng)驗(yàn)以及道德認(rèn)知，對道德事物進(jìn)行主觀上的判斷；價值觀主要是指個人對周圍事物及自身行為的總體評價。這三種能力對青少年思想教育及綜合素質(zhì)的提升具有重要意義。因此，為從根本上提升青少年的教育水平，相關(guān)教育人員就應(yīng)從認(rèn)知青少年自我價值、道德判斷及價值觀之間的關(guān)系入手，結(jié)合當(dāng)前青少年的實(shí)際學(xué)習(xí)情況及生活情況，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)。

2.3 洗凈劑

2.3.1 主表面活性劑

泡沫型洗凈劑使用的表面活性劑，要求在泡沫表面的吸附速度要快。陰離子表面活性劑是泡沫洗凈劑常用的主表面活性劑，代表性的品種有烷基聚氧乙烯醚硫酸鹽和脂肪酸鹽。烷基聚氧乙烯醚硫酸鹽宜選擇EO加成數(shù)為1～4、烷基鏈長C12～14的品種；脂肪酸鹽則可使用月桂酸鹽、肉豆蔻酸鹽、棕櫚酸鹽、椰子油酸的鉀鹽和乙醇胺鹽。在沖洗性等洗浴的感觸方面，脂肪酸鹽比烷基聚氧乙烯醚硫酸鹽更易獲得爽快感。?；劝彼猁}之類的氨基酸型表面活性劑、烷基磷酸鹽具有對皮膚刺激性低的優(yōu)點(diǎn)，常用作溫和性配方的成份。

2.3.2 增泡劑

泡沫洗凈劑使用的泡沫性能提高劑與液體洗凈劑大不相同，這完全是由于其使用了“輔助表面活性劑＋聚合物”的組合。泡沫洗凈劑使用的輔助表面活性劑包括月桂基酰胺丙基甜菜堿等兩性表面活性劑和月桂基二甲基氧化銨等半極性表面活性劑，它們與前述的主表面活性劑復(fù)配，使親水基緊密化，從而增強(qiáng)了表面活性劑在表面的填密程度。泡沫型洗凈劑使用的聚合物包括：陽離子纖維素，氯化二甲基二芳基銨·丙烯酰胺的共聚物，最近研究者又開發(fā)出了陽離子單聚物/陽離子單聚物/丙烯酸酯單聚物的三元復(fù)合體，用于改善泡沫洗凈劑的性能。

2.3.3 內(nèi)容液的物性

使用泵型泡沫容器時，洗凈液的黏度是一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。洗凈液黏度過高，通過篩網(wǎng)受到的阻力就大，擠壓泵頭排出的液體量就少，這直接導(dǎo)致洗凈液與空氣的混合效率低下，形成的泡沫大且呈現(xiàn)水樣的外觀，黏度過大還使泡沫的排出變得不暢。因此，泡沫洗凈劑的黏度一般控制在20mpa·s以下。

泡沫洗凈劑對于黏度較低的要求限制了表面活性劑的配合量，同時要求聚合物的分子量也不宜過大。除此以外，配方中還會加入乙醇、乙二醇等減黏劑，同時盡量選用親水基較大的表面活性劑，以獲得小粒徑的球狀膠束，這種黏性特征才是泡沫洗凈劑期待的。

在冬天氣溫較低的環(huán)境中，洗凈液的黏度會顯著上升，對于表面活性劑/鹽組合的增稠體系，日本的專利文獻(xiàn)“特開平08-143899”報告了一項(xiàng)限制洗凈劑在低溫環(huán)境中黏度上升的技術(shù)。

2.3.4 使用性

由于洗凈劑會在差別較大的溫度、濕度環(huán)境中使用，因此需要在保證產(chǎn)品的泡沫穩(wěn)定性方面采取有效措施。在夏天高溫環(huán)境中使用，殘留在篩網(wǎng)眼上的洗凈液會干燥、固化，引起篩網(wǎng)孔堵塞。為此，研究者在研制泡沫型洗凈劑時，需要適量配入丙二醇和甘油等多元醇，防止產(chǎn)品由于水分蒸發(fā)導(dǎo)致使用不便。

配方中使用脂肪酸鹽成分時，需要格外注意pH變化對產(chǎn)品使用性的影響。殘留在篩網(wǎng)孔上的洗凈液會吸收空氣中的CO2，使水溶性的脂肪酸鹽變成水不溶性的脂肪酸，在冬季低溫條件下，常常會發(fā)生脂肪酸析出堵塞篩網(wǎng)孔的現(xiàn)象。

3 評價方法

起泡力與泡沫穩(wěn)定性是泡沫的兩大物理性質(zhì)。下面介紹針對起泡力與泡沫穩(wěn)定性的常用物理化學(xué)評價方法。

3.1 起泡力

起泡力的評價通常以反映氣泡表面能降低速度的動態(tài)表面張力為重要指標(biāo)。動態(tài)表面張力的測定方法有振動噴射法、懸濁法、滴容法、威廉敏法、最大泡沫壓力法等等，其中最大泡沫壓力法是最廣泛使用的一種測定方法，它反映的是1秒鐘內(nèi)洗凈劑形成穩(wěn)定液膜，直至影響液膜穩(wěn)定性、測定液膜覆蓋性的方法。

圖4是最大泡沫壓力的測定裝置，泡沫由插入洗凈劑溶液中的毛細(xì)管產(chǎn)生，從毛細(xì)管頂端半球狀氣泡的壓力可求出溶液的動態(tài)表面張力。近年來，高感應(yīng)度壓力計(jì)已可檢測到毫秒級的壓力變化。

圖5是對兩種洗手液樣品的動態(tài)表面張力測定結(jié)果，圖6是試樣泡沫的顯微鏡圖像。從兩個圖中看到，動態(tài)表面張力較低的A樣，形成的泡沫更加細(xì)膩。

3.2 泡沫穩(wěn)定性

影響泡沫穩(wěn)定性的重要因素是泡沫膜的排液速度。排液會導(dǎo)致泡沫膜薄化，從而使泡沫遭到破壞。據(jù)測定，泡沫膜破裂的臨界膜厚是50～100?。評價泡沫穩(wěn)定性的方法很多，最簡單的方法是用框架拉起液體作出液膜，通過觀察毛細(xì)現(xiàn)象發(fā)生時產(chǎn)生的干涉色，評價膜的薄化舉動。定量評價泡沫穩(wěn)定性的方法有光干涉法、FT-IR法、喇曼散射法、X射線衍射法等。圖7是用FT-IR法測定泡沫膜厚的裝置。在圖7的裝置中，紅外光通過裝有泡沫膜的光柵，通過水分子的OH伸縮振動系數(shù)，可評價液膜厚度的變化情況。

4 結(jié)論

泡沫型洗凈劑具有比液體型高效起泡并穩(wěn)定泡沫。

改進(jìn)泡沫性能，提高洗凈劑的洗凈力、殺菌力和調(diào)理性等機(jī)能是現(xiàn)階段泡沫洗凈劑的主要技術(shù)特點(diǎn)。今后，要加強(qiáng)泡沫表面與肌膚相互作用及泡沫膜中有效目標(biāo)成分引入性的研究，為泡沫洗凈劑增加特殊的機(jī)能，從而實(shí)現(xiàn)個人清潔護(hù)理用品的高附加值化，充分滿足消費(fèi)者的實(shí)際需求。產(chǎn)品更優(yōu)異的舒適感和肌膚溫和性。在經(jīng)過氣體分散后，個人清潔護(hù)理用洗凈劑更易于發(fā)揮其清潔性能。由于洗凈劑的起泡性和穩(wěn)定性受泡沫膜表面的界面吸附速度和表面黏性、疏水性相互作用等物化特性的支配，通過適當(dāng)?shù)娜萜骱团浞郊夹g(shù)，可以實(shí)現(xiàn)快速

蕭越編譯自Fragrance Journal，2009.11，作者單位：日本獅子公司。