肥皂性能的评定方法（一）

Yury Yarovoy，Albert J. Post（美国康涅狄格州特朗布尔联合利华研究所）



肥皂性能的评定方法（一）

Yury Yarovoy，Albert J. Post
（美国康涅狄格州特朗布尔联合利华研究所）

摘 要：研究了全球肥皂厂家或研发实验室采用的评定方法，这些评定的目的是为了确保其满足生产标准，并最终保证消费者对他们购买到的肥皂产品感到满意。一般来说，评定方法包括分析化学检测（评定原材料和成品）、材料学法（评定产品结构）以及消费者可见属性的直接测试（例如泡沫、湿皂触感和磨损率）。这些检测可在实验室中进行或通过消费者评估进行。

关键词：肥皂；检测方法；泡沫评定；磨损率；触感；香料；湿裂

本研究的重点为成品肥皂，对非成品肥皂的流变学特性也进行了研究。Wood对肥皂厂商及其原料（脂肪和脂肪酸）生产商常用的方法进行了详尽论述（Wood，1990，1996）。由于这些方法本质上是一样的，因此，不可避免地会出现一些重复。

在讨论肥皂的评定方法及其质量控制时，应当注意到：目前仅有为数不多的国家（即印度、孟加拉国和肯尼亚）对肥皂产品特性及其检测方法采用了官方标准。这几个国家将肥皂纳入了强制检测的商品目录中，其目的是为了保护消费者免受市面上不符合标准的劣质产品的侵害。在其他国家中，消费者的认可度是判定市售肥皂是否取得商业成功的唯一标准。现在已经使用的很多评测方法在文献中都有描述，各家公司均采用了符合其特定质量要求评测方法。以下是我们调查的一些常用的测试步骤。

1 泡沫评定

由于起泡过程本质非常复杂，因此要用仪器对肥皂的泡沫或起泡特性进行充分评定并非易事。泡沫的许多属性（例如产生速度、体积、气泡大小及其稳定性）都会影响消费者对泡沫的总体感觉。泡沫产生的方式也对这些属性有很大影响。到目前为止，文献中已经对许多评定技术和发泡仪器进行了描述。J. Ross和G. Miles在1941年提出了一种技术，可以测定倾倒溶液产生的发泡高度，这个方法现在通常称为Ross-Miles泡沫实验。该方法最终变成了检测表面活性剂起泡性能的标准方法（美国材料与试验协会ASTM，2007）。尽管此方法非常适用于洗涤剂溶液，但是它并不能很好地区分肥皂产品，也无法提供可靠的消费者对泡沫的感知。因此，许多肥皂厂商研发了很多其他评定方法。

肥皂能产生的泡沫数量是影响消费者接受度和偏爱的重要参数。根据印度标准局的说明，起泡要求是为了确保肥皂中含有足够量的表面活性剂。印度标准局规定了判定起泡的方法（印度标准局，1983，1992），步骤如下：将5g肥皂样品均匀磨碎（约0.5～2mm），在厨房食物混合器的混合瓶中加入100 mL 300ppm硬水，然后将肥皂样品倒入硬水中。盖上瓶盖，将瓶子放在混合器上低速运转60 s。然后将泡沫快速倒入量筒中，待泡沫顶面平整后立即测定。此方法必须加以校准（通过调节混合器转速）使得在混合器运转60 s后，在室温（27 ±2）℃情况下，100 mL 1%月桂基硫酸钠溶液可产生（600±100）mL泡沫。此项测定应当使用3个样品，测定结果记录为平均数χ（测定结果总和除以测定结果的数量）和范围γ（测定结果最大值和最小值之差）。在印度，如果表达式（χ－0.6γ）≥280mL，则认为符合1级标准要求，≥240 mL符合2级标准要求，≥200 mL符合3级标准要求。

专利文献中经常提到的另一个常用泡沫评定方法是常规起泡检测法（Wood，1990）。该方法也称为量筒实验，步骤如下：将规定量的肥皂溶解在去离子水中，将等分溶液倒入带塞量筒中，摇晃量筒。泡沫净体积可直接读出，并且通过监测泡沫高度与时间的函数也可测定泡沫稳定性。此方法详细说明如下：肥皂液（混悬液）浓度1%（质量分数）；量筒容积250 mL，其中加入50 mL溶液；上下颠倒量筒，每分钟数次，共颠倒30次左右。可对此实验进行若干修正，从而使其满足特定要求。图1所示的是简化量筒实验，用手晃动100 mL量筒（分别装有10 mL浓度为1%的两种不同肥皂溶液）。该实验直接对比了泡沫体积（高度），并通过测定量筒底部液体消退的体积来监测泡沫消退速率。

图1 量筒手摇实验中合成洗涤剂（左）和普通肥皂（右）产生的泡沫对比

最近，一种新型的自动化机械泡沫测试仪（SITA Foam Tester R2000）已经上市（SITA Messtechnik GmbH，2008）。通过它可轻松测定和监测起泡液的起泡特性。该仪器完全自动控制检测程序（测量、清洗以及再灌注），所得出的检测结果具有可复制性，可对检测参数进行各种设置并且在完成检测后可用自来水进行自动清洗。

上述所有检测的共同特征是用预制皂块溶液或悬浊液产生泡沫。由于没有将皂块握在手中（在水槽中或淋浴时使用）的步骤，而该步骤是肥皂溶解和泡沫产生过程中的重要因素，因此，相对于皂块而言，这些实验似乎更适用于液体洗涤剂。所以，为了更好地模拟实际使用情况，并在实验室评定与消费者在淋浴时对泡沫的感受之间建立更好的相关性，人们已经研发了很多实验方法，其中包括在受训过的技术员手中产生泡沫。

为了客观地对比不同的肥皂组成，并在不同鉴定者之间取得良好的可重复性与一致性，泡沫实验在一系列严格条件下按照标准化方案来进行。技术人员在泡沫产生过程中对泡沫的奶油状、致密度进行了主观评价。

泡沫评定方法如下（Yarovoy，2003）：

• 皂块预处理：戴上一次性手套，完全戴好后用肥皂清洗干净，开始实验之前冲洗所有检测皂块，时间至少1min。最好是在流水下搓洗20次左右。

• 在指定温度下（一般是20～40℃），将5L已知硬度的水倒入碗中。每块肥皂检测过后进行换水。

• 捡起皂块，将其浸入水中然后拿走。在两手之间转动皂块15次。将皂块放回肥皂盒中。

肥皂上产生的泡沫仍保留在手套上：

• 步骤1：用一只手（任意均可）的手指头摩擦另一只手的手掌10次。

• 步骤2：用左手紧握右手，反之亦然，将泡沫推向指尖。用手反向重复操作。每只手重复进行此操作5次。

重复步骤1和步骤2。

• 将泡沫放入校准烧杯中。

• 再重复整个泡沫产生过程2次，将所有泡沫装入烧杯中。

• 轻轻搅动装入的泡沫，排出其中的空气。读取泡沫体积并记录下来。

另一个用于评定手中产生泡沫的常用方法称为倒置漏斗法（Farrell&Nunn，2005）。该方法需要使用1个大测量漏斗和2个大水槽。将直径10½英寸的塑料漏斗装到去除底部的量筒上。量筒容积最小100 mL。漏斗与量筒应当连接紧密、牢固。在进行测定前，将测量漏斗放入其中一个水槽中，向水槽中加水一直达到量筒上的0 mL标志。测定方法包括以下步骤，其中一些步骤在图2中有所说明。

• 打开第2个水槽的龙头，将温度设定为95oF （35℃）。

• 双手握着皂块放在流水下，将皂块转动10个半圈。

• 将手和皂块从流水下拿开。

• 将皂块转动15个半圈，然后放到一边。

• 激起泡沫10 s。

• 将漏斗放在手上。

• 将手和漏斗放入第一个水槽中。

• 一旦双手完全浸没，将双手从漏斗下方抽出。

• 将漏斗放到水槽的底部。

• 读取泡沫体积。

• 将带有泡沫的漏斗从第一个水槽中取出，在第二个水槽中进行冲洗。

应使用几块皂块进行测定，泡沫体积取平均值。

如果进行评定的目的是为了把新的肥皂雏形与对照物对比，应当使用成对比较来进行数据分析，包括计算最小显著差数值（LSD）。每个皂块记录6次结果取其平均值，在每个皂块的平均结果之间进行成对比较。如果泡沫体积差距大于LSD，那么可认为该产品产生的泡沫数量“具有显著性差异”。

2 磨损率和糊烂度

磨损率（ROW）是继泡沫特性之后皂块最重要的特性之一。特别是在发展中国家更是如此，皂块的经济性（或性价比）往往有力地左右那里消费者的购买意愿。ROW的实验室评定是一项相对简单的实验，只需冲洗皂块数次，最后称量洗涤后皂块的重量损失即可。ROW常被报道为每次洗涤后的皂块重量损失（单位为g）。当比较不同重量皂块的ROW 时，应当将ROW 值统一为100g皂块的磨损率值，或表示为皂块重量百分比。ROW常与糊烂度密切相关，糊烂度越高，ROW值越大。

尽管此方法看似简单，但为了使实验室数据与消费者感受具有更好的相关性，研究人员也对其进行了许多细微改变。下面将用从专利文献中任意选择的三项实验描述加以说明，这些实验描述的目的在于增加复杂性。

(1) 将一块预先称重过的皂块放在流水下浸湿，然后在实验人员的手中转动15次。将皂块放在支架上。每隔半小时重复1次，共10次。在室温下干燥16h，然后称量皂块重量。重量差乘以100再除以皂块初重，得到皂块磨损率百分比（Abbas&Hui，2004）。

(2) 此项评定进行4天，为的是模拟日常使用情况（Subramanyan等，1996）。记录皂块的初重。几个人在32～38℃的温水中洗涤皂块10s。将皂块放入带有网格的肥皂盒中，这样水可以流走。洗涤之后最少让皂块干燥30min再进行第二次洗涤。皂块共洗涤20次，每次10s，然后在再次称量前干燥24h。将结果报告为每100g皂块每次使用引起的重量损失量。

(3) 在本实验中，向肥皂盒中加水使得肥皂形成糊状物。称量待检皂块的重量。安装一个含有40.5℃水持续流动的8L水桶。将皂块浸没在水中，取走，然后在手中转动20次。重复以上步骤。再次浸没皂块，除去上面粘附的泡沫，放在肥皂盒中，在25℃下晾干，直到相对湿度达到50%左右。每2h重复1次，8h为一周期。将皂块放在肥皂盒中，在25℃下干燥12h,直到相对湿度达到50%左右，然后再重复上述步骤（8h一周期）。将皂块放在肥皂盒中，加入10g去离子水，然后将皂块浸入水中。在8h周期内应加入以下操作：首个2h后，向肥皂盒中加入10g水；4h后再向肥皂盒中加入10g水（总共20g）；6h后再向肥皂盒中加入10g水（总共30g）；整个8h一周期，按照上述方式操作。然后干燥12h。记下12h后的皂块重量，磨损率就是皂块的重量损失百分比（Brennan等，2008）。

图2 技术人员使用倒置漏斗法对泡沫进行测定

当皂块与水接触一段时间（几小时）后，就会在其表面形成一层柔软疏松的糊状物，大多数皂块均有此特性，这与磨损率息息相关。在随后的使用中，这些糊状物很容易冲洗掉，从而形成泡沫和皂块损耗。在专利文献中，人们发明了不同术语来描述此种现象。例如，Cussons和联合利华将其表示为“糊状物”（mush），宝洁使用了“黏稠物”（smear），高露洁称其为“脱落物”（slough）。形成过多糊状物是不利的，因为它代表皂块的损失量，也会导致磨损率更大。

有两种不同方式可以在实验室环境下形成糊状物并对其进行评测。一是将皂块浸没在盘子中；二是将悬浮的皂块浸在水中。

步骤1：将皂块放入小盘中，加入30g水，将皂块浸泡24h。然后用钝刀片将糊状物层轻轻地刮掉。测量糊状物层的重量Wm，然后除以皂块浸没前的初重Wi，即得到糊状物层的重量百分比，χm=Wm/Wi。皂块刮去糊状物层后的最终重量也要测定。水分吸收重量百分比χu可计算为χu= （Wm+Wf-Wi）/Wi。一般来说，用此方法评定同一成分的3个皂块样品，然后报道平均χm和χu。

步骤2：将皂块切割成7cm×4cm×2cm ，然后将一根金属丝切入皂块的中间部位（3.5cm标志处）。在温度25℃下将一半皂块（到金属丝的位置）放入去离子水中2 h。在此之后，去掉皂块，放水30s，称量皂块重量。称量结果是皂块、糊状物和吸收水的重量之和。称重后将糊状物从皂块上刮去，将皂块干燥12h。初始干燥皂块和最后干燥皂块的重量差（计算为50cm2皂块表面积）就是糊状物的重量（g）。浸没皂块和初始干燥皂块的重量差即是吸水量（Brennan等，2008）。

这些方法也有许多改良方案。例如，用手而不用刮刀去除糊状物层，盘中浸没时间减少到17h，浸没温度增加到35～40℃。在本实验中，糊状物形成引起的重量损失记录为每100g的损失量。肯尼亚标准局建议对步骤1进行改进，即将待检皂块放在湿润织物上而不是放在有水的盘子中，而印度将步骤2作为标准步骤。

受过培训的技术人员也可使用主观尺度对糊状物（或黏稠物）进行分级，用手指触摸皂块并考虑到黏稠物的种类以及数量从而对皂块糊状物进行分级。实验步骤如下：①将皂块放在直径1400mm圆盘中的架子上；②向盘子中加入200 mL室温水，使得皂块底部3mm浸没在水中；③让皂块浸没15h ；④将皂块翻转过来，在1～10量级上对粘稠物的总体数量、特性和深度进行定量分级，其中10说明没有粘稠物，8.0～9.5说明粘稠物数量较少，5.0～7.5说明有中等粘稠物（与市面上最常见的皂块类似），4.5或更小说明粘稠物非常之多。

3 湿裂

已经有很多文献论述了湿裂（皂块在反复使用过程中出现的开裂）现象，它是在皂和水相互作用过程中，宏观和微观结构断层受压时产生的。很多因素对裂缝的形成有影响：肥皂成分、肥皂包装线的效率（挤压过程中的紧实度）以及肥皂形状。

评定湿裂的一般方法包括以下步骤：①在恒温条件下将皂块完全浸入水中一段时间。②排水，然后将皂块在浸泡温度下干燥16～24h。③通过与照片或插图比对进行目测评价（Marchesani，1979）。图3所示的照片用6点量级（0～5）（Geoffrey，2005）对顶部和底部裂缝进行了分级：0表示没有裂缝，5表示裂缝非常严重而难以接受。

这个方法也有很多改良方案。例如，最近的高露洁专利（Colwell&Pflug，1991）提供了以下的湿裂检测细节：在室温下（24℃）将皂块悬浮在自来水中4h，然后在进行测定前干燥24h。用0（无）～5（严重）量级对皂块表面产生的裂缝进行分级，然后进行总和。例如，一块肥皂有5条1级裂缝，还有2条4级裂缝，那么其总的评分为13。如果总评分大于25，那么该皂块是难以让人接受的。浸没时间也可能会缩短（例如0.5h或1h），然后用0～5量表对裂缝进行评级（Sonenstein，1981）。

浸湿和干燥的周期数也可能会改变，并且可能增加一个新步骤（冲洗）从而使得实验条件与实际使用情况更加贴切。例如，Hyeon（Hyeon，2005）描述了一项实验，在该实验中，将皂块浸泡在3℃的自来水2h。浸泡2h后将泡胀部分从肥皂上除去,并用冷的流水轻轻冲洗。然后在室温下将皂块干燥1h。将此步骤重复3次，然后将皂块放入30℃恒温器中干燥24h并对裂缝进行评级。

图3 皂块湿裂视觉量级

图4 皂块砂砾感的视觉量级

4 湿皂触感

湿皂触感是消费者在水槽中或淋浴使用肥皂时的感受。皂块冲洗实验是用来发现肥皂表面的缺陷，比如像砂砾、沙子或粗糙的感觉。一般消费者对肥皂表面质量相当敏感，哪怕非常小的瑕疵也会引起不快。湿皂触感实验（判定砂砾感）是一项强制性实验，必须将肥皂送到印度标准局进行检定。该局规定了下列实验步骤：将肥皂放在30℃流水下，在肥皂两侧用手掌轻轻摩擦1min。肥皂表面摸起来应当感觉光滑而不粗糙。将肥皂露天干燥4h，然后检查肥皂表面。如果肥皂表面没有明显的杂质粒子，那么该肥皂检测合格。图4表示肥皂表面砂砾感的视觉等级，在量级上可评定为0～5。

由于湿皂触感是一项触觉（而非视觉）感受，因此一组由塑料铸造的肥皂也可凭感觉用于校准评级量级，这些肥皂表面的砂砾和沙质感不同。这样的参照量级在产品研制和工厂质量控制方面是很有用处的。

在冲洗过程中有另一个湿皂特性具有同等重要性，那就是肥皂滑动性（也就是阻力）。就材料学而言，湿皂触感测定的是产品与皮肤之间的摩擦力，这可使用摩擦实验设备（业已用于皮肤摩擦学）进行评定（Sivamani，2003）。然而，尚未发现有人将此类皂块测定付诸实践。也许，可以直接询问消费者该产品的湿皂触感如何，这样进行的评定效果最好。 （未完待续）

（上海制皂有限公司 刘伟毅 译，张育新 编校）

中图分类号：TQ648

文献标识码：A

文章编号：1672-2701（2016）04-65-06