家用洗碗机用洗碗液的设计和评估

2024-01-20卢宇毅梁水娇宋晶晶

中国洗涤用品工业 2023年12期

卢宇毅梁水娇宋晶晶

广州市盛邦化工科技有限公司，广东广州，510000

近年来消费者对居家生活的要求越来越高，对于家用电器的要求不仅仅需要满足基础的使用功能，还需要给自己带来一些附加价值和生活享受，于是诞生了一批能够提供生活便利性和提高生活品质的新家电，自动洗碗机就是备受欢迎和关注的新型家电。自动洗碗机可以让使用者解放双手，用更多时间去照顾家庭，享受生活，自动洗碗机也可以帮助人们适应现代人的快节奏生活方式，因此自动洗碗机未来很有可能成为我国新型家电的销售热点[1]。

自动洗碗机去污能力强，主要凭借强劲的水流的喷射作用、热水的热能作用及洗涤剂的去污作用相互协同达成[2]。其中洗涤剂必须使用自动洗碗机专用的洗涤剂，目前市场上的自动洗碗机洗涤剂形式主要是粉剂和块状，液体的产品较少，主要的原因是大量助剂的加入影响配方的稳定性以及洗涤效果一般[3]。但相较于粉剂和块状产品，液体形式的洗涤剂使用方便，在生产和使用过程更加环保节能[4]。因此液体化有可能是洗碗机洗涤剂的发展趋势。

本文将设计一个洗碗液基体，在此基体上测试使用4种表面活性剂、2种分散剂对去污性能和催干性能的影响，以及对比2款市售洗碗液，为洗碗液的开发以及性能评估提供新的思路。

1 实验部分

1.1 试剂与设备

主要试剂：Genapol EP 2584（以下简称“2584”），C12-C15羧基醇（8EO-4PO）合成物，科莱恩化工；GENAPOL ED 3060（以下简称“3060”），基于乙二胺的氧化烯加合物，科莱恩化工；DOWFAX 20B102（以下简称“20B102”），C12-16直链脂肪醇乙氧基化丁氧基化物，陶氏；ECOSURF LF-45（以下简称“LF-45”），C12-C14仲醇乙氧基化丁氧基化物，陶氏；ECOSENSE NS 809(以下简称“809”)，异辛醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚，陶氏；ACUSOL 445N（以下简称“445N”），丙烯酸均聚物，陶氏；PRIME 1，疏水改性的聚羧酸钠盐，陶氏；黄原胶，山东阜丰；柠檬酸钠，西陇化工；碳酸氢钠，番禺力强化工厂；市售洗碗液A；市售洗碗液B。

主要设备和材料：美的家用洗碗机M1；旋转式黏度计NDJ-5S，上海越平科学仪器；鼓风式干燥箱DHG-9146A，控温范围RT+10～300 ℃，温度波动度±1 ℃，甘易仪器设备；pH值计PHS-3E，上海仪电科学仪器；密胺餐碟，直径20.1 cm，高1.9 cm；陶瓷餐碗，直径11.2 cm，高6 cm；陶瓷杯，容量140 ml，口径7.5 cm，底径4 cm，高5.5 cm；不锈钢餐碗，直径19.5 cm，底径12.5 cm，高度6 cm；市售高钙燕麦片；市售红茶茶叶；市售新鲜菠菜。

1.2 实验方法

1.2.1 洗涤剂的制备

市面上的洗碗机洗涤剂配方结构主要由洗涤助剂、分散剂、氧漂剂、表面活性剂、生物酶等组成，而目前液体形态的洗碗机洗涤剂以有一定稠度的可流动凝胶状为主，方便倾倒使用。受洗碗机内部作业结构的影响，洗碗液一般都选用浊点较低的低泡非离子表面活性剂，但其在添加助洗剂（螯合剂、分散剂等）的时候会导致低泡非离子表面活性剂的溶解度显著下降，不能构成稳定的配方。这种情况下需要控制助洗剂的量，并引入大量增溶剂，导致配方洗涤效果比较一般，为了提高洗涤效果，本次实验引入增稠稳定剂黄原胶，使配方在添加大量助洗剂的情况下，添加适量低泡非离子表面活性剂，仍然可保持配方稳定。

实验洗碗液的配方组成是：20%柠檬酸钠，5%碳酸氢钠，0.6%黄原胶，6%非离子表面活性剂，5%分散剂，0.5%蛋白酶，0.5%淀粉酶，余量为去离子水。其中非离子表面活性剂和分散剂的搭配见表1。本次实验配方的表面活性剂使用3060分别与2584、809、20B102、LF-45搭配，对比不同表活搭配下洗碗液的去污性能和催干性能；分散剂选择传统的丙烯酸均聚物445N和可生物降解的新型分散剂PRIME 1，评估去污性能和催干性能；实验配方和市售洗碗液的黏度、pH值和稳定性见表2。

表1 实验配方非离子表面活性剂和分散剂的搭配

表2 测试配方的pH值、黏度、稳定性

1.2.2 污垢的制备

燕麦污垢的制备：将12.5 g燕麦片和187.5 g去离子水混合，煮沸10 min，得出燕麦污垢；将7 g燕麦污垢均匀涂在密胺餐碟中央，在边缘保留5 cm清洁带；将7 g燕麦污垢均匀涂在陶瓷餐碗中央，在离碗口2 cm处保留清洁带；将12 g燕麦污垢均匀涂在不锈钢餐碗中央，在离碗口4 cm处保留清洁带。将涂上燕麦污垢的餐具放置到80 ℃的鼓风式干燥箱中4 h，得出老化后的燕麦污垢，效果见图1。

图1 依次为陶瓷餐碗、密胺餐碟、不锈钢餐碗上的燕麦污渍

茶渍的制备：使用1 L自来水煮沸，冲泡16 g红茶茶叶，浸泡5 min后，滤去茶叶，将40 ml茶水倒入陶瓷杯中，转移到80 ℃的鼓风式干燥箱中，放置4 h后取出冷却至室温，倒掉剩余的茶水，得到茶渍，效果见图2。

图2 陶瓷杯上的茶渍

菠菜污渍的制备：新鲜菠菜放置于–18 ℃冰箱中24 h后，自然解冻，去除解冻的水，将菠菜用碎肉机打碎形成菠菜酱，将6 g菠菜酱均匀涂在密胺餐碟中央，在边缘保留5 cm清洁带；将6 g菠菜酱均匀涂在陶瓷餐碗中央，在离碗口2 cm处保留清洁带；将10 g菠菜酱均匀涂在不锈钢餐碗中央，在离碗口4 cm处保留清洁带。将涂上菠菜酱的餐具放置80 ℃的鼓风式干燥箱中2 h，得到菠菜污渍，效果见图3。

图3 依次为陶瓷餐碗、密胺餐碟、不锈钢餐碗上的菠菜污渍

1.2.3 洗涤程序与性能测试

本次实验针对燕麦污渍和茶渍的去除采用美的家用洗碗机M1的快洗模式，洗涤时间是30 min，洗涤温度是60 ℃，每次洗涤放置燕麦污渍陶瓷餐碗、密胺餐碟、不锈钢餐碗、茶渍陶瓷杯各1件；针对菠菜污渍采用强力洗模式，洗涤时间是90 min，洗涤温度是70 ℃，每次洗涤放置菠菜污渍陶瓷餐碗、密胺餐碟、不锈钢餐碗各1件；每次洗涤固定餐具的摆放位置，见图4；采用自来水洗涤，自来水硬度为（95±5）ppm；洗碗液的用量为6 g；每个测试的洗碗液重复实验两次。

图4 洗碗机内餐具摆放示意图

餐具洗涤程序结束后取出，采用目视法和数字记分法，基于餐具上的污渍残留和水珠残留，评估洗涤剂的清洗性能和催干性能，得分越高清洗性能越强、催干速度越快，详细的评估标准见表3。最终记分取两次洗涤实验后记分的平均值。

表3 洗碗液清洗性能和催干性能评估标准

2 结果与讨论

2.1 去污性能评估

经过自动洗碗机快洗模式清洗后，用目视法对去污性能进行评估记分，表4是4种表面活性剂的洗碗液与2个市售洗碗液针对燕麦污渍和茶渍的两轮洗涤平均得分。表5是相同表面活性剂下使用两种分散剂的洗碗液的两轮洗涤平均得分。

表4 配方1～4和市售洗碗液对燕麦污渍、茶渍两轮洗涤后的平均得分

表5 配方1和配方5洗碗液对燕麦污渍、茶渍两轮洗涤后的平均得分

由表4可以看出，针对陶瓷餐碗上的燕麦污渍，配方2、配方3、配方4和市售洗碗液B的去污性能最好；其次是配方1；市售洗碗液A在这种情况下的去污性能最差，洗涤后还有大量的燕麦污渍残留。密胺餐碟上的燕麦污渍明显比陶瓷餐具上的更容易清洗，整体评分更高，配方1、配方2、配方4和市售洗碗液B的去污性能最好；其次是配方3；市售洗碗液A的去污性能同样是最差。在不锈钢餐碗上，配方3和市售洗碗液B的去污性能最好；其次是配方2、配方4；然后是配方1；最差是市售洗碗液A。针对陶瓷杯中的茶渍，每个配方均能完全清洗干净。由表5可以看出，配方1中将445N替换成PRIME 1，针对燕麦污渍的去污性能提升明显，可以完全洗干净密胺餐具上的燕麦污渍。

综合3种材质的餐具，使用PRIME 1搭配2584的配方和市售洗碗液B对于燕麦污渍去污性能最优。市售洗碗液A针对燕麦污渍的去除，无论是哪种材质的餐具，去污效果都比较差，原因可能是市售洗碗液A没有使用针对淀粉类污渍的淀粉酶。

菠菜污渍经过老化后非常难以清洗，使用自动洗碗机的快洗模式不能对该污渍进行有效的清洗，如图5，因此本次实验针对菠菜污渍，采用强力洗模式，相较于快洗模式，洗涤时间增长到90 min，洗涤温度提高到70 ℃。表6是实验配方和市售洗碗液针对菠菜污渍的两轮强力洗模式洗涤后的平均得分。

图5 快洗模式下使用市售洗碗液A对菠菜污渍进行清洗后的效果

表6 配方1～4和市售洗碗液对菠菜污渍两轮洗涤后的平均得分

由表6可以看出，陶瓷餐碗上的菠菜污渍最容易清洗，除使用配方2洗涤后还有极少量的菠菜渍残留外，其他配方和市售产品都能把污渍完全洗干净；在密胺餐碟上，配方2、配方3、配方4的去污性能最好，优于两个市售洗碗液，配方1在两者之间，去污性能差距不大；在不锈钢餐碗上，配方1和市售洗碗液A的去污性能最好，其次是配方4和市售洗碗液B，最后是配方2和配方3，配方间的去污性能差距同样不大。由表7可以看出，针对与菠菜污渍，配方1的去污效果优于配方5。

表7 配方1和配方5洗碗液对菠菜污渍两轮洗涤后的平均得分

对比可以看出，针对菠菜污渍，PRIME 1的优势和市售洗碗液A在燕麦污渍去除时的劣势都不明显。综合3种材质的餐具，2584或LF-45搭配445N的配方去污效果最优。

2.2 催干性能评估

家用自动洗碗机一般可添加漂洗剂实现对餐具的催干，而对于一般家庭，催干效果需求较商洗要低，且额外添加漂洗剂在工序上也会感到烦琐，特别是一些简单小型的家用洗碗机，只有一个装载槽，家庭成员往往不会做添加漂洗剂这道工序。因此，需要一款能够满足去污效果的同时，也能提供不错的催干漂洗效果的液体洗碗机洗涤剂。本次实验在洗碗机快洗模式清洗完燕麦污渍，以及强力洗模式清洗完菠菜污渍后，对餐具的催干效果进行评估。表8是在快洗模式洗涤后4种表活组合洗碗液和市售洗碗液催干效果得分，表9是快洗模式洗涤后2种分散剂洗碗液催干效果得分。

表8 快洗模式洗涤后配方1～4和市售洗碗液催干效果得分

表9 快洗模式洗涤后配方1和配方5洗碗液催干效果得分

从表8可以看出陶瓷餐碗的干燥速度非常快，洗涤后餐碗上的水珠量差别不大，仅仅有2～3滴；密胺餐碟相对难干燥，催干效果最好的是配方4，其次是配方1和2种市售洗碗液，配方2和配方3催干效果稍弱；不锈钢餐具最难干燥，经过洗碗机洗涤后拿出，仍然会有大量水珠附在餐具表面，配方4和2种市售洗碗液的催干效果略优于其他几个配方；茶杯同样是陶瓷材质，干燥速度快，洗涤后只有配方3和市售洗碗液A有极少量水珠附在茶杯上，其他配方洗涤后可完全干燥。从表9可以看出，更换了分散剂，催干效果不会有明显影响。综合3种材质的餐具，配方4表现最优。

菠菜污渍洗涤测试用的强力洗模式不同于快洗模式，强力洗模式在清洗和漂洗过后，会有6 min左右烘干时间，烘干结束后才停止程序，因此当程序结束拿出餐具时，餐具的干燥程度是高于快洗模式的。表10是强力洗模式洗涤后4种表活组合洗碗液和市售洗碗液催干效果得分，表11是强力洗模式洗涤后2种分散剂洗碗液催干效果得分。

表10 强力洗模式洗涤后配方1～4和市售洗碗液催干效果得分

表11 强力洗模式洗涤后配方1和配方5洗碗液催干效果得分

从表10可以看出，陶瓷餐碗在洗涤程序停止后拿出都可以达到完全干燥；密胺餐碟洗涤拿出后会还有少量水珠附在餐具上，其中配方3、配方4和2种市售洗碗液的催干效果最好，其他几个配方的催干效果稍弱一点；不锈钢餐碗在经过强力洗模式的烘干后，仍有大量水珠残留，其中配方1和市售洗碗液B的催干效果稍弱于其他几个配方和市售洗碗液A。从表11可以看出，更换了分散剂催干效果不会有明显影响。综合3种材质的餐具，配方3、配方4和市售洗碗液A配方表现最优。