肥皂性能的評定方法（一）

Yury Yarovoy，Albert J. Post（美國康涅狄格州特朗布爾聯(lián)合利華研究所）

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肥皂性能的評定方法（一）

Yury Yarovoy，Albert J. Post
（美國康涅狄格州特朗布爾聯(lián)合利華研究所）

摘 要：研究了全球肥皂廠家或研發(fā)實驗室采用的評定方法，這些評定的目的是為了確保其滿足生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，并最終保證消費者對他們購買到的肥皂產(chǎn)品感到滿意。一般來說，評定方法包括分析化學(xué)檢測（評定原材料和成品）、材料學(xué)法（評定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)）以及消費者可見屬性的直接測試（例如泡沫、濕皂觸感和磨損率）。這些檢測可在實驗室中進行或通過消費者評估進行。

關(guān)鍵詞：肥皂；檢測方法；泡沫評定；磨損率；觸感；香料；濕裂

本研究的重點為成品肥皂，對非成品肥皂的流變學(xué)特性也進行了研究。Wood對肥皂廠商及其原料（脂肪和脂肪酸）生產(chǎn)商常用的方法進行了詳盡論述（Wood，1990，1996）。由于這些方法本質(zhì)上是一樣的，因此，不可避免地會出現(xiàn)一些重復(fù)。

在討論肥皂的評定方法及其質(zhì)量控制時，應(yīng)當(dāng)注意到：目前僅有為數(shù)不多的國家（即印度、孟加拉國和肯尼亞）對肥皂產(chǎn)品特性及其檢測方法采用了官方標(biāo)準(zhǔn)。這幾個國家將肥皂納入了強制檢測的商品目錄中，其目的是為了保護消費者免受市面上不符合標(biāo)準(zhǔn)的劣質(zhì)產(chǎn)品的侵害。在其他國家中，消費者的認(rèn)可度是判定市售肥皂是否取得商業(yè)成功的唯一標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在已經(jīng)使用的很多評測方法在文獻中都有描述，各家公司均采用了符合其特定質(zhì)量要求評測方法。以下是我們調(diào)查的一些常用的測試步驟。

1 泡沫評定

由于起泡過程本質(zhì)非常復(fù)雜，因此要用儀器對肥皂的泡沫或起泡特性進行充分評定并非易事。泡沫的許多屬性（例如產(chǎn)生速度、體積、氣泡大小及其穩(wěn)定性）都會影響消費者對泡沫的總體感覺。泡沫產(chǎn)生的方式也對這些屬性有很大影響。到目前為止，文獻中已經(jīng)對許多評定技術(shù)和發(fā)泡儀器進行了描述。J. Ross和G. Miles在1941年提出了一種技術(shù)，可以測定傾倒溶液產(chǎn)生的發(fā)泡高度，這個方法現(xiàn)在通常稱為Ross-Miles泡沫實驗。該方法最終變成了檢測表面活性劑起泡性能的標(biāo)準(zhǔn)方法（美國材料與試驗協(xié)會ASTM，2007）。盡管此方法非常適用于洗滌劑溶液，但是它并不能很好地區(qū)分肥皂產(chǎn)品，也無法提供可靠的消費者對泡沫的感知。因此，許多肥皂廠商研發(fā)了很多其他評定方法。

肥皂能產(chǎn)生的泡沫數(shù)量是影響消費者接受度和偏愛的重要參數(shù)。根據(jù)印度標(biāo)準(zhǔn)局的說明，起泡要求是為了確保肥皂中含有足夠量的表面活性劑。印度標(biāo)準(zhǔn)局規(guī)定了判定起泡的方法（印度標(biāo)準(zhǔn)局，1983，1992），步驟如下：將5g肥皂樣品均勻磨碎（約0.5～2mm），在廚房食物混合器的混合瓶中加入100 mL 300ppm硬水，然后將肥皂樣品倒入硬水中。蓋上瓶蓋，將瓶子放在混合器上低速運轉(zhuǎn)60 s。然后將泡沫快速倒入量筒中，待泡沫頂面平整后立即測定。此方法必須加以校準(zhǔn)（通過調(diào)節(jié)混合器轉(zhuǎn)速）使得在混合器運轉(zhuǎn)60 s后，在室溫（27 ±2）℃情況下，100 mL 1%月桂基硫酸鈉溶液可產(chǎn)生（600±100）mL泡沫。此項測定應(yīng)當(dāng)使用3個樣品，測定結(jié)果記錄為平均數(shù)χ（測定結(jié)果總和除以測定結(jié)果的數(shù)量）和范圍γ（測定結(jié)果最大值和最小值之差）。在印度，如果表達式（χ－0.6γ）≥280mL，則認(rèn)為符合1級標(biāo)準(zhǔn)要求，≥240 mL符合2級標(biāo)準(zhǔn)要求，≥200 mL符合3級標(biāo)準(zhǔn)要求。

專利文獻中經(jīng)常提到的另一個常用泡沫評定方法是常規(guī)起泡檢測法（Wood，1990）。該方法也稱為量筒實驗，步驟如下：將規(guī)定量的肥皂溶解在去離子水中，將等分溶液倒入帶塞量筒中，搖晃量筒。泡沫凈體積可直接讀出，并且通過監(jiān)測泡沫高度與時間的函數(shù)也可測定泡沫穩(wěn)定性。此方法詳細(xì)說明如下：肥皂液（混懸液）濃度1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；量筒容積250 mL，其中加入50 mL溶液；上下顛倒量筒，每分鐘數(shù)次，共顛倒30次左右?？蓪Υ藢嶒炦M行若干修正，從而使其滿足特定要求。圖1所示的是簡化量筒實驗，用手晃動100 mL量筒（分別裝有10 mL濃度為1%的兩種不同肥皂溶液）。該實驗直接對比了泡沫體積（高度），并通過測定量筒底部液體消退的體積來監(jiān)測泡沫消退速率。

圖1 量筒手搖實驗中合成洗滌劑（左）和普通肥皂（右）產(chǎn)生的泡沫對比

最近，一種新型的自動化機械泡沫測試儀（SITA Foam Tester R2000）已經(jīng)上市（SITA Messtechnik GmbH，2008）。通過它可輕松測定和監(jiān)測起泡液的起泡特性。該儀器完全自動控制檢測程序（測量、清洗以及再灌注），所得出的檢測結(jié)果具有可復(fù)制性，可對檢測參數(shù)進行各種設(shè)置并且在完成檢測后可用自來水進行自動清洗。

上述所有檢測的共同特征是用預(yù)制皂塊溶液或懸濁液產(chǎn)生泡沫。由于沒有將皂塊握在手中（在水槽中或淋浴時使用）的步驟，而該步驟是肥皂溶解和泡沫產(chǎn)生過程中的重要因素，因此，相對于皂塊而言，這些實驗似乎更適用于液體洗滌劑。所以，為了更好地模擬實際使用情況，并在實驗室評定與消費者在淋浴時對泡沫的感受之間建立更好的相關(guān)性，人們已經(jīng)研發(fā)了很多實驗方法，其中包括在受訓(xùn)過的技術(shù)員手中產(chǎn)生泡沫。

為了客觀地對比不同的肥皂組成，并在不同鑒定者之間取得良好的可重復(fù)性與一致性，泡沫實驗在一系列嚴(yán)格條件下按照標(biāo)準(zhǔn)化方案來進行。技術(shù)人員在泡沫產(chǎn)生過程中對泡沫的奶油狀、致密度進行了主觀評價。

泡沫評定方法如下（Yarovoy，2003）：

? 皂塊預(yù)處理：戴上一次性手套，完全戴好后用肥皂清洗干凈，開始實驗之前沖洗所有檢測皂塊，時間至少1min。最好是在流水下搓洗20次左右。

? 在指定溫度下（一般是20～40℃），將5L已知硬度的水倒入碗中。每塊肥皂檢測過后進行換水。

? 撿起皂塊，將其浸入水中然后拿走。在兩手之間轉(zhuǎn)動皂塊15次。將皂塊放回肥皂盒中。

肥皂上產(chǎn)生的泡沫仍保留在手套上：

? 步驟1：用一只手（任意均可）的手指頭摩擦另一只手的手掌10次。

? 步驟2：用左手緊握右手，反之亦然，將泡沫推向指尖。用手反向重復(fù)操作。每只手重復(fù)進行此操作5次。

重復(fù)步驟1和步驟2。

? 將泡沫放入校準(zhǔn)燒杯中。

? 再重復(fù)整個泡沫產(chǎn)生過程2次，將所有泡沫裝入燒杯中。

? 輕輕攪動裝入的泡沫，排出其中的空氣。讀取泡沫體積并記錄下來。

另一個用于評定手中產(chǎn)生泡沫的常用方法稱為倒置漏斗法（Farrell&Nunn，2005）。該方法需要使用1個大測量漏斗和2個大水槽。將直徑10?英寸的塑料漏斗裝到去除底部的量筒上。量筒容積最小100 mL。漏斗與量筒應(yīng)當(dāng)連接緊密、牢固。在進行測定前，將測量漏斗放入其中一個水槽中，向水槽中加水一直達到量筒上的0 mL標(biāo)志。測定方法包括以下步驟，其中一些步驟在圖2中有所說明。

? 打開第2個水槽的龍頭，將溫度設(shè)定為95oF （35℃）。

? 雙手握著皂塊放在流水下，將皂塊轉(zhuǎn)動10個半圈。

? 將手和皂塊從流水下拿開。

? 將皂塊轉(zhuǎn)動15個半圈，然后放到一邊。

? 激起泡沫10 s。

? 將漏斗放在手上。

? 將手和漏斗放入第一個水槽中。

? 一旦雙手完全浸沒，將雙手從漏斗下方抽出。

? 將漏斗放到水槽的底部。

? 讀取泡沫體積。

? 將帶有泡沫的漏斗從第一個水槽中取出，在第二個水槽中進行沖洗。

應(yīng)使用幾塊皂塊進行測定，泡沫體積取平均值。

如果進行評定的目的是為了把新的肥皂雛形與對照物對比，應(yīng)當(dāng)使用成對比較來進行數(shù)據(jù)分析，包括計算最小顯著差數(shù)值（LSD）。每個皂塊記錄6次結(jié)果取其平均值，在每個皂塊的平均結(jié)果之間進行成對比較。如果泡沫體積差距大于LSD，那么可認(rèn)為該產(chǎn)品產(chǎn)生的泡沫數(shù)量“具有顯著性差異”。

2 磨損率和糊爛度

磨損率（ROW）是繼泡沫特性之后皂塊最重要的特性之一。特別是在發(fā)展中國家更是如此，皂塊的經(jīng)濟性（或性價比）往往有力地左右那里消費者的購買意愿。ROW的實驗室評定是一項相對簡單的實驗，只需沖洗皂塊數(shù)次，最后稱量洗滌后皂塊的重量損失即可。ROW常被報道為每次洗滌后的皂塊重量損失（單位為g）。當(dāng)比較不同重量皂塊的ROW 時，應(yīng)當(dāng)將ROW 值統(tǒng)一為100g皂塊的磨損率值，或表示為皂塊重量百分比。ROW常與糊爛度密切相關(guān)，糊爛度越高，ROW值越大。

盡管此方法看似簡單，但為了使實驗室數(shù)據(jù)與消費者感受具有更好的相關(guān)性，研究人員也對其進行了許多細(xì)微改變。下面將用從專利文獻中任意選擇的三項實驗描述加以說明，這些實驗描述的目的在于增加復(fù)雜性。

(1) 將一塊預(yù)先稱重過的皂塊放在流水下浸濕，然后在實驗人員的手中轉(zhuǎn)動15次。將皂塊放在支架上。每隔半小時重復(fù)1次，共10次。在室溫下干燥16h，然后稱量皂塊重量。重量差乘以100再除以皂塊初重，得到皂塊磨損率百分比（Abbas&Hui，2004）。

(2) 此項評定進行4天，為的是模擬日常使用情況（Subramanyan等，1996）。記錄皂塊的初重。幾個人在32～38℃的溫水中洗滌皂塊10s。將皂塊放入帶有網(wǎng)格的肥皂盒中，這樣水可以流走。洗滌之后最少讓皂塊干燥30min再進行第二次洗滌。皂塊共洗滌20次，每次10s，然后在再次稱量前干燥24h。將結(jié)果報告為每100g皂塊每次使用引起的重量損失量。

(3) 在本實驗中，向肥皂盒中加水使得肥皂形成糊狀物。稱量待檢皂塊的重量。安裝一個含有40.5℃水持續(xù)流動的8L水桶。將皂塊浸沒在水中，取走，然后在手中轉(zhuǎn)動20次。重復(fù)以上步驟。再次浸沒皂塊，除去上面粘附的泡沫，放在肥皂盒中，在25℃下晾干，直到相對濕度達到50%左右。每2h重復(fù)1次，8h為一周期。將皂塊放在肥皂盒中，在25℃下干燥12h,直到相對濕度達到50%左右，然后再重復(fù)上述步驟（8h一周期）。將皂塊放在肥皂盒中，加入10g去離子水，然后將皂塊浸入水中。在8h周期內(nèi)應(yīng)加入以下操作：首個2h后，向肥皂盒中加入10g水；4h后再向肥皂盒中加入10g水（總共20g）；6h后再向肥皂盒中加入10g水（總共30g）；整個8h一周期，按照上述方式操作。然后干燥12h。記下12h后的皂塊重量，磨損率就是皂塊的重量損失百分比（Brennan等，2008）。

圖2 技術(shù)人員使用倒置漏斗法對泡沫進行測定

當(dāng)皂塊與水接觸一段時間（幾小時）后，就會在其表面形成一層柔軟疏松的糊狀物，大多數(shù)皂塊均有此特性，這與磨損率息息相關(guān)。在隨后的使用中，這些糊狀物很容易沖洗掉，從而形成泡沫和皂塊損耗。在專利文獻中，人們發(fā)明了不同術(shù)語來描述此種現(xiàn)象。例如，Cussons和聯(lián)合利華將其表示為“糊狀物”（mush），寶潔使用了“黏稠物”（smear），高露潔稱其為“脫落物”（slough）。形成過多糊狀物是不利的，因為它代表皂塊的損失量，也會導(dǎo)致磨損率更大。

有兩種不同方式可以在實驗室環(huán)境下形成糊狀物并對其進行評測。一是將皂塊浸沒在盤子中；二是將懸浮的皂塊浸在水中。

步驟1：將皂塊放入小盤中，加入30g水，將皂塊浸泡24h。然后用鈍刀片將糊狀物層輕輕地刮掉。測量糊狀物層的重量Wm，然后除以皂塊浸沒前的初重Wi，即得到糊狀物層的重量百分比，χm=Wm/Wi。皂塊刮去糊狀物層后的最終重量也要測定。水分吸收重量百分比χu可計算為χu= （Wm+Wf-Wi）/Wi。一般來說，用此方法評定同一成分的3個皂塊樣品，然后報道平均χm和χu。

步驟2：將皂塊切割成7cm×4cm×2cm ，然后將一根金屬絲切入皂塊的中間部位（3.5cm標(biāo)志處）。在溫度25℃下將一半皂塊（到金屬絲的位置）放入去離子水中2 h。在此之后，去掉皂塊，放水30s，稱量皂塊重量。稱量結(jié)果是皂塊、糊狀物和吸收水的重量之和。稱重后將糊狀物從皂塊上刮去，將皂塊干燥12h。初始干燥皂塊和最后干燥皂塊的重量差（計算為50cm2皂塊表面積）就是糊狀物的重量（g）。浸沒皂塊和初始干燥皂塊的重量差即是吸水量（Brennan等，2008）。

這些方法也有許多改良方案。例如，用手而不用刮刀去除糊狀物層，盤中浸沒時間減少到17h，浸沒溫度增加到35～40℃。在本實驗中，糊狀物形成引起的重量損失記錄為每100g的損失量?？夏醽啒?biāo)準(zhǔn)局建議對步驟1進行改進，即將待檢皂塊放在濕潤織物上而不是放在有水的盤子中，而印度將步驟2作為標(biāo)準(zhǔn)步驟。

受過培訓(xùn)的技術(shù)人員也可使用主觀尺度對糊狀物（或黏稠物）進行分級，用手指觸摸皂塊并考慮到黏稠物的種類以及數(shù)量從而對皂塊糊狀物進行分級。實驗步驟如下：①將皂塊放在直徑1400mm圓盤中的架子上；②向盤子中加入200 mL室溫水，使得皂塊底部3mm浸沒在水中；③讓皂塊浸沒15h ；④將皂塊翻轉(zhuǎn)過來，在1～10量級上對粘稠物的總體數(shù)量、特性和深度進行定量分級，其中10說明沒有粘稠物，8.0～9.5說明粘稠物數(shù)量較少，5.0～7.5說明有中等粘稠物（與市面上最常見的皂塊類似），4.5或更小說明粘稠物非常之多。

3 濕裂

已經(jīng)有很多文獻論述了濕裂（皂塊在反復(fù)使用過程中出現(xiàn)的開裂）現(xiàn)象，它是在皂和水相互作用過程中，宏觀和微觀結(jié)構(gòu)斷層受壓時產(chǎn)生的。很多因素對裂縫的形成有影響：肥皂成分、肥皂包裝線的效率（擠壓過程中的緊實度）以及肥皂形狀。

評定濕裂的一般方法包括以下步驟：①在恒溫條件下將皂塊完全浸入水中一段時間。②排水，然后將皂塊在浸泡溫度下干燥16～24h。③通過與照片或插圖比對進行目測評價（Marchesani，1979）。圖3所示的照片用6點量級（0～5）（Geoffrey，2005）對頂部和底部裂縫進行了分級：0表示沒有裂縫，5表示裂縫非常嚴(yán)重而難以接受。

這個方法也有很多改良方案。例如，最近的高露潔專利（Colwell&Pflug，1991）提供了以下的濕裂檢測細(xì)節(jié)：在室溫下（24℃）將皂塊懸浮在自來水中4h，然后在進行測定前干燥24h。用0（無）～5（嚴(yán)重）量級對皂塊表面產(chǎn)生的裂縫進行分級，然后進行總和。例如，一塊肥皂有5條1級裂縫，還有2條4級裂縫，那么其總的評分為13。如果總評分大于25，那么該皂塊是難以讓人接受的。浸沒時間也可能會縮短（例如0.5h或1h），然后用0～5量表對裂縫進行評級（Sonenstein，1981）。

浸濕和干燥的周期數(shù)也可能會改變，并且可能增加一個新步驟（沖洗）從而使得實驗條件與實際使用情況更加貼切。例如，Hyeon（Hyeon，2005）描述了一項實驗，在該實驗中，將皂塊浸泡在3℃的自來水2h。浸泡2h后將泡脹部分從肥皂上除去,并用冷的流水輕輕沖洗。然后在室溫下將皂塊干燥1h。將此步驟重復(fù)3次，然后將皂塊放入30℃恒溫器中干燥24h并對裂縫進行評級。

圖3 皂塊濕裂視覺量級

圖4 皂塊砂礫感的視覺量級

4 濕皂觸感

濕皂觸感是消費者在水槽中或淋浴使用肥皂時的感受。皂塊沖洗實驗是用來發(fā)現(xiàn)肥皂表面的缺陷，比如像砂礫、沙子或粗糙的感覺。一般消費者對肥皂表面質(zhì)量相當(dāng)敏感，哪怕非常小的瑕疵也會引起不快。濕皂觸感實驗（判定砂礫感）是一項強制性實驗，必須將肥皂送到印度標(biāo)準(zhǔn)局進行檢定。該局規(guī)定了下列實驗步驟：將肥皂放在30℃流水下，在肥皂兩側(cè)用手掌輕輕摩擦1min。肥皂表面摸起來應(yīng)當(dāng)感覺光滑而不粗糙。將肥皂露天干燥4h，然后檢查肥皂表面。如果肥皂表面沒有明顯的雜質(zhì)粒子，那么該肥皂檢測合格。圖4表示肥皂表面砂礫感的視覺等級，在量級上可評定為0～5。

由于濕皂觸感是一項觸覺（而非視覺）感受，因此一組由塑料鑄造的肥皂也可憑感覺用于校準(zhǔn)評級量級，這些肥皂表面的砂礫和沙質(zhì)感不同。這樣的參照量級在產(chǎn)品研制和工廠質(zhì)量控制方面是很有用處的。

在沖洗過程中有另一個濕皂特性具有同等重要性，那就是肥皂滑動性（也就是阻力）。就材料學(xué)而言，濕皂觸感測定的是產(chǎn)品與皮膚之間的摩擦力，這可使用摩擦實驗設(shè)備（業(yè)已用于皮膚摩擦學(xué)）進行評定（Sivamani，2003）。然而，尚未發(fā)現(xiàn)有人將此類皂塊測定付諸實踐。也許，可以直接詢問消費者該產(chǎn)品的濕皂觸感如何，這樣進行的評定效果最好。 （未完待續(xù)）

（上海制皂有限公司 劉偉毅 譯，張育新 編校）

中圖分類號：TQ648

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-2701（2016）04-65-06