肥皂性能的評定方法（二）

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

肥皂性能的評定方法（二）

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

研究了全球肥皂廠家或研發(fā)實(shí)驗(yàn)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(fèi)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(fèi)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(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行或通過消費(fèi)者評估進(jìn)行。

肥皂；檢測方法；泡沫評定；磨損率；觸感；香料；濕裂

（上接第4期第70頁）

5 皮膚溫和性

經(jīng)常使用普通肥皂以及其他清潔產(chǎn)品可能導(dǎo)致皮膚越來越干燥緊繃。對于干燥敏感性皮膚的人群來說，在寒冷干燥的季節(jié)用這些清潔產(chǎn)品洗臉時，情況尤為嚴(yán)重?？梢酝ㄟ^臨床人體實(shí)驗(yàn)和各種實(shí)驗(yàn)室分析體外實(shí)驗(yàn)對清潔產(chǎn)品引起皮膚干燥以及對皮膚產(chǎn)生刺激的可能性進(jìn)行評定。由于進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn)費(fèi)用通常較高，因此一開始用體外實(shí)驗(yàn)來篩選產(chǎn)品不失為一個好辦法。

玉米醇溶蛋白實(shí)驗(yàn)（zein test）是最常見的溫和性實(shí)驗(yàn)之一，該實(shí)驗(yàn)通過測定清潔堿性溶液中非水溶性玉米醇溶蛋白（zein）的溶解性來判定肥皂對蛋白質(zhì)的影響。Goette和Schwuger已經(jīng)證明表面活性劑對玉米醇溶蛋白的溶解力與其對皮膚的刺激性密切相關(guān)。玉米醇溶蛋白含量越低，那么該產(chǎn)品對皮膚越溫和。一般來說，該實(shí)驗(yàn)包括測定溶解玉米醇溶蛋白的百分比，步驟如下：

（1） 準(zhǔn)備30g 1%清潔堿性溶液；

（2） 加入1.5g玉米醇溶蛋白，混合1h；

（3） 在3000r/min轉(zhuǎn)速下離心30min；

（4） 提取顆粒，用水沖洗，在真空狀態(tài)下干燥24h（或達(dá)到恒重）；

（5） 測定干燥顆粒的重量。

用下列公式計算溶解玉米醇溶蛋白的百分比（Post等，1998；Fujiwara，1999）：

溶解的玉米醇溶蛋白= ［1- （ 干燥顆粒重量/1.5 ）］×100%

可以使用前臂對比應(yīng)用實(shí)驗(yàn)（FCAT）對肥皂的溫和性進(jìn)行最終評定。FCAT是評測個人清潔劑相對刺激性的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法（Ertel，1995）。該實(shí)驗(yàn)通常由獨(dú)立的注冊實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作。FCAT使用暴露法對洗滌前、中、后的皮膚狀況進(jìn)行評定。該方法是以消費(fèi)者洗滌習(xí)慣和大量儀器分析技術(shù)（例如皮膚傳導(dǎo)率和經(jīng)表皮失水）為依據(jù)的，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后肉眼觀察皮膚的干燥度和發(fā)紅（紅斑）情況。

6 香料

盡管香料對肥皂的清潔功效沒有任何作用，但它能吸引消費(fèi)者，提高產(chǎn)品形象，并能增加消費(fèi)者對產(chǎn)品性能的主觀好感。香料可以掩蓋原料的基本氣味，這是其重要作用之一。該功能只能由專家小組進(jìn)行評定（通常在香料間進(jìn)行）；香料的另一個作用是在使用肥皂時以及使用后產(chǎn)生愉悅的嗅覺感受，淋浴時香料從肥皂中的釋放能力，肥皂中香料隨時間推移的保留能力以及香料在皮膚上的附著力都與此密切相關(guān)。這些都可以使用頂空分析儀進(jìn)行測定。該方法先捕獲蒸氣，然后用常規(guī)氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）進(jìn)行分析。最近有一種方法在分析實(shí)驗(yàn)室中取得了廣泛應(yīng)用，即固相微萃?。⊿PME），該方法不需要使用有機(jī)溶劑和復(fù)雜的儀器。使用此方法時，蒸氣吸附在細(xì)纖維頭上，然后直接注入GC-MS中。關(guān)于該方法的更多詳情可在其他文獻(xiàn)中找到（Smith，2004）。

使用SPME法評定頂空香料一般包括以下幾步：將肥皂放入罐中并用聚乙烯薄膜覆蓋；在醞釀期過后，將事先準(zhǔn)備好的100pm PDMS纖維插入罐中進(jìn)行頂空萃取30min；萃取完成后用GC-MS進(jìn)行分析。氣相色譜柱以及解吸溫度的具體情況與所用的氣相色譜-質(zhì)譜儀的種類有關(guān)。

該方法可用來測定整皂、皂泥或稀釋溶液的頂空（以此來測定洗滌期間香料的釋放情況），也可測定皮膚頂空，從而確定洗滌后香料的吸附性。圖5所示的是后面的這種實(shí)驗(yàn)。在此實(shí)驗(yàn)中，用待檢肥皂清洗前臂皮膚，然后用玻璃罐覆蓋這塊皮膚，最后將吸附香料的微纖維放入罐內(nèi)。

圖5 使用SPME評定香料特性

7 用戶小組評定

肥皂評定中也包括采用受過培訓(xùn)（專業(yè)）或未受過培訓(xùn)的小組成員來進(jìn)行產(chǎn)品測試。多數(shù)消費(fèi)品公司在產(chǎn)品研制的一個或多個階段采用消費(fèi)者測試小組或?qū)＜倚〗M進(jìn)行評定。由幾百人組成的評定小組可用來證實(shí)新的樣品是否滿足上市標(biāo)準(zhǔn)。在研發(fā)的早期和中期階段，專業(yè)小組或未受訓(xùn)小組的評定常有助于指導(dǎo)配方研制，因?yàn)檫@些人員可以對產(chǎn)品的一個或多個感官特性進(jìn)行評定，而這些是很難通過儀器分析技術(shù)進(jìn)行定量的。

實(shí)驗(yàn)可以使用儀器對產(chǎn)品特征（例如泡沫體積、糊狀物、濕皂觸感以及洗滌后的皮膚感覺）進(jìn)行定量評定或通過受訓(xùn)技術(shù)人員進(jìn)行評定，但有時確定消費(fèi)者偏好或感覺的最好方法可能還是人的評定。例如對肥皂的香氣進(jìn)行評定。氣相色譜儀確實(shí)可以檢測到產(chǎn)品釋放到空氣中的分子并對其進(jìn)行定量測定，然而對香氣是否喜歡則是由人定性判定的。因此，運(yùn)用專業(yè)或非受訓(xùn)消費(fèi)者測試小組有助于為產(chǎn)品選擇合適的香料，并且可以將專門小組成員的定性判定繪制到量表上，從而得到定量測定。就泡沫來說，盡管通過儀器或?qū)I(yè)測量器可以定量測定泡沫體積或泡沫產(chǎn)生速度，但消費(fèi)者感覺體驗(yàn)仍然會影響到產(chǎn)品的接受度。儀器測定可能無法與消費(fèi)者偏好充分相關(guān)，或者說儀器測定可以區(qū)分那些一般消費(fèi)者感受不到的細(xì)微差別。在這種情況下，小組測試提供了最相關(guān)的產(chǎn)品鑒定，并且熟悉一些消費(fèi)者實(shí)驗(yàn)的基本情況對產(chǎn)品研發(fā)工程師來說也是有用的。

M o s k o w i t z已經(jīng)論述了消費(fèi)者測試步驟（Moskowitz，1984）。實(shí)驗(yàn)記錄了幾個測試方法可供使用，這些方法所用的小組人數(shù)較少，并且有助于指導(dǎo)早期的產(chǎn)品研發(fā)。正如三角形實(shí)驗(yàn)或相同-不同實(shí)驗(yàn)（帶有2個原型）一樣，也可以使用強(qiáng)迫選擇實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)需要的專門小組成員人數(shù)相對較少。小組成員需要區(qū)分出一組3個樣本中的不同產(chǎn)品，或者他們需要判斷2個產(chǎn)品是否相同；如果不同的話，需指出差別何在。大量系統(tǒng)誤差需要避免，如果小組成員得到太多信息的話，期望誤差就會增加。這些信息可能包括虛假暗示，比如當(dāng)我們在原型上貼上虛假標(biāo)簽（如“1”或“a”），雖然此標(biāo)簽與雛形產(chǎn)品的真實(shí)特性毫不相干，但卻可引起人們的普遍偏見（例如，更加關(guān)注貼有“1”或“a”標(biāo)簽的產(chǎn)品）。為雛形產(chǎn)品隨機(jī)分配三位數(shù)代碼可以避免此類期望誤差。另一個系統(tǒng)誤差是位置誤差。在三點(diǎn)實(shí)驗(yàn)法中，不應(yīng)該將3個樣品排成一行。這是因?yàn)榕懦梢恍械脑?，人們都傾向于選擇中間的樣品。因此，應(yīng)該將雛形樣品排成三角形，這也就是此方法的名稱來源。另外，在小組成員對比多個雛形樣品的實(shí)驗(yàn)中，對每個小組成員而言，這些樣品都必須隨機(jī)排列。各種不同的產(chǎn)品感官檢驗(yàn)操作要求已被寫入標(biāo)準(zhǔn)，從而避免這些錯誤的發(fā)生（ASTM E1885-04關(guān)于三角測試）。

8 皂塊硬度

清潔用皂塊的硬度這一產(chǎn)品特性通常并不能左右消費(fèi)者的接受度，這是因?yàn)榻^大多數(shù)市售商品在這方面的差別很小，以至于消費(fèi)者感覺不出來。所有產(chǎn)品應(yīng)該在室溫下存在一個硬度的閾值，儀器實(shí)驗(yàn)檢出的差異在觸摸時通常并不能感知出來。因此，就肥皂硬度而言，消費(fèi)者的基本要求是手握皂塊時不要變形。然而，肥皂必須有一定的韌性，以便當(dāng)對其快速施加較大壓力時（例如使用者丟掉肥皂），肥皂僅會凹陷而不會碎掉。清潔皂塊的相結(jié)構(gòu)保證了其具有這種特性。在室溫下進(jìn)行的清潔皂塊硬度實(shí)驗(yàn)僅用于在研發(fā)過程中明確排除不合適的組成成分。

硬度實(shí)驗(yàn)在生產(chǎn)車間很重要，因?yàn)槟骋环秶漠a(chǎn)品硬度可使得工廠生產(chǎn)效率最高并且生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量最好。對于通過擠壓和沖壓生產(chǎn)出來的肥皂而言，如果太軟，肥皂上面將有很多沖壓缺陷；而如果肥皂太硬的話，擠出速度會不穩(wěn)定或者擠出速率有限，達(dá)不到所期望的生產(chǎn)效率。對鑄造生產(chǎn)的皂塊而言，如果太軟的話，也可能會有處理缺陷，但擠壓和沖壓生產(chǎn)對肥皂硬度更敏感，因此我們的評價方法主要考慮擠壓皂塊。由于原料特性（例如脂肪鏈長分布或濕度）以及環(huán)境因素（例如廠房外界條件或儲藏條件）不同（兩者均會導(dǎo)致產(chǎn)品在進(jìn)入擠壓過程中含水量和溫度變化），哪怕組成成分相同，車間生產(chǎn)出的不同批次產(chǎn)品的硬度也會不同。

在工廠環(huán)境下清潔皂塊最實(shí)用的硬度表征方法包括用針、圓錐或金屬絲進(jìn)行壓入或穿透實(shí)驗(yàn)。這些設(shè)備生產(chǎn)廠家可能將此測定叫做硬度實(shí)驗(yàn)，或者叫屈服應(yīng)力（或緊致度）測定。穿透實(shí)驗(yàn)原理如下：利用圓錐的自身重量使其進(jìn)入肥皂樣品中，圓錐的下沉運(yùn)動受到肥皂阻力的阻礙。當(dāng)足夠多的圓錐進(jìn)入到肥皂中以至于肥皂材料的變形阻力與圓錐負(fù)重相當(dāng)時，穿透最終停止下來。穿透深度用作產(chǎn)品柔軟度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。換句話說，圓錐穿透停止時的平衡力可用于確定硬度H，公式如下：

其中W代表引起變形的總負(fù)荷（重量），Ac代表接觸面積（用穿透深度 d 和圓錐角度α表示）（見圖6）。雖然該公式可以對不同圓錐及負(fù)重的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，但最好能固定圓錐及負(fù)重，僅需記錄穿透深度。

公式（1）中的硬度H的單位為應(yīng)力。它可能與屈服應(yīng)力（即引起物質(zhì)流動所需的最小應(yīng)力）有關(guān)，這是因?yàn)閳A錐實(shí)際上已經(jīng)停止運(yùn)動，物質(zhì)自身在阻止H應(yīng)力引起的變形。由于存在兩種應(yīng)力，即張應(yīng)力（沿著外力方向）和摩擦應(yīng)力（與圓錐表面相切），因此難以對該實(shí)驗(yàn)的基本物質(zhì)參數(shù)進(jìn)行分析。要想?yún)^(qū)分這些影響，需要更加詳盡地了解軟固體（如肥皂）的材料性質(zhì)。關(guān)于壓痕實(shí)驗(yàn)及其與屈服應(yīng)力之間的關(guān)系，更多詳情請參閱其他文獻(xiàn)（Adams等，1996）。該實(shí)驗(yàn)的另一個難點(diǎn)在于，肥皂在負(fù)載作用下繼續(xù)變形，因此，圓錐看起來停止運(yùn)動的時間點(diǎn)的選擇具有較大不確定性。如果等待兩倍時長或者十倍時長，那么圓錐的穿透深度會更大一些。實(shí)驗(yàn)僅僅只是接近零穿透速度而已。因此，進(jìn)行錐形穿入計實(shí)驗(yàn)及類似實(shí)驗(yàn)需要選擇相同條件，包括重量規(guī)格、穿透器幾何形狀以及接觸時間?？梢允褂靡恍┥约痈牧嫉臉?biāo)準(zhǔn)方法，例如適用于錐體穿透礦脂、針穿透瀝青材料或石油蠟的標(biāo)準(zhǔn)ASTM實(shí)驗(yàn)（ASTM，2004-2007）。

圖6 錐形穿入計

圖7所示為比較少見的穿透器，它是使用金屬絲穿過肥皂的。注意肥皂橫切面是放在支架上的方式。正如圓錐穿透器一樣，當(dāng)金屬絲穿透足夠多的肥皂以至于肥皂阻力與金屬絲重量相當(dāng)時，金屬絲停止運(yùn)動。針對金屬絲的幾何形狀，硬度被定義為投影面積上的作用力：

其中L是金屬絲停止運(yùn)動時支撐其重量的肥皂長度，d表示金屬絲的直徑。與前述實(shí)驗(yàn)一樣，由于金屬絲會繼續(xù)穿透肥皂（盡管非常緩慢），應(yīng)當(dāng)隨意選擇接觸時間（1min較為合適）。

圖7 金屬絲穿透器

另一種實(shí)驗(yàn)是將肥皂設(shè)定為恒定應(yīng)變率（探針恒速運(yùn)動），并測定維持此應(yīng)變率所需的力量。與探針移動相關(guān)的力量或應(yīng)力有時被稱為錐入度。最早報道的肥皂硬度實(shí)驗(yàn)是由Bowen和Thomas以及Void和Lyon完成的，Barnes對其中一些試驗(yàn)進(jìn)行了闡述。這些研究人員使用的是切面測定法，即金屬絲運(yùn)動穿透物質(zhì)。Barnes對初始研究進(jìn)行了重復(fù)實(shí)驗(yàn)，并將他得到的結(jié)果表示為張應(yīng)力σ和張性應(yīng)變率ε，公式如下：

其中?是移動穿透肥皂的金屬絲長度，R代表金屬絲半徑，V是金屬絲的速度，K1和K2是無量綱常數(shù)。他建議K1和K2可視為一樣。最先工作人員報道了指定V（或者在極限情況下V接近0）時所需的力量。Barnes將張應(yīng)力繪制成ε的函數(shù)圖，并推斷出ε=0，這為拉伸流動提供了有效屈服應(yīng)力。他發(fā)現(xiàn)一般香皂的屈服應(yīng)力范圍為2×105～5×105Pa。

可以使用儀器進(jìn)行各種探針的恒應(yīng)力或恒應(yīng)變率實(shí)驗(yàn)。通用穿透器是一種簡單設(shè)備，將負(fù)重針或圓錐放在物質(zhì)中然后測量最大穿透深度；Humboldt制造公司生產(chǎn)了一款這種儀器（Humboldt制造公司，2008）。這是恒應(yīng)力實(shí)驗(yàn)，該設(shè)備報告了穿透深度但沒有報告如公式（1）所示的硬度。正如美國材料與實(shí)驗(yàn)協(xié)會所述，用于測定瀝青材料硬度的ASTM試驗(yàn)D5-05a描述如何使用這種穿透器。有一種叫砂型表面硬度計（473“B”比例模型）的手持簡易設(shè)備可能適合測定生產(chǎn)線上的肥皂，該設(shè)備是由Dietert公司生產(chǎn)用于鑄造業(yè)測定濕砂模硬度的（Dietert鑄造試驗(yàn)設(shè)備公司，2008）。該設(shè)備使用簧壓圓珠筆樣穿透器并測定其穿透深度。Stable Micro Systems公司銷售的物性分析儀是一種更復(fù)雜的穿透器，它在食品制造業(yè)有著廣泛的運(yùn)用（Stable Micro Systems公司，2008）。有很多穿透工具可供操作者選擇。根據(jù)穿透速度和最大穿透深度可確定最大力量。Chacillon機(jī)械測試儀（MT150系列）是另一種精密穿透器，它可得出力與穿透速度的函數(shù)（Chatillon Brand Products，2008）。

9 流變學(xué)特性

流變學(xué)研究的是物質(zhì)的流動和形變特性（Macosko，1994）。測定肥皂硬度只是其流變特性的一個方面。要想更好地了解擠壓和沖壓操作過程中的肥皂特性，需要對肥皂流變學(xué)特征有更深入的了解。1980年發(fā)表的一篇綜述（Barnes，1980）是目前公開文獻(xiàn)中對此主題進(jìn)行的最全面的相關(guān)討論。近些年來，同行評議的科學(xué)文獻(xiàn)很少刊載皂塊材料的流變學(xué)，已出版作品，則主要針對于專利技術(shù)。

在常規(guī)擠壓加工溫度下（38～45℃），膠體長度量表（≈0.001～1μm）上的肥皂材料結(jié)構(gòu)是粘性流體中各種固體的濃縮混懸液，它被比作“磚和灰漿”（Hill&Moaddel，2004）。固體磚大部分由C16和更長鏈飽和脂肪肥皂結(jié)晶組成，將其嵌入連續(xù)灰漿相（由C12、較短飽和肥皂、C18不飽和肥皂、水和鹽組成）?？稍诨覞{相中撒入其他固體，如滑石、粘土和淀粉。由15%濕度條件下皂塊（僅由80/20牛羊油/椰油皂組成）的已知鏈長分布可知，結(jié)晶磚（或長鏈脂肪肥皂結(jié)晶）約占重量的42%?；覞{是固體和液體的混合物，兩者的相對數(shù)量取決于溫度。實(shí)驗(yàn)只期望在加工溫度范圍內(nèi)約有一半的灰漿為固體。

肥皂的相結(jié)構(gòu)決定了它的流變性質(zhì)，而流變性質(zhì)又決定了擠壓和沖壓極限。擠壓生產(chǎn)線通常由沖壓機(jī)控制。設(shè)定好沖壓率，控制系統(tǒng)將調(diào)節(jié)擠壓機(jī)使其出皂率達(dá)到指定要求。因此，也要相應(yīng)調(diào)節(jié)擠壓機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速。當(dāng)肥皂原料通過擠壓處理時其溫度通常會升高，擠壓過程通常由一臺或多臺精制機(jī)和一臺最終擠壓機(jī)完成。肥皂的溫度升高有效調(diào)節(jié)了灰漿相的液體比率，從而使得肥皂擠出率可達(dá)到指定要求。對于指定肥皂原料而言，存在一個螺桿轉(zhuǎn)速對應(yīng)于最大生產(chǎn)量。超過該螺桿轉(zhuǎn)速，生產(chǎn)量會下降，這是因?yàn)榉试戆褰Y(jié)住了，也就是說，肥皂在螺桿上旋轉(zhuǎn)。板結(jié)源于形成了過多的液相，液相減少了擠出機(jī)料筒壁的摩擦力。肥皂配方的相結(jié)構(gòu)及其引起的流變學(xué)應(yīng)當(dāng)使得擠出率達(dá)到?jīng)_壓機(jī)的要求，但是溫度升高太多會引起過度軟化，從而使得沖壓缺陷的發(fā)生概率增大。因此，肥皂流變學(xué)特征（特別是與溫度的函數(shù)關(guān)系）可用來研究配方的處理極限。

“軟固體”這一用詞很適合用來描述肥皂材料。軟固體在短時經(jīng)受微小應(yīng)變時表現(xiàn)為彈性固體；當(dāng)經(jīng)受較大應(yīng)力時，會變形且不會恢復(fù)原樣；如果施加應(yīng)力超過臨界值（屈服應(yīng)力），那么它會像液體一樣流動。此類材料有一個簡明的科學(xué)名稱：粘彈塑性流體。Hooke定律定義了屈服應(yīng)力σy下應(yīng)力σ和應(yīng)變ε之間的關(guān)系

其中E為彈性模量，Herschel-Bulkley方程式表明了屈服應(yīng)力下應(yīng)力和應(yīng)變率之間的關(guān)系：

其中k稱為稠度指數(shù)，n稱為流動指數(shù)。方程式（5）和（6）所示特性在圖8中用虛線予以表示。屈服應(yīng)力的測定取決于所用的實(shí)驗(yàn)方法，方程式（5）和（6）所控范圍之間的顯著性差異是理想化的。Barnes已經(jīng)證明軟固體都不具有真實(shí)屈服應(yīng)力，因?yàn)橹灰覀兊却銐蜷L的時間，在有限應(yīng)力作用下，幾乎所有的軟固體材料均會流動或變形。盡管發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象，但方程式（6）在描述軟固體（如肥皂）的流動特性方面仍然具有深遠(yuǎn)意義。

圖8 軟固體的流變特性

將軟固體擠壓通過孔口可用于實(shí)際評測其屈服應(yīng)力，同時還能獲得流動稠度和流動指數(shù)。利用毛細(xì)管流變儀裝置使用孔板配件可進(jìn)行此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。用直徑為Dt的壓頭將肥皂壓過圓筒（筒徑=Dt）底部上的孔口（直徑為D），用力傳感器記錄壓頭以Vt速度運(yùn)動所需的壓力F。Benbow等（Benbow&Bridgewater，1993）得出了一條關(guān)于沖壓通過孔口糊狀物壓降的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，通常稱為Benbow-Bridgewater方程式：

其中V是物質(zhì)的出口速度，P代表壓降。測定的壓頭上的施加力F與P的關(guān)系為，出口速度V與壓頭速度Vt的關(guān)系為V = Vr（ Dr/ D ）2。方程式（7）的σy和n是Hershel-Bulkley關(guān)系（方程式（6））中的屈服應(yīng)力和流動指數(shù)，C為常量?？梢酝ㄟ^對實(shí)驗(yàn)壓差和速度繪制函數(shù)圖以及確定壓力軸上曲線截距2σyln （ Dr/ D ）來測定屈服應(yīng)力。如果需要的話，流動指數(shù)可表示為logP對logV漸近線的斜率（在V較大時）。

Basterfield等的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，通過對孔口擠壓進(jìn)行更加精密的分析，所有3個Hershel-Bulkley參數(shù)均可獲得（Basterfield，2005）。實(shí)驗(yàn)獲得的壓差表達(dá)式與Benbow-Bridgewater方程式類似：

其中各參數(shù)與上述方程式同義，A是與幾何形狀和流動指數(shù)n相關(guān)的參數(shù)，作者建議可以將其近似表達(dá)為

上述φ是當(dāng)材料穿過孔口時形成漏斗形的角度。Basterfield及其合作者指出該角度可接近45o。從方程式（8）求出所有3個Hershel-Bulkley參數(shù)比從方程式（7）求出這些參數(shù)要稍微復(fù)雜一點(diǎn)，但是確定屈服應(yīng)力的方法是一樣的。

屈服應(yīng)力數(shù)值及其他Hershel-Bulkley參數(shù)取決于溫度和成分，尤其與含水量密切相關(guān)。對于室溫下的多脂香皂而言，Barnes提供了數(shù)量級的估計值（Barnes，1980），數(shù)值如下：σy～5×105Pa，k～3× 105Pa，n～0.2。

如果車間操作可以根據(jù)硬度測定（聯(lián)機(jī)自動進(jìn)行或由操作者進(jìn)行）加以改進(jìn)的話，這將是非常合宜的，但車間調(diào)整極少能改變產(chǎn)品的流變學(xué)。向顆粒混合物中加入少量水可以軟化原料，對肥皂進(jìn)行較少的機(jī)械操作，生產(chǎn)出的肥皂越硬?？梢赃M(jìn)行一項(xiàng)簡單的機(jī)械改變：將精制機(jī)的篩網(wǎng)換成篩眼尺寸更大或更小的篩網(wǎng)。如果篩眼較大，或者根本沒有篩網(wǎng)，對肥皂進(jìn)行的作用也會較少，這將降低擠出溫度從而使得肥皂變得稍硬一點(diǎn)。此方法的不利之處在于，可能需要使用某一篩眼尺寸的篩網(wǎng)來將染料充分混合到肥皂中。

理論上，如果配方太軟或太硬無法使用工廠設(shè)備生產(chǎn)，那么在產(chǎn)品研發(fā)過程中就應(yīng)該將該配方排除掉，或者可以調(diào)節(jié)設(shè)備來適應(yīng)該配方。然而，工廠測定產(chǎn)品硬度仍有助于確定生產(chǎn)線性能與以下因素變化具有什么樣的相關(guān)性，這些因素包括肥皂成分（在一種配方或不同配方的范圍內(nèi)）、環(huán)境溫度和濕度，存儲情況以及機(jī)械設(shè)置。

10 結(jié)語

人們已經(jīng)生產(chǎn)肥皂數(shù)百年了，評估方法隨著產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展以及消費(fèi)者的需求變化而同步發(fā)展。本文介紹了用于評估與消費(fèi)者相關(guān)的個人清洗肥皂特性以及與生產(chǎn)工藝有關(guān)的肥皂材料流變學(xué)特性的現(xiàn)有評估方法。一般來說，個體公司僅在內(nèi)部文件中描述一些評測方法，大眾通常是無法獲知的。因此，本文嘗試盡量從公開資料（例如專利論文以及科學(xué)或工程出版物）中為讀者提供參考信息。因此，本文可能成為更進(jìn)一步研究的起點(diǎn)。 （全文完）

（上海制皂有限公司 劉偉毅 譯，張育新 編校）

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1672-2701（2016）06-63-07