家用洗碗機用洗碗液的設(shè)計和評估

盧宇毅 梁水嬌 宋晶晶

廣州市盛邦化工科技有限公司，廣東廣州，510000

近年來消費者對居家生活的要求越來越高，對于家用電器的要求不僅僅需要滿足基礎(chǔ)的使用功能，還需要給自己帶來一些附加價值和生活享受，于是誕生了一批能夠提供生活便利性和提高生活品質(zhì)的新家電，自動洗碗機就是備受歡迎和關(guān)注的新型家電。自動洗碗機可以讓使用者解放雙手，用更多時間去照顧家庭，享受生活，自動洗碗機也可以幫助人們適應(yīng)現(xiàn)代人的快節(jié)奏生活方式，因此自動洗碗機未來很有可能成為我國新型家電的銷售熱點[1]。

自動洗碗機去污能力強，主要憑借強勁的水流的噴射作用、熱水的熱能作用及洗滌劑的去污作用相互協(xié)同達成[2]。其中洗滌劑必須使用自動洗碗機專用的洗滌劑，目前市場上的自動洗碗機洗滌劑形式主要是粉劑和塊狀，液體的產(chǎn)品較少，主要的原因是大量助劑的加入影響配方的穩(wěn)定性以及洗滌效果一般[3]。但相較于粉劑和塊狀產(chǎn)品，液體形式的洗滌劑使用方便，在生產(chǎn)和使用過程更加環(huán)保節(jié)能[4]。因此液體化有可能是洗碗機洗滌劑的發(fā)展趨勢。

本文將設(shè)計一個洗碗液基體，在此基體上測試使用4種表面活性劑、2種分散劑對去污性能和催干性能的影響，以及對比2款市售洗碗液，為洗碗液的開發(fā)以及性能評估提供新的思路。

1 實驗部分

1.1 試劑與設(shè)備

主要試劑：Genapol EP 2584（以下簡稱“2584”），C12-C15羧基醇（8EO-4PO）合成物，科萊恩化工；GENAPOL ED 3060（以下簡稱“3060”），基于乙二胺的氧化烯加合物，科萊恩化工；DOWFAX 20B102（以下簡稱“20B102”），C12-16直鏈脂肪醇乙氧基化丁氧基化物，陶氏；ECOSURF LF-45（以下簡稱“LF-45”），C12-C14仲醇乙氧基化丁氧基化物，陶氏；ECOSENSE NS 809(以下簡稱“809”)，異辛醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚，陶氏；ACUSOL 445N（以下簡稱“445N”），丙烯酸均聚物，陶氏；PRIME 1，疏水改性的聚羧酸鈉鹽，陶氏；黃原膠，山東阜豐；檸檬酸鈉，西隴化工；碳酸氫鈉，番禺力強化工廠；市售洗碗液A；市售洗碗液B。

主要設(shè)備和材料：美的家用洗碗機M1；旋轉(zhuǎn)式黏度計NDJ-5S，上海越平科學(xué)儀器；鼓風(fēng)式干燥箱DHG-9146A，控溫范圍RT+10～300 ℃，溫度波動度±1 ℃，甘易儀器設(shè)備；pH值計PHS-3E，上海儀電科學(xué)儀器；密胺餐碟，直徑20.1 cm，高1.9 cm；陶瓷餐碗，直徑11.2 cm，高6 cm；陶瓷杯，容量140 ml，口徑7.5 cm，底徑4 cm，高5.5 cm；不銹鋼餐碗，直徑19.5 cm，底徑12.5 cm，高度6 cm；市售高鈣燕麥片；市售紅茶茶葉；市售新鮮菠菜。

1.2 實驗方法

1.2.1 洗滌劑的制備

市面上的洗碗機洗滌劑配方結(jié)構(gòu)主要由洗滌助劑、分散劑、氧漂劑、表面活性劑、生物酶等組成，而目前液體形態(tài)的洗碗機洗滌劑以有一定稠度的可流動凝膠狀為主，方便傾倒使用。受洗碗機內(nèi)部作業(yè)結(jié)構(gòu)的影響，洗碗液一般都選用濁點較低的低泡非離子表面活性劑，但其在添加助洗劑（螯合劑、分散劑等）的時候會導(dǎo)致低泡非離子表面活性劑的溶解度顯著下降，不能構(gòu)成穩(wěn)定的配方。這種情況下需要控制助洗劑的量，并引入大量增溶劑，導(dǎo)致配方洗滌效果比較一般，為了提高洗滌效果，本次實驗引入增稠穩(wěn)定劑黃原膠，使配方在添加大量助洗劑的情況下，添加適量低泡非離子表面活性劑，仍然可保持配方穩(wěn)定。

實驗洗碗液的配方組成是：20%檸檬酸鈉，5%碳酸氫鈉，0.6%黃原膠，6%非離子表面活性劑，5%分散劑，0.5%蛋白酶，0.5%淀粉酶，余量為去離子水。其中非離子表面活性劑和分散劑的搭配見表1。本次實驗配方的表面活性劑使用3060分別與2584、809、20B102、LF-45搭配，對比不同表活搭配下洗碗液的去污性能和催干性能；分散劑選擇傳統(tǒng)的丙烯酸均聚物445N和可生物降解的新型分散劑PRIME 1，評估去污性能和催干性能；實驗配方和市售洗碗液的黏度、pH值和穩(wěn)定性見表2。

表1 實驗配方非離子表面活性劑和分散劑的搭配

表2 測試配方的pH值、黏度、穩(wěn)定性

1.2.2 污垢的制備

燕麥污垢的制備：將12.5 g燕麥片和187.5 g去離子水混合，煮沸10 min，得出燕麥污垢；將7 g燕麥污垢均勻涂在密胺餐碟中央，在邊緣保留5 cm清潔帶；將7 g燕麥污垢均勻涂在陶瓷餐碗中央，在離碗口2 cm處保留清潔帶；將12 g燕麥污垢均勻涂在不銹鋼餐碗中央，在離碗口4 cm處保留清潔帶。將涂上燕麥污垢的餐具放置到80 ℃的鼓風(fēng)式干燥箱中4 h，得出老化后的燕麥污垢，效果見圖1。

圖1 依次為陶瓷餐碗、密胺餐碟、不銹鋼餐碗上的燕麥污漬

茶漬的制備：使用1 L自來水煮沸，沖泡16 g紅茶茶葉，浸泡5 min后，濾去茶葉，將40 ml茶水倒入陶瓷杯中，轉(zhuǎn)移到80 ℃的鼓風(fēng)式干燥箱中，放置4 h后取出冷卻至室溫，倒掉剩余的茶水，得到茶漬，效果見圖2。

圖2 陶瓷杯上的茶漬

菠菜污漬的制備：新鮮菠菜放置于–18 ℃冰箱中24 h后，自然解凍，去除解凍的水，將菠菜用碎肉機打碎形成菠菜醬，將6 g菠菜醬均勻涂在密胺餐碟中央，在邊緣保留5 cm清潔帶；將6 g菠菜醬均勻涂在陶瓷餐碗中央，在離碗口2 cm處保留清潔帶；將10 g菠菜醬均勻涂在不銹鋼餐碗中央，在離碗口4 cm處保留清潔帶。將涂上菠菜醬的餐具放置80 ℃的鼓風(fēng)式干燥箱中2 h，得到菠菜污漬，效果見圖3。

圖3 依次為陶瓷餐碗、密胺餐碟、不銹鋼餐碗上的菠菜污漬

1.2.3 洗滌程序與性能測試

本次實驗針對燕麥污漬和茶漬的去除采用美的家用洗碗機M1的快洗模式，洗滌時間是30 min，洗滌溫度是60 ℃，每次洗滌放置燕麥污漬陶瓷餐碗、密胺餐碟、不銹鋼餐碗、茶漬陶瓷杯各1件；針對菠菜污漬采用強力洗模式，洗滌時間是90 min，洗滌溫度是70 ℃，每次洗滌放置菠菜污漬陶瓷餐碗、密胺餐碟、不銹鋼餐碗各1件；每次洗滌固定餐具的擺放位置，見圖4；采用自來水洗滌，自來水硬度為（95±5）ppm；洗碗液的用量為6 g；每個測試的洗碗液重復(fù)實驗兩次。

圖4 洗碗機內(nèi)餐具擺放示意圖

餐具洗滌程序結(jié)束后取出，采用目視法和數(shù)字記分法，基于餐具上的污漬殘留和水珠殘留，評估洗滌劑的清洗性能和催干性能，得分越高清洗性能越強、催干速度越快，詳細的評估標(biāo)準(zhǔn)見表3。最終記分取兩次洗滌實驗后記分的平均值。

表3 洗碗液清洗性能和催干性能評估標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與討論

2.1 去污性能評估

經(jīng)過自動洗碗機快洗模式清洗后，用目視法對去污性能進行評估記分，表4是4種表面活性劑的洗碗液與2個市售洗碗液針對燕麥污漬和茶漬的兩輪洗滌平均得分。表5是相同表面活性劑下使用兩種分散劑的洗碗液的兩輪洗滌平均得分。

表4 配方1～4和市售洗碗液對燕麥污漬、茶漬兩輪洗滌后的平均得分

表5 配方1和配方5洗碗液對燕麥污漬、茶漬兩輪洗滌后的平均得分

由表4可以看出，針對陶瓷餐碗上的燕麥污漬，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在這種情況下的去污性能最差，洗滌后還有大量的燕麥污漬殘留。密胺餐碟上的燕麥污漬明顯比陶瓷餐具上的更容易清洗，整體評分更高，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的去污性能同樣是最差。在不銹鋼餐碗上，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。針對陶瓷杯中的茶漬，每個配方均能完全清洗干凈。由表5可以看出，配方1中將445N替換成PRIME 1，針對燕麥污漬的去污性能提升明顯，可以完全洗干凈密胺餐具上的燕麥污漬。

綜合3種材質(zhì)的餐具，使用PRIME 1搭配2584的配方和市售洗碗液B對于燕麥污漬去污性能最優(yōu)。市售洗碗液A針對燕麥污漬的去除，無論是哪種材質(zhì)的餐具，去污效果都比較差，原因可能是市售洗碗液A沒有使用針對淀粉類污漬的淀粉酶。

菠菜污漬經(jīng)過老化后非常難以清洗，使用自動洗碗機的快洗模式不能對該污漬進行有效的清洗，如圖5，因此本次實驗針對菠菜污漬，采用強力洗模式，相較于快洗模式，洗滌時間增長到90 min，洗滌溫度提高到70 ℃。表6是實驗配方和市售洗碗液針對菠菜污漬的兩輪強力洗模式洗滌后的平均得分。

圖5 快洗模式下使用市售洗碗液A對菠菜污漬進行清洗后的效果

表6 配方1～4和市售洗碗液對菠菜污漬兩輪洗滌后的平均得分

由表6可以看出，陶瓷餐碗上的菠菜污漬最容易清洗，除使用配方2洗滌后還有極少量的菠菜漬殘留外，其他配方和市售產(chǎn)品都能把污漬完全洗干凈；在密胺餐碟上，配方2、配方3、配方4的去污性能最好，優(yōu)于兩個市售洗碗液，配方1在兩者之間，去污性能差距不大；在不銹鋼餐碗上，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，配方間的去污性能差距同樣不大。由表7可以看出，針對與菠菜污漬，配方1的去污效果優(yōu)于配方5。

表7 配方1和配方5洗碗液對菠菜污漬兩輪洗滌后的平均得分

對比可以看出，針對菠菜污漬，PRIME 1的優(yōu)勢和市售洗碗液A在燕麥污漬去除時的劣勢都不明顯。綜合3種材質(zhì)的餐具，2584或LF-45搭配445N的配方去污效果最優(yōu)。

2.2 催干性能評估

家用自動洗碗機一般可添加漂洗劑實現(xiàn)對餐具的催干，而對于一般家庭，催干效果需求較商洗要低，且額外添加漂洗劑在工序上也會感到煩瑣，特別是一些簡單小型的家用洗碗機，只有一個裝載槽，家庭成員往往不會做添加漂洗劑這道工序。因此，需要一款能夠滿足去污效果的同時，也能提供不錯的催干漂洗效果的液體洗碗機洗滌劑。本次實驗在洗碗機快洗模式清洗完燕麥污漬，以及強力洗模式清洗完菠菜污漬后，對餐具的催干效果進行評估。表8是在快洗模式洗滌后4種表活組合洗碗液和市售洗碗液催干效果得分，表9是快洗模式洗滌后2種分散劑洗碗液催干效果得分。

表8 快洗模式洗滌后配方1～4和市售洗碗液催干效果得分

表9 快洗模式洗滌后配方1和配方5洗碗液催干效果得分

從表8可以看出陶瓷餐碗的干燥速度非?？欤礈旌蟛屯肷系乃榱坎顒e不大，僅僅有2～3滴；密胺餐碟相對難干燥，催干效果最好的是配方4，其次是配方1和2種市售洗碗液，配方2和配方3催干效果稍弱；不銹鋼餐具最難干燥，經(jīng)過洗碗機洗滌后拿出，仍然會有大量水珠附在餐具表面，配方4和2種市售洗碗液的催干效果略優(yōu)于其他幾個配方；茶杯同樣是陶瓷材質(zhì)，干燥速度快，洗滌后只有配方3和市售洗碗液A有極少量水珠附在茶杯上，其他配方洗滌后可完全干燥。從表9可以看出，更換了分散劑，催干效果不會有明顯影響。綜合3種材質(zhì)的餐具，配方4表現(xiàn)最優(yōu)。

菠菜污漬洗滌測試用的強力洗模式不同于快洗模式，強力洗模式在清洗和漂洗過后，會有6 min左右烘干時間，烘干結(jié)束后才停止程序，因此當(dāng)程序結(jié)束拿出餐具時，餐具的干燥程度是高于快洗模式的。表10是強力洗模式洗滌后4種表活組合洗碗液和市售洗碗液催干效果得分，表11是強力洗模式洗滌后2種分散劑洗碗液催干效果得分。

表10 強力洗模式洗滌后配方1～4和市售洗碗液催干效果得分

表11 強力洗模式洗滌后配方1和配方5洗碗液催干效果得分

從表10可以看出，陶瓷餐碗在洗滌程序停止后拿出都可以達到完全干燥；密胺餐碟洗滌拿出后會還有少量水珠附在餐具上，其中配方3、配方4和2種市售洗碗液的催干效果最好，其他幾個配方的催干效果稍弱一點；不銹鋼餐碗在經(jīng)過強力洗模式的烘干后，仍有大量水珠殘留，其中配方1和市售洗碗液B的催干效果稍弱于其他幾個配方和市售洗碗液A。從表11可以看出，更換了分散劑催干效果不會有明顯影響。綜合3種材質(zhì)的餐具，配方3、配方4和市售洗碗液A配方表現(xiàn)最優(yōu)。

3 結(jié)論

通過對比5個配方及2種市售洗碗液的去污性能和催干性能實驗發(fā)現(xiàn)結(jié)論如下：

（1）在陶瓷餐具上，針對燕麥污漬，使用表面活性劑809、20B102、LF-45的洗碗液去污效果最好，與市售洗碗液B相當(dāng)；針對菠菜污漬，除了使用809的洗碗液洗滌后有少量污漬殘留，其他洗碗液均能完全洗干凈。

（2）在密胺餐具上，針對燕麥污漬，使用表面活性劑2584、809、LF-45的洗碗液去污效果最好，與市售洗碗液B相當(dāng)；針對菠菜污漬，使用809、20B102、LF-45的洗碗液去污效果最好，優(yōu)于2種市售洗碗液。

（3）在不銹鋼餐具上，針對燕麥污漬，使用表面活性劑20B102的洗碗液去污效果最好，與市售洗碗液B相當(dāng)；針對菠菜污漬，使用2584的洗碗液去污效果最好，與市售洗碗液A相當(dāng)。

（4）針對陶瓷杯上的茶漬，所有洗碗液均能洗干凈。

（5）使用PRIME 1替代445N，可明顯提高燕麥污漬的清洗效果，但對于菠菜污漬的清洗效果有小幅度下降；2個分散劑的使用對催干性能沒有明顯影響。

（6）在快洗模式下，使用表面活性劑LF-45的洗碗液綜合催干性能最優(yōu)。

（7）在強力洗模式下，使用20B102、LF-45的洗碗液和市售洗碗液A的綜合催干性能最優(yōu)。