研究背景
洗發(fā)水已經是日常生活中bi備用品,貨架上種類繁多的洗發(fā)水讓人應接不暇,但無論哪種洗發(fā)水,清潔是洗發(fā)水中表面活性劑的主要功能。實際上,起泡特性更能直觀地吸引消費者。泡沫是洗滌產品質量的重要特性,很多人洗頭發(fā)時都有這樣一種感受:如果頭發(fā)特別臟的話,用洗發(fā)水洗頭的時候起的泡沫就會少;而如果頭發(fā)比較干凈的話,起的泡沫就會多。
這是由于洗發(fā)水中都會有表面活性劑,能起到清潔作用。表面活性劑有親水和親油(疏水)兩端,其中親油部分一般是長鏈烷基等非極性基團,與有機物的作用力大、與水的作用力?。挥H水部分一般是磺酸基等極性基團,與水的作用力大、與有機物的作用力小。在與油污相互作用時,親油基團向內插入油污中,而親水基團則向外,于是表面活性劑就將油污包裹成一團。把頭發(fā)上的油污洗干凈就是表面活性劑用于增溶。把洗發(fā)水加水打勻的過程實際上是一個攪拌過程,在這個過程中溶有表面活性劑的溶液與空氣充分接觸。如果沒有油供親油基團去發(fā)生作用,那么親油基團就會遠離水,形成氣泡。油污越少,參與形成氣泡的表面活性劑的量就越多,形成的泡沫就多;油污越多,參與形成氣泡的表面活性劑的量就越少,形成的泡沫就少。
實驗部分
本實驗是購買了幾個大眾品牌的洗發(fā)水,其主要的成分表面活性劑見表1。
表1. 實驗洗發(fā)水及主要成分
儀器及測試原理:
使用德國KRüSS公司DFA100型泡沫測試儀可準確測量泡沫起泡性和泡沫的衰變速度。其主要原理為利用攪拌或鼓氣的方式產生泡沫,根據樣品的透光率,通過光學傳感器來監(jiān)測泡沫產生的高度和泡沫結構。
圖1.KRüSS DFA100泡沫分析儀
通過測量通過玻璃柱的透光量,連續(xù)監(jiān)測總高度(液體加泡沫)如圖2所示。使用泡沫結構模塊測量了二維泡沫結構。在這個模塊中,泡沫在玻璃柱中產生,玻璃柱上包含一個棱柱。基于全反射原理,該棱鏡可以產生具有高對比度的二維泡沫結構的圖像。用泡沫分析軟件對所得到的圖像進行分析,并記錄每個時間步長的氣泡大小分布。
圖2. DFA 100泡沫分析儀測試原理
將樣品與水按照1:10的比例調配成溶液,實驗時移取100ml溶液于測試玻璃量柱中,采用專用的Foam Flash間歇攪拌的起泡方式,轉速3500r/min,攪拌2s靜止3秒,重復50個周期,即發(fā)泡時間為100s。樣品溶液與空氣充分接觸的過程中產生泡沫,來模擬實際洗頭的起泡方式。
結果與討論
樣品的起泡能力與泡沫高度是密切相關的。一般來講,在相同濃度下,樣品起泡性越強,產生的泡沫越多,其泡沫高度也越高;反之,起泡性差的樣品,其泡沫高度也相對較低。并且起泡能力是與時間相關的,隨著攪拌時間的增大,產生的泡沫也越多。如圖所示,4個洗發(fā)水的起泡性為樣品A>樣品C>樣品B>樣品D。其中樣品A洗發(fā)水的總高度最高,遠遠超過其他3個,攪拌發(fā)泡后最大泡沫高度為186.7mm。在隨后觀察的30min內,泡沫都很穩(wěn)定,總高度沒有明顯下降。
圖3. 4個洗發(fā)水溶液的總高度
泡沫結構可以直觀的分析洗面奶泡沫的細膩程度??梢杂^測不同樣品分別在不同時刻下的泡沫結構圖來分析比較泡沫的差異。根據泡沫結構圖,我們還可以統(tǒng)計得到更詳細的泡沫結構數據,分別為:
表2列出了4個洗發(fā)水的初始泡沫尺寸和總個數,從表中可以看出,4個洗發(fā)水整體泡沫都比較細膩豐富,其中總泡沫個數依次為樣品A>樣品C>樣品B>樣品D。在洗發(fā)過程中,單純揉搓洗發(fā)水溶液產生的泡沫數以十萬計,這些泡泡均勻地涂抹包裹住發(fā)絲上的油污。此外,攪拌完成后,單位面積下的泡沫個數,也能反應泡沫綿密程度。從圖4可以看出,在發(fā)泡結束的30min內,樣品D和樣品B洗發(fā)水的泡沫數量快速下降,而樣品A洗發(fā)水數量一直維持在較高的數量水平。
表2. 4個洗發(fā)水的泡沫尺寸和個數比較
圖4. 4個洗發(fā)水溶液的單位面積泡沫個數
結論
采用動態(tài)泡沫分析儀DFA100 及其泡沫結構模塊 FSM對4個洗發(fā)水進行測試。測試的重點是泡沫的體積和起泡數量,因為這兩個泡沫特性對洗發(fā)護理特別重要。發(fā)泡是洗發(fā)產品重要特性之一,從洗滌機理上看,泡沫和洗滌能力并無關系,但在使用和漂洗上是有重要作用的。洗發(fā)產品在清潔使用過程中必須有一定量的泡沫,且相對比較穩(wěn)定。