وبلاگ
راهنمای جامع طراحی فرمول مایع ظرفشویی
فهرست مطالب
پیش‌گفتار
طراحی اصولی و صحیح فرمول مایع ظرفشویی نیازمند درک کاملی از ساختار سورفکتانت‌ها، شیمی سطح و همین‌طور ارتباط میان اجزا مختلف فرمولاسیون است. فرمولاسیون مایع ظرفشویی باید به‌گونه طراحی شود که محصول نهایی قادر به پاک‌سازی باقی‌ماندۀ غذا، چربی و لکه‌های مختلف از ظروفی با جنس‌های مختلف باشد.
در این مقاله کوشیده‌ایم که تا حد ممکن، اصول طراحی فرمولاسیون مایع ظرفشویی را به‌همراه چالش‌های متداول، پیشرفتهای اخیر و همین‌طور مسیر آینده ارائه کنیم. در نهایت، نسخه‌ای به‌عنوان نمونۀ فرمول مایع ظرفشویی ارائه می‌شود.
فرمول مایع ظرفشویی
اجزای کلیدی فرمولاسیون مایع ظرفشویی
سورفکتانت‌ها: پاک‌کننده‌های اصلی
اصلی‌ترین مواد پاک‌کننده در فرمول مایع ظرفشویی سورفکتانت‌ها هستند. این ترکیبات ضمن کاهش کشش سطحی آب، سبب امولسیون‌کردن روغن‌ها و چربی‌ها می‌شوند. رایج‌ترین سورفکتانت‌های مصرفی در مایع ظرفشویی سورفکتانت‌های آنیونی، غیریونی و آمفوتریک‌اند.
سدیم آلکیل بنزن سولفونات خطی (LABSA) یا به‌اصطلاح عام، اسید سولفونیک، اصلی‌ترین سورفکتانت مصرفی مایع ظرفشویی با کاربرد چربی‌زدایی و شویندگی‌است. بااین‌حال استفاده از اسید سولفونیک در فرمول، مستلزم خنثی‌سازی آن با یک باز مانند سدیم هیدروکسید و یا تری‌اتانول‌آمین است. این مرحله باید به دقت و با استفاده از نسبت‌های صحیح صورت پذیرد.
لازم به‌توضیح است که سورفکتانتهایی مانند اسید سولفونیک و یا سدیم لوریل سولفات (SLS) رفتار ملایمی با پوست دست ندارند و ممکن است به تحریک پوستی بیانجامند. از این حیث، سورفکتانت‌های غیریونی مانند الکل‌های اتوکسیله‌شده، ملایم‌تر و سازگارتر با پوست بدن به‌شمار می‌‌روند اما عملکردشان در زدودن چربی‌ها و لکه‌های سخت ضعیف‌تر از سورفکتانت‌های آنیونی است. سورفکتانت‌های آمفوتریک نیز مانند کوکامیدوپروپیل‌بتائین یا کوکوآمفودی‌استات، تعادلی بین قدرت پاک‌کنندگی و ملایمت را ارائه می‌دهند.
برای جمع‌بندی بهتر، مهم‌ترین سورفکتانت‌های مصرفی در فرمول مایع ظرفشویی عبارت‌اند از:
- سورفکتانت های آنیونی
- آلکیل‌بنزن‌سولفونات‌ها (LAS)
- تری‌اتانول‌امین-آلکیل‌بنزن (LABSTe)
- آلکیل‌سولفتات‌‌ها مانند سدیم لوریل سولفات یا SLS
- آلکیل‌اتر‌سولفات‌ها مانند سدیم لوریل اتر سولفات یا SLES
- سورفکتانت های غیریونی
- الکل‌های اتوکسیله، مانند الکول اتوکسیله 7 مول
- آلکیل‌پلی‌گلوکوزایدها
- سورفکتانت های آمفوتریک
- کوکامیدوپروپیل بتائین
- کوکوآمفودی‌استات
حلال‌ها
مهم‌ترین نقش حلال در فرمول مایع ظرفشویی، پایداری اجزاء مختلف فرمولاسیون و همین‌طور حفظ چربی‌ها در امولسیون تشکیل‌شده است. طبیعتاً مهم‌ترین حلال مصرفی در این حوزه آب است امّا در فرمولاسیون برخی از محصولات، از ترکیباتی مانند اتانول و پرپیلن گلایکول نیز استفاده شده‌است. این دسته از حلال‌ها عموماً به‌سبب حل کردن آنزیم‌ها یا اکتیو‌های خاص در فرمولاسیون به‌کار گرفته می‌شود.
عوامل پایدارکنندۀ کف
چنان‌چه پیش‌تر توضیح داده‌شد، در میان سورفکتانت‌های مصری در مایع ظرفشویی، سولفونیک اسید یا LABSA وظیفۀ اصلی شویندگی و سدیم لوریل اتر سولفات یا ترکیبات مشابه، وظیفۀ کفزایی را بر عهده دارند. اما در شماری از محصولات، از عوامل پایدارکننده و تقویت‌کنندۀ کف نیز استفاده می‌شود. مهم‌ترین ترکیباتی که در این راستا به‌کار گرفته می‌شوند عبارت‌اند از:
- کوکامیدوپروپیل‌بتائین
- آلکیل‌پلی‌گلوکوزایدها (مانند لوریل گلوکوزاید)
- کوکامید-دی‌اتانول‌آمین (لرامید)
شلاته‌کننده‌ها
هر محصول آرایشی-بهداشتی که از سورفکتانت‌های آنیونی بهره می‌گیرد، مستعدِ ضعف عملکرد در اثر حضور یون‌های فلزی سنگین در آب‌های سخت است. این یون‌های فلزی میتوانند جای زوج‌یون مثبت سورفکتانت‌های آنیونی را بگیرند و عملکرد آن‌ها و به‌ویژه کف‌زایی‌شان را تحت تأثیر قرار دهند.
در این راستا استفاده از عوامل سختی‌گیر برای جذب و واکنش با این یون‌های فلزی ضروری است. این ترکیبات با شلاته کردن و تشکیل کملکس فلزی با یون‌های حاضر در آب، به کاهش سختی آب کمک می‌کنند. رایج‌ترین عامل شلاته‌کننده در فرمولاسیون مایع ظرفشویی E.D.T.A 2Na و همین‌طور E.D.T.A 4Na هستند. در فرمولاسیون‌هایی که pH خنثی قلیایی دارند، نمک 4 سدیم ا.د.ت.ا، یعنی E.D.T.A 4Na عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهد.
تنظیم کننده های pH و بافری‌سازها
عموماً PH مایع ظرفشویی در بازۀ 7 تا 9.5 تنظیم می‌شود. بااین‌حال در برخی از فرمولاسیون‌های خاص، بسته به محدودۀ عملکردی آنزیم‌ها، ممکن است pH تغییری جزئی داشته‌باشد. مهم‌ترین ترکیبات تنظیم‌کنندۀ pH در فرمول مایع ظرفشویی عبارت‌انداز:
- سدیم هیدروکسید یا سود
- تری‌اتانول‌آمین
- اسید سیتریک
فرمولاسیون مایع ظرفشویی نیازمند برقراری توازن میان کفزایی و پاک‌کنندگی است
غلیظ‌کننده‌ها
همانگونه که از نامشان پیداست، مواد غلیظ‌کننده نقش تنظیم ویسکوزیتۀ محصول را بر عهده دارند. در زیر، رایج‌ترین عوامل غلیظ‌کننده یا اصلاح‌کننده‌های رئولوژیکی در فرمولاسیون مایع ظرفشویی ارائه شده‌است.
- نمک خوراکی
- کربومر
- زانتان گام
- کوکامید دی‌اتانول آمید (لرامید)
- سویا فتی اسید دی اتانول آمید (سویامید)
مواد نگهدارنده
مواد آرایشی-بهداشتی آب‌پایه، همواره مستعد شکل‌گیری آلودگی‌های میکروبی هستند. برهمین‌مبنا، استفاده از عوامل ضدمیکروبی یا مواد نگهدارنده در فرمولاسیون مایع ظرفشویی ضروری است. مهم‌ترین ترکیبات ضدمیکروبی حاضر در فرمولاسیون مایع ظرفشویی بدین شرح‌اند:
- ترکیب ایزوتازولین‌ها (MIT/CMIT)
- فنوکسی‌اتانول
- پارابن‌ها
اسانس و رنگ
نقش اسانس و رنگ در جلب رضایت مخاطب و بهبود تجربۀ کاربری محصول آشکار است. بااین‌حال، پیش از افزودن هرنوع اسانس یا رنگی باید ضمن انجام آزمون‌های پایداری، از سازگاری رنگ و اسانس با سایر اجزای فرمولاسیون مطمئن شوید. در صورتی که در فرمول مایع ظرف از رنگ‌های پودری استفاده می‌کنید، حتماً پیش از افزودن رنگ، آن را در بخشی از آب محاسبه‌شده در فرمول حل کنید.
اگر نیاز دارید که مایع ظرفشویی مورد نظر شفاف باشد، می‌توانید از ترکیباتی مانند اوره در فرمولاسیون خود بهره بگیرید.
ملاحظات و چالش‌ها
انتخاب و تعادل سورفکتانت
- نسبت آنیونی به غیر یونی معمولاً 3 به 1 در نظر گرفته می‌شود.
- اثربخشی پاک‌کنندگی، پایداری کف و ملایمت را در نظر بگیرید. کف بیشتر لزوماً به معنی لکه‌بری بهتر نیست.
کنترل ویسکوزیته
- محدوده ویسکوزیته هدف عموماً بین 500 تا 1000 سانتی‌پواز در نظر گرفته می‌شود.
- در انتخاب ویسکوزیتۀ مناسب، به تعادل بین پخش‌شدن، جاری‌شدن و چسبندگی به ظرف توجّه کنید.
پروفایل کف
- در آزمون‌هایی که برای سنجش کفِ محصول طراحی می‌کنید، صرفاً به ارتفاع کف اکتفا نکنید و نوع کف و ماندگاری آن را نیز در نظر بگیرید.
- به نیازهای بازار و درک مصرف‌کننده از محصول توجّه ویژه‌ای داشته‌باشید. همان‌طور که پیش‌تر عنوان شد، کف بیشتر لزوماً به معنی قدرت پاک‌کنندگی بهتر نیست امّا بسیاری از مصرف‌کنندگان، کف مناسب را به‌عنوان پارامتری اثرگذار بر کیفیّت محصول قلمداد می‌کنند.
آزمون‌های پایداری
از آزمون‌های زیر غافل نشوید:
- ارزیابی پایداری فیزیکی (جایش فازی، تغییرات ویسکوزیته)
- ارزیابی پایداری شیمیایی (تغییر pH، تغییر رنگ)
- آزمون‌های سنجش مدت ماندگاری؛ در صورت کمبود زمان، می‌توانید از آزمون‌های شتاب‌یافته‌شده یا شوک‌دار استفاده کنید.
ارزیابی عملکرد
- راندمان حذف چربی
- پایداری کف در محیط شست‌وشو.
- آب‌کشی آسان و خشک‌شدن بدون رگه
پیشرفتهای اخیر در حوزۀ شیمی مایع ظرفشویی
تکنولوژی‌های مبتنی بر میکروامولسیون
- استفاده از سیستم های پایدار ترمودینامیکی و شفاف نوری
- افزایش انحلال‌پذیری روغن‌های سنگین.
به‌کارگیری آنزیم‌ها
- افزودن پروتئازها، آمیلازها یا لیپازها برای حذف لکه‌های خاص
طراحی سبز
- استفاده از سورفکتانت‌های دوست‌دار محیط زیست (مانند آلکیل پلی گلوکوزیدها)
- استفاده از مواد نگهدارندۀ زیست‌تخریب‌پذیر
- بهینه‌سازی تجزیه‌پذیری زیستی و مجموع سمیت زیست‌محیطی
مسیر آینده
شاید بتوان مهم‌ترین عناصر را در طراحی مدرن ساختار مایع ظرفشویی چنین طبقه‌بندی کرد:
- توسعۀ سامانه‌های فوق غلیظ و کاهش حجم آب مصرفی
- ادغام خواص ضد میکروبی بدون استفاده از بایوساید‌های سنتی
- استفاده از سورفکتانت‌های نوین
فرمولاسیون نمونۀ مایع ظرفشویی
در ادامه یک فرمول مایع ظرفشویی را به‌عنوان نمونۀ ساده‌ای از فرمولاسیون، بررسی می‌کنیم. دقت کنید که جدول زیر حاوی فرمولاسیونی ساده ولی در عین حال کاربردی و منطبق بر استانداردهای داخلی ایران است.
|
درصد وزنی |
ماده |
| 16 | اسیدد سولفونیک |
| 1 | تگزاپون (SLES) 70% |
| 2-3 | لرامید |
| 1.5-2 | سدیم هیدروکسید (30%) |
| 1-2 | نمک |
| 2-3 | سویامید |
| 0.5-1 | اوره |
| 0.1-0.3 | نگهدارنده |
| 0.2-0.5 | اسانس |
| به‌مقدار نیاز | رنگ |
| باقی‌مانده تا 100 |
آب |
جمع‌بندی
طراحی فرمولاسیون مایع ظرفشویی امری سهل و ممتنع است! حتّی با پوست میوه هم می‌توان مایع ظرفشویی ساخت! از یک‌سو تعداد اجزای فرمولاسیون آن‌قدر زیاد نیست و ناسازگاری چندانی هم با یکدیگر ندارند. اما از‌سوی‌دیگر، انجام واکنش اسید-باز برای خنثی‌سازی اسید، تنظیم دقیق pH، ایجاد ظاهر شفاف، بهینه‌سازی کف و همین‌طور حصول چربی‌زدایی مطلوب موضوعی دشوار است.
در این مقاله تلاش شد تا حد ممکن، اصول اولیۀ طراحی فرمول مایع ظرفشویی تشریح شود. بااین‌حال، هر محصول صنعتی، بسته‌به‌شرایط، نیازمند طراحی منحصربه‌فرد است. در صورت بروز هرپرسشی، یا نیاز به مشاوره و طراحی فرمولاسیون، با کمارت در ارتباط باشد.
نظرات اخیر