家用自動洗碗機洗滌劑成分性能研究

郭曉丹 劉 保

（1. 廣州市日用化學工業研究所有限公司，廣東 廣州，510660；2. 廣州市浪奇實業股份有限公司，廣東 廣州，510660）

家用自動洗碗機發明于1929年，經過近一個世紀的發展，作為日常家電在歐美家庭普及率已超過60%，而在國內市場接受度一直較低，美國洗碗機的普及率近80%，而中國僅為1%，國內洗碗機業務未來發展空間較大。隨著技術進步、人們消費觀念的改變，未來洗碗機業務在國內將迎來較大增長。隨著人們收入水平提升以及消費升級趨勢催化，洗碗機已經成為中國家電行業增速最快的品類。

洗碗機清洗去除餐具上的污垢主要憑借強勁的水流在三維立體空間產生的噴射作用、加溫水的熱能作用、洗滌劑的除油去污作用，這三種作用相互協同完成。由于洗碗機洗滌方式的特殊性（低泡、高溫），洗碗機必須使用專用的洗滌劑，普通的手洗餐具用洗滌劑并不可以用于洗碗機。因此，機洗用餐具洗滌劑需要另外設計。

根據洗碗機洗滌劑配方中成分含量的多寡順序排列，它的主要成分有助洗劑、非離子表面活性劑、酶制劑、高分子聚合物分散劑、氧化劑等[1]。

助洗劑：在洗碗機專用洗滌劑中助洗劑含量可高達30%～60%，主要有4種作用：螯合作用（使水中含有的鈣、鎂離子被螯合處于溶解狀態，防止形成鈣、鎂難溶鹽沉淀而對餐具造成污染）、堿性介質作用（在堿性介質中有利于油脂皂化反應的發生、油脂污垢的乳化、分散去除）、協同作用（與表面活性劑發生協同作用，可減少表面活性劑用量和提高清潔劑的清洗去污能力）、分散作用（助洗劑對污垢粒子懸浮分散在水中有穩定作用）[2]。

非離子表面活性劑：在洗碗機洗滌劑中表面活性劑含量很低，主要作用是潤濕和幫助污垢分散并防止其再沉積到餐具表面，使用的表活必須是低泡沫和耐氧化的非離子表面活性劑，因為如果在洗碗機的噴射水流中含有泡沫的話，就會極大地降低噴射壓力而使清洗效率降低[3-4]。

氧化劑：主要作用是分解有色污垢使之被去除和殺菌消毒的效果，使用的氧化劑有次氯酸鈉、過硼酸鈉、過碳酸鈉等。

高分子聚合物分散劑：使水中含有的鈣、鎂離子被螯合處于溶解狀態，防止形成鈣、鎂難溶鹽沉淀而對餐具造成污染，減少螯合劑的添加量。

酶制劑：可提高去污效果，選用的酶必須是在堿性液體環境下和較高的清洗溫度下能保持活性穩定的酶種。

本文主要討論家用自動洗碗機洗滌劑中常用的洗滌劑成分在去污力和對玻璃水垢形成的影響。

1 實驗部分

1.1 原料與設備

碳酸鈉（廣東南方堿業股份有限公司）、碳酸氫鈉（湖北雙環科技股份有限公司）、五水偏硅酸鈉（上海躍達實業有限公司）、乙二胺四乙酸四鈉（巴斯夫）、三聚磷酸鈉（湖北興發化工集團股份有限公司）、檸檬酸鈉（濰坊英軒實業有限公司）、谷氨酸二乙酸四鈉（諾力昂）、甲基甘氨酸二乙酸鈉鹽（甲基甘氨酸二乙酸鈉鹽、巴斯夫）、蛋白酶（Novozymes）、淀粉酶（Novozymes）、脂肪醇聚氧烷基醚（巴斯夫）、脂肪醇BO-PO嵌段聚醚（陶氏化學）、445NG（丙烯酸均聚物、沈陽新奇日化）、馬來酸-丙烯酸共聚合物鈉鹽（巴斯夫）。

ME204型分析天平（梅特勒-托利多（上海）有限公司）；DHG-90701A型電熱恒溫古風干燥箱（上海一恒技儀器工業研究所）； M1洗碗機（Midea）。

1.2 性能測試

1.2.1 去污力性能測試

根據“GB/T 20290-2016《家用洗碗機洗滌性能測試》”對原料在家用洗碗機洗滌劑原料做去污力。

測試條件：75ppm水和250ppm硬水條件分別測試。

評價方法：測試結果通過 “清潔指數”評價，清潔指數越高，則說明樣品在洗碗機中清潔力越好，滿分為5分，接近5分則去污力越好。

測試用量：單原料均按100%活性物6g換算測試。

1.2.2 對玻璃杯潔凈力和水垢測試

通過以上去污力測試后，取出玻璃杯觀察玻璃杯表面潔凈情況。

2 結果與討論

2.1 去污性能評價

通過清潔指數評價各原料在洗碗機中對測試污垢的去污效果，滿分為5分，越接近5分則去污力越好。在餐具上涂抹的污垢主要有黃油、烘干的雞蛋黃、混合肉（按比例混合的豬肉、牛肉、蛋黃、水）、烘干的牛奶、烘干的菠菜、烘干的麥片粥、烘干的茶漬，處理后的餐具舉例如圖1。

圖1

以下測試在不同水硬度條件下，分別對比堿性助劑、螯合劑、酶制劑、高分子聚合物分散劑、非離子表面活性劑的去污力。

（1）堿性助劑、氧化劑測試結果如圖2。

圖2 堿性助劑、氧化劑去污力對比

從圖2可知，在無任何洗滌劑劑情況下，單純借助洗碗機高溫70～80℃和高壓噴淋，是無法洗干凈餐具上面的食物污垢的。在高溫水清洗下，黃油在該洗滌溫度下容易溶化在水中，多次沖洗后較易完全去除。高溫和多次沖洗能清洗50%左右烘干的雞蛋污垢，而對于其他頑固污垢如烘干的菠菜、混合肉、麥片粥、牛奶、茶漬則較難去除，特別是250ppm硬水下，水中鈣、鎂離子的存在明顯降低洗滌性能，借助洗碗機的高溫和長時間沖洗已經無法去除污垢。所以，在無任何洗滌劑情況下，清潔指數最低，去污力非常差，只能去除少量的烘干的雞蛋黃污垢和黃油。因此，需要加入洗滌劑輔助洗滌。

由圖可知，在堿性助劑中，五水偏硅酸鈉清潔指數最高，碳酸鈉和碳酸氫鈉相對弱。在此同時對比了氧化劑過碳酸鈉做對比測試，過碳酸鈉兼具了堿性助劑和氧化劑的功能，具有與碳酸鈉相同的去污力外還對茶漬有明顯去污作用，即時在硬水條件下仍然對茶漬有較好的去污力，過碳酸鈉對其他污垢也有去污效果，與碳酸鈉相當。餐具中含有的茶漬、咖啡、果汁等有色污漬的去污，可以借助氧化劑進行有效去除。

（2）螯合劑去污力測試結果如圖3。

圖3 不同螯合劑去污力對比

加入螯合劑成分后去污力明顯提高，大部分螯合劑清潔指數高于4分，檸檬酸鈉則相對較差。螯合劑能去除大部分污垢，除了烘干的菠菜。通過前面的清潔指數看，螯合劑清潔指數比堿性助劑高主要表現在螯合劑對茶漬、牛奶和肉污垢有更強的清潔效果。

同比之下，螯合劑甲基甘氨酸二乙酸鈉鹽、三聚磷酸鈉、EDTA-4Na、谷氨酸二乙酸四鈉相對來說去污力較好，因此清潔指數較高，而檸檬酸鈉則去污力相對較弱。

（3）酶制劑去污力測試結果如圖4。

圖4 酶制劑去污力對比

蛋白酶、淀粉酶對特定污垢有清潔作用，清潔指數中等，蛋白酶對雞蛋污漬、肉污漬、牛奶污漬等蛋白污漬有較強的去污作用，對小部分的麥片有去污效果，對烘干的茶、菜無去污作用。淀粉酶對于麥片、米飯等淀粉污垢有明顯針對性去污效果，對茶、菜、肉類無去污作用。因此，為更有效去除餐具表面的蛋白污垢和淀粉污垢，在洗滌劑中建議將蛋白酶和淀粉酶復配使用。

（4）高分子聚合物分散劑去污力測試結果如圖5。

圖5 高分子聚合物分散劑去污力對比

所選擇的兩款高分子聚合物清潔指數分數看，馬來酸-丙烯酸共聚物較丙烯酸均聚物清潔指數略高。分散劑對污垢粒子懸浮分散在水中有穩定作用，對污垢有很強的分散能力，對鈣、鎂離子有很好的螯合能力，分散劑的添加可以減少堿性助劑和螯合劑的添加量。

（5）非離子表面活性劑去污力對比如圖6。

圖6 不同非離子表面活性劑去污力對比

選擇兩種專用于家用自動洗碗機洗滌劑的低泡耐堿性非離子表面活性劑對比去污力，結果如圖6。

由圖可見，所選擇的兩款非離子表面活性劑脂肪醇聚氧烷基醚和脂肪醇BO-PO嵌段聚醚清潔指數都比較低，在2分左右，僅能清洗少部分雞蛋和麥片（黃油在洗碗機高溫洗滌下能去除），對于肉、牛奶、菠菜、茶漬污垢幾乎沒有去污效果，相對于前面的洗滌成分是去污力最弱的。非離子表面活性劑在洗碗機過程中，對去污力不是主導作用，一般來說非離子表面活性劑在機洗餐具洗滌劑中含量很低，它的主要作用是潤濕餐具和幫助污垢分散并防止其再沉淀到餐具表面。使用的表活必須是低泡、耐氧化、耐堿性的。

在250ppm硬水洗滌條件下，去污力均略有下降，堿性助劑清潔指數降低較為明顯，螯合劑下降較小，高分子聚合物分散劑、氧化劑、酶制劑和非離子表活的清潔指數則變化不大。

2.2 單原料對玻璃杯清潔力及水垢影響

對比幾個堿性助劑和螯合劑單原料在250ppm洗滌情況下，對玻璃杯表面污垢清潔效果及水垢影響，測試結果如圖7。

圖7

在250ppm硬水洗滌條件下，若在無洗滌劑情況下單純使用水洗滌，玻璃杯表面很不光亮，污垢仍然殘留在表面。使用堿性助劑（五水偏硅酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉）的洗滌后表面容易出現一層“白霧”狀水垢（可能有碳酸鹽垢、硅酸鹽垢），碳酸鈉洗滌后碳酸垢尤為明顯。而使用螯合劑EDTA-4Na、谷氨酸二乙酸四鈉、三聚磷酸鈉、檸檬酸鈉洗滌，由于能夠螯合水中鈣鎂離子，在250ppm條件下洗滌，相對光亮，沒有呈現霧狀。

3 結論

通過以上對單原料在家用自動洗碗機中的去污性能和玻璃杯水垢影響情況測試可知，綜合考慮去污效果、水垢、泡沫等性能以及成本，可以堿性助劑為主導搭配螯合劑和少量的酶制劑（蛋白酶、淀粉酶）、少量高分子聚合物分散劑以及氧化劑配制專用于家用自動洗碗機的餐具洗滌劑。