非離子表面活性劑在餐具催干劑的性能和應用研究

吳 霞 柳鵬程

（沙索（中國）化學有限公司，江蘇南京，210047）

洗碗機的發展，把人們從簡單重復性的勞動中解脫出來，降低了勞動強度，提高了勞動效率，還大大減少了交叉感染的機會，更加適應了現代人的生活要求。酒店/賓館餐飲部一般采用籃傳式或罩式自動洗碗機，其洗滌過程包括幾道作用不同的程序，一般分為預洗、主洗、漂洗3個主要程序。

在漂洗過程中所加的漂洗劑在業內習慣被叫做“催干劑”或“快干劑”。漂洗劑的主要功能是中和清洗液的殘留堿，加速干燥，減少餐具表面的斑膜和條紋，洗碗槽內的消泡和抑泡等。漂洗劑的作用機理業內比較普遍的說法是漂洗劑中的表面活性劑在高于其濁點的溫度下吸附在餐具表面，形成一層薄的連續膜，降低了固-液界面的界面能和接觸角。該連續膜的形成使餐具表面排水更快、更均勻，并有效地減輕了斑點的形成或避免留痕的出現[1]。

典型的催干劑配方通常由表面活性劑、螯合劑、助溶劑、食用色素和防腐劑組成。表面活性劑需要具有低泡、良好的鋪展潤濕性能以及無不愉悅的味道。

通常在餐具進入洗碗機之前有預洗程序，預洗用的洗滌劑大部分是普通的餐具洗滌劑（洗潔精），因此洗潔精中發泡力很強的陰離子表面活性劑很容易殘留在餐具上被帶入到洗碗機中。當洗碗槽內的洗滌液被重復噴淋使用時，洗碗機內會產生大量的泡沫，泡沫不僅會溢出，還可能會損壞泵，導致洗碗機無法正常工作，因此催干劑中表面活性劑需要有適當的消泡和抑泡功能。

具有良好鋪展潤濕性能的表面活性劑使噴淋后的餐具表面快速潤濕，并形成均勻的薄水膜，使餐具快速干燥，并防止餐具表面留下斑膜和條紋。

漂洗程序結束后，餐具會被直接使用，因此會有極少量的表面活性劑殘留在餐具表面，并隨著食物進入到消費者嘴中，如果表面活性劑有不愉悅的味道，會直接影響消費者的就餐體驗，因此催干劑所使用的表面活性劑需要安全無味。

根據對餐具漂洗功能的要求，低泡非離子表面活性劑脂肪醇烷氧基化物非常適用于餐具催干劑，該類產品具有低泡和良好的硬表面鋪展性能。本研究主要測試并討論了幾種不同脂肪醇烷氧基化物的基礎性能及其復配的機用餐具催干劑的應用性能。

1 實驗部分

1.1 主要材料與儀器

材料：MARLOX LF 8530（脂肪醇烷氧基化物，沙索中國）; MARLOX FK 86（脂肪醇烷氧基化物，沙索中國）; SCS 40（異丙苯磺酸鈉，沙索德國）; 異丙醇（國藥試劑，分析純級別）；檸檬酸（國藥試劑，分析純級別）; 洗潔精（市售品牌）; 洗碗機洗滌劑（商用市售品牌）; 洗碗機催干劑（商用市售品牌A、B、C、D、E、F、G和H）;密胺餐盤（市售）; 不銹鋼餐盤（市售）。

儀器：K R U S S B U B B L E P R E S S U R E TENSIOMETER-BP50動態表面張力儀（德國KRUSS），R-2000泡沫儀（德國SITA），K100C表面張力測試儀（德國KRUSS），OCA20視頻接觸角測量儀（德國DATAPHYSICS），ME204型分析天平（瑞士梅特勒-托利多），精密溫度計（常州盛之源儀器儀表有限公司），HDW-80揭蓋式洗碗機（安徽華菱西廚）。

1.2 實驗方法

1.2.1 濁點

依照GB/T 5559-2010《環氧乙烷型及環氧乙烷-環氧丙烷嵌段聚合型非離子表面活性劑濁點的測定》的方法，將規定濃度的試樣溶液在測試條件下加熱至液體完全不透明，然后冷卻并不斷攪拌，觀察不透明消失時的溫度即為濁點。

1.2.2 味道

將表面活性劑用去離子水稀釋為0.5%水溶液，攪拌溶解后，將該溶液用一次性滴管滴于實驗人員舌頭中部，測試其味道。不愉快的味道一般呈現為苦味，苦味總共分為五個等級，0～5分，代表無味到很苦。0分代表無味，1分代表微微苦味，2分代表有點苦，3分代表較苦，4分代表苦，5分代表很苦。測試結果由數位測試人員的評分平均后所得。

1.2.3 泡沫

表面活性劑泡沫測試：用去離子水配制300 mL 0.1%的表面活性劑溶液，設置SITA R-2000泡沫儀進樣參數為250 mL，轉速為2000 r/min，攪拌次數為20次，溫度為50℃，測試表面活性劑在高速攪拌下產生泡沫的體積。

催干劑配方泡沫測試：將測試液與洗碗機分配器對應的接口分別連接，設置洗碗機洗滌溫度為65℃，漂洗溫度為90℃，洗滌時間為60 s，漂洗時間為10 s。在正式測試之前，先不放置待測餐盤，待洗碗機預洗三次，排空洗碗機里的水再放入餐盤進行常規測試，循環測試9個班次，結束后立即拍照記錄洗碗機內的泡沫。

1.2.4 表面張力

用去離子水配制0.1%的表面活性劑溶液，25℃下用KRUSS BUBBLE PRESSURE TENSIOMETER-BP50動態表面張力儀鼓泡法測試表面活性劑動態表面張力。

1.2.5 臨界膠束濃度

用去離子水配制0.1%的表面活性劑溶液，用KRUSS-K100C表面張力儀拉板法測試25℃表面活性劑的臨界膠束濃度（CMC）。

1.2.6 硬表面接觸角

用去離子水配制0.1%的表面活性劑溶液，通過OCA20視頻接觸角測量儀（德國DATAPHYSICS）懸滴法測試25℃下密胺和不銹鋼餐具的接觸角。

1.2.7 催干時間

將測試液與洗碗機分配器對應的接口分別連接，設置洗碗機洗滌溫度為65℃，漂洗溫度為90℃，洗滌時間為60 s，漂洗時間為10 s。在正式測試之前，先不放置待測餐盤，待洗碗機預洗三次，排空洗碗機里的水再進行常規測試。洗碗機一個班次結束之后，立即拿出所測餐盤，開始計時，記錄催干時間。評判標準為餐盤上殘留10個以內水痕為少量水膜，餐盤滴水不剩為完全干燥。如此循環測試9個班次，記錄9個班次的催干時間，結果取平均值。

1.2.8 殘痕測試

測試過程與1.2.7一致。洗碗機一個班次工作結束之后，立即拿出所測餐盤，待餐盤完全干燥后肉眼觀測餐盤上的留痕情況。評判標準為：讓光線直射餐盤，視線與餐盤之間的夾角為15°～30°，可根據具體情況適當調整。觀測到餐盤上有大量斑痕為五＊，餐盤上一半面積有斑痕為四＊，僅餐盤下端留有斑痕為三＊，只有餐盤中央有少量斑痕為二＊，整個餐盤只有零星痘印為一＊，餐盤光滑無任何痕跡為零＊。

2 結果與討論

2.1 表面活性劑基礎性能

非離子表面活性劑的溶解度隨著溫度的升高而降低，當溫度超過其濁點時，起泡力顯著下降，同時可以作為洗滌過程中的消泡劑，這一點在商業洗碗時尤為重要，因此所選表面活性劑的濁點應低于其使用溫度。

表面張力低于接觸角小的表面活性劑有利于其在餐具表面快速鋪展，達到更好的潤濕性能，并形成均勻的薄水膜，使餐具快速干燥，并防止餐具表面留下斑膜和條紋。

臨界膠束濃度CMC值對表面活性劑實際使用中的開稀濃度具有參考價值。

在高轉速下，測試一定濃度的表面活性劑水溶液的SITA泡沫，可幫助預選一些低泡的表面活性劑。

從表1可看出，所選沙索表面活性劑和競品均無明顯苦味，即所選表面活性劑經過高溫漂洗后，均不會在餐盤上留下不愉悅的味道。筆者在測試時發現很多脂肪醇烷氧基化物產品均有不同程度的苦味，且由于測試人員飲食習慣或舌頭上受體的不同，測試結果也稍有差異，但是趨勢是一致的。筆者曾測試過表面活性劑中游離EO和游離PO的含量，但并未發現兩個指標的含量和苦味之間的規律。也曾嘗試用活性炭去吸附苦味，結果并無改善。因此目前基于表面活性劑的味道只能采取志愿者主觀測試評估的方法。

數據顯示，所有表面活性劑1%水溶液濁點均遠遠低于漂洗溫度，有些產品還具有優異的消泡和抑泡功能，比如MARLOX FK 86。測試所選表面活性劑的表面張力均在30 mN/m左右，接觸角均小于50°，具有這樣特性的表面活性劑可在硬表面上快速鋪展潤濕。SITA泡沫數據說明表面活性劑在50℃左右溫度下，均為低泡或無泡產品。

表1 表面活性劑基礎性能測試結果

2.2 復配催干劑配方性能測試

典型的商用催干劑配方通常由表面活性劑、螯合劑、助溶劑、食用色素和防腐劑組成。漂洗劑產品一般是液體，配合分配器使用。漂洗劑中所用表面活性劑的濁點一般比較低，在溫度升高時易引起產品分層。產品分層后，上下層的組分不一致會導致使用效果的劇烈波動，因此配方中需要加入助溶劑。常用的助溶劑有溶劑類的（如異丙醇、乙醇等），也有其他類型的“水溶助長劑”（如異丙苯磺酸鈉、甲苯磺酸鈉等）。為了優化催干劑在硬水中的使用效果，配方中必須加入性能優良的螯合劑，它可以使漂洗水中堿土金屬離子失活，阻止或減少水不溶物形成，這些水不溶物很可能會沉積在被洗滌器皿上而形成斑膜或條紋。

根據表面活性劑的溶解度、使用條件、洗碗機設計以及成本核算不同，商用催干劑配方中表面活性劑含量一般為5%～40%，通常為10%～20%。從經濟性的角度考慮，本研究以異丙醇作為助溶劑，少量SCS 40作為水溶助長劑，檸檬酸作為螯合劑，結合不同的脂肪醇烷氧基化物復配催干劑配方，見表2。

配方過程中，既要使原液在較寬的溫度范圍內保持均相，又要使產品在使用濃度下具有較低的濁點，以確保在較寬的溫度范圍內都具有最佳潤濕力。產品的濁點可以通過改變異丙醇和SCS 40的量來調整的。為了測試不同的表面活性劑在同一配方中的功效差異，以上配方所加的水溶助長劑SCS 40的量是一致的。1#、2#、3#和4#配方表面活性劑的濃度為15%，5#和6#配方表面活性劑的濃度為7.5%。

2.2.1 濁點和pH值

洗碗機的噴淋清洗溫度一般設置為65℃，實際工作溫度＞50℃，噴淋漂洗設置溫度為80～90℃，實際工作溫度＞80℃。根據以上使用條件，要求催干劑配方從50℃開始泡沫不僅要低、能迅速消失，而且還需要有抑泡功能；需要耐堿，能中和清洗液的殘留堿，因此催干劑配方的pH值最好呈酸性。表3為催干劑配方和市售產品的濁點及pH值。

根據催干劑配方的要求，沙索6個配方0.5%水溶液的濁點基本都在30～50℃，pH值范圍為3.0～4.0。針對市售的8個產品，0.5%水溶液的濁點一般在30～40℃，其中E和H濁點測試不出，推測可能是含有低泡的陰離子表面活性劑，所有產品的pH值范圍為3.0～7.0，呈酸性或中性。

2.2.2 催干時間

餐具選取的是市場上使用頻率最高的密胺餐盤和不銹鋼餐盤。目前通用的洗碗程序是在餐具進入洗碗機之前有預洗過程，預洗用的洗滌劑大部分是普通的餐具洗滌劑（洗潔精），因此發泡力很強的洗潔精很容易殘留在餐具上被帶入到洗碗機中。筆者測試了餐盤未浸泡洗潔精水溶液和浸泡洗潔精水溶液這兩種情況下催干時間是否有差異。圖1為測試用密胺/不銹鋼餐盤以及洗碗機，其中洗碗機設置的工作條件為：噴淋清洗設置溫度為65℃，實際工作溫度＞50℃，噴淋時間為60 s；噴淋漂洗設置溫度為80～90℃，實際工作溫度＞80℃，噴淋時間為10 s。

表2 催干劑配方

2.2.2.1 密胺餐盤

圖1 測試用密胺/不銹鋼餐盤和洗碗機

圖2為未浸泡洗潔精的餐具使用不同的漂洗劑配方的催干時間。從圖2可看出：針對密胺餐盤，基于MARLOX LF 8530和MARLOX FK 86的1#配方效果明顯，在1 min左右時餐盤上大部分水已經消失，90 s時餐盤上水分完全消失。比基于競品的4#配方和市售產品A的催干時間更短。

將密胺餐盤浸泡在0.5%的洗潔精水溶液中5 min，然后放入洗碗機進行正常的清洗和漂洗。圖3為浸泡洗潔精的餐具使用不同的漂洗劑配方的催干時間。從圖3可看出：基于MARLOX LF8530/ MARLOX FK86的5#、3#和1#配方的催干時間最短，優于競品4#配方和市售產品，這主要是因為MARLOX LF8530在使用溫度下對密胺餐盤表面具有更好的潤濕性能；5#配方為1#配方表面活性劑減半后的體系，可看出低濃度下仍然具有良好的催干效果；對比圖2中未浸泡洗潔精密胺餐盤的催干時間，可發現帶入洗潔精后對催干時間基本沒有影響。

圖2 未浸泡洗潔精的密胺餐盤使用不同的漂洗劑配方的催干時間

表3 催干劑配方和市售產品的濁點及pH值

圖3 浸泡洗潔精的密胺餐具使用不同的漂洗劑配方的催干時間

2.2.2.2 不銹鋼餐盤

將不銹鋼餐具置于0.5%的洗潔精水溶液中浸泡5 min，然后將浸泡后的餐具放入洗碗機中進行正常的清洗和漂洗。圖4為浸泡洗潔精的餐具使用不同的漂洗劑配方的催干時間。從圖4可看出：基于MARLOX LF 8530 / MARLOX FK 86的1#和3#配方的催干時間最短。對比圖3密胺餐盤的催干時間，可發現不銹鋼餐盤的催干時間較密胺餐盤的催干時間明顯增加，這主要是由于不銹鋼餐盤本身導熱屬性所致，漂洗后餐盤放置室溫時，餐盤余溫快速下降，影響了催干劑的催干效果。

圖4 浸泡洗潔精的不銹鋼餐具使用不同的漂洗劑配方的催干時間

2.2.3 泡沫評估

洗碗機內的泡沫在洗滌過程中是不可避免的，洗碗槽內可能會由于各種因素帶來或產生發泡物質。比如，上文提到的用洗潔精預洗餐具會讓高泡的陰離子表面活性劑殘留在餐具上被帶入到洗碗機中。當洗碗槽內的洗滌液被重復噴淋使用時，洗碗機內會產生大量的泡沫，泡沫不僅會溢出，還可能損壞機器，導致洗碗機無法正常工作，因此催干劑中表面活性劑需要有適當的消泡抑泡功能。

2.2.3.1 密胺餐盤

圖5是餐具沒有浸泡洗潔精循環9次后的泡沫圖片。測試結果顯示，無論是沙索開發的配方還是市售產品，整體泡沫都比較低。這主要是由于體系中使用的均是低泡的表面活性劑，在超過濁點的溫度下，表面活性劑在水中的溶解度下降，聚集的膠束要比高度水化的膠束不容易擴散到達新界面，因而使泡沫中的液體層狀膠束大為減少，穩定性下降[2]。

圖5 未浸泡洗潔精的密胺餐具使用不同的漂洗劑配方的泡沫

圖6為浸泡洗潔精的密胺餐具使用不同的漂洗劑配方的泡沫。每次洗滌所測餐盤均會沾有少量洗潔精溶液，浸泡9次，循環噴淋洗滌9次。從測試結果看，9次浸泡洗滌之后，洗碗機內的泡沫較未浸泡洗潔精的明顯增多。表面活性劑量減半后的5#配方(5%MARLOX LF 8530+2.5%MARLOX FK 86)同1#配方(10% MARLOX LF 8530+5%MARLOX FK 86)相比，泡沫并沒有降低，可驗證泡沫主要是洗潔精帶入的。基于MARLOX FK86的2#配方泡沫最低，可看出FK86對洗潔精的消泡效果較明顯。這主要是由于MARLOX FK86能快速降低水的表面張力，容易在已生成的泡沫表面鋪展，從而降低了表面黏度和表面彈性，使膜強度大減從而達到消泡的目的。

圖6 浸泡洗潔精的密胺餐具使用不同的漂洗劑配方的泡沫

圖7將泡沫測試結果以更直觀的柱狀圖呈現出來。可以看出，基于MARLOX FK86的2#配方泡沫是最低的，基于MARLOX LF8530和MARLOX FK86的1#配方較基于競品的4#配方泡沫略低，同市售產品相比處于中等水平。MARLOX LF8530在密胺餐盤表面的鋪展潤濕效果更好，而MARLOX KF86有更好的消泡和抑泡效果。

圖7 浸泡洗潔精的密胺餐具使用不同的漂洗劑配方的泡沫等級

2.2.3.2 不銹鋼餐盤

圖8為浸泡洗潔精的不銹鋼餐具使用不同的漂洗劑配方的泡沫。針對不銹鋼餐盤，同樣也是9次循環洗滌之后，揭開洗碗機蓋子，立即拍照記錄其洗碗機主洗槽內的泡沫。泡沫的規律同密胺餐盤基本保持一致。基于MARLOX FK86的2#配方的泡沫仍然是最低的，但是較密胺餐盤洗滌后的泡沫要略高，這主要是因為兩種餐盤的測試時間節點不同溫度差異所致，測密胺餐具泡沫時的室溫較高，而測試不銹鋼餐具時的室溫較低，當洗滌程序結束后立即揭開蓋子拍照記錄洗碗機泡沫時，其實還處在一個消泡的動態過程，2#配方0.5%水濁點為19℃，對環境溫度非常敏感，因此兩種餐具洗滌后的泡沫會略有差異。

圖9將泡沫測試結果以更直觀的柱狀圖呈現出來。可以看出，基于MARLOX FK86的2#配方泡沫是最低的，基于MARLOX LF8530和MARLOX FK86的1#配方同基于競品的4#配方泡沫相當，同市售產品相比泡沫略低。

圖8 浸泡洗潔精的不銹鋼餐具使用不同的漂洗劑配方的泡沫

圖9 浸泡洗潔精的不銹鋼餐具使用不同的漂洗劑配方的泡沫等級

2.2.4 復配催干劑配方及市售產品性能總結

相對于市售產品和基于競品的配方，沙索開發的基于MARLOX LF8530和MARLOX FK86的1#催干劑配方對密胺和不銹鋼餐盤具有更短的催干時間，較少的泡沫和較少的留痕。針對密胺餐盤，1#配方和5#配方具有更短的催干時間、中等泡沫和更少的留痕。針對不銹鋼餐盤，1#配方和2#配方具有更短的催干時間、較少的泡沫和中等留痕。

表4 沙索配方與市售催干劑產品綜合性能對比

3 結論

通過實驗可知，MARLOX LF8530在漂洗溫度下具有優異的鋪展潤濕性能，而MARLOX FK86有更好的消泡抑泡效果，基于這兩個產品復配的催干劑配方在較寬的溫度范圍內能保持均相，對密胺和不銹鋼餐盤具有更短的催干時間，較少的泡沫和較少的留痕，且不會在餐盤上留下不愉快的味道。