洗衣凝珠淺析

韓 富

（北京工商大學(xué)輕工科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京，100048）

隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，可持續(xù)已經(jīng)成為人類所面臨的一大挑戰(zhàn)。低碳經(jīng)濟是實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必由之路，向低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型已成為世界經(jīng)濟發(fā)展的大趨勢。作為與人民生活息息相關(guān)的洗滌劑產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展也已經(jīng)成為目前行業(yè)的熱點。隨著世界低碳經(jīng)濟的到來，洗滌產(chǎn)品逐步向低溫、節(jié)水、濃縮和安全方向發(fā)展。

濃縮化是提高洗滌產(chǎn)品可持續(xù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。相對于普通洗衣液，濃縮化可以減少化學(xué)原料和包裝材料的用量、降低生產(chǎn)過程的能耗、減少輸送環(huán)節(jié)的消耗以及降低廢棄過程的廢料總量。

洗衣凝珠又稱洗衣膠囊，是一款專為機洗設(shè)計的產(chǎn)品，將超濃縮洗衣液包裹于水溶性薄膜中，遇水即溶無殘留，濃縮低水配方，只需普通洗衣液一半的用量就能輕松洗衣。其特有的低泡濃縮配方，更易漂洗，具有投放方便、定量分裝、多效合一和外型時尚等特點，日益受到年輕消費者的青睞。

洗衣凝珠早先起源于歐美國家。2013年，寶潔在歐洲市場推出4款功效不同的洗衣凝珠產(chǎn)品。數(shù)據(jù)顯示，僅一年時間，歐洲便有超過3000萬家庭使用洗衣凝珠，而在美國，洗衣凝珠一年銷售量高達(dá)14億顆。2014年，寶潔又在中國推出碧浪洗衣凝珠。

2015年納愛斯推出“超能”洗衣凝珠，2016年浪奇推出“LONKEY 浪奇洗衣凝珠”，此后，立白、奧妙、拉芳、媽媽壹選等品牌也都紛紛推出洗衣凝珠產(chǎn)品。

洗衣凝珠產(chǎn)品符合了洗滌行業(yè)濃縮化發(fā)展趨勢，對可持續(xù)發(fā)展具有重大意義，可以切實降低對環(huán)境的污染，有利于推動我國洗滌劑行業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級。

2018年5月8日，中國洗衣凝珠行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)啟動會在廣州舉行，這意味著超濃縮的洗衣凝珠將迎來大規(guī)模發(fā)展。

1 洗衣凝珠的膜

洗衣凝珠是由水溶性的薄膜包裹超濃縮洗衣液，每次洗滌時把凝珠放入洗衣機中，凝珠接觸水后溶解，釋放出洗衣液進(jìn)行洗滌。

要求凝珠的膜遇水則溶，快速析出濃縮洗衣液，并且無殘留。但普通水溶膜很容易在衣物、洗衣機濾網(wǎng)及內(nèi)壁等形成殘留污斑，導(dǎo)致堵塞、細(xì)菌滋生等問題。因此，通過膜的優(yōu)化可以構(gòu)建在5℃下還能正常溶解的產(chǎn)品以解決普通膜的低溫溶解性問題。

水溶性膜的主要成分為聚乙烯醇，其制備通過乙烯醋酸酯自由基聚合，再水解（通常還有殘留的未皂化乙酸酯基團(tuán)，皂化度控制在87%～89%，摩爾分?jǐn)?shù)），得到聚乙烯醇，相對分子質(zhì)量約為75000。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度58℃，熔點185～187℃。

聚乙烯醇膜可以包含增塑劑，用于降低膜的剛度，提高水溶膜柔韌性。適合的增塑劑有乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇（如平均相對分子質(zhì)量400）、新戊二醇、甘油、山梨醇、三羥甲基丙烷、二乙醇胺、三乙醇胺和己二酸等。

有時復(fù)配聚乳酸來增加膜的水溶性和降解性。也有報道使用復(fù)合膜，包括與洗滌劑直接接觸的內(nèi)層、中間增溶層和外部崩解層，各層之間通過熱壓復(fù)合。崩解劑遇水能發(fā)生溶脹、崩離作用，起到加速溶解的效果。

水溶性膜的厚度一般為30～100mm ，通常要求1min內(nèi)溶解。

2 洗衣凝珠的濃縮液

就像其他洗滌劑一樣，洗衣凝珠根據(jù)產(chǎn)品的定位和功能不同，也會有不同的配方。公開報道的專利涉及：多功能的洗衣凝珠、除菌的洗衣凝珠以及增加柔順、護(hù)色、防串色等功能的洗衣凝珠等產(chǎn)品。

洗衣凝珠的配方又與普通洗衣液、普通濃縮洗衣液的配方不同，由于洗衣凝珠是超濃縮配方，水含量低、活性物含量高（45%以上），很難使用傳統(tǒng)的原料通過簡單地增加活性物含量而直接得到符合要求的產(chǎn)品。

洗衣凝珠的基礎(chǔ)配方一般由溶劑、少量的水、表面活性劑、助劑、酶制劑等組成。本文簡單介紹其基礎(chǔ)配方的特點。

2.1 表面活性劑

洗滌劑中所用的表面活性劑一般為陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑的復(fù)配物，陰離子和非離子表面活性劑的比例可以大于5∶1。在選擇表面活性劑時除了去污性還應(yīng)注意溶解性、凝膠化、泡沫等問題以及與凝珠的膜的兼容性。

常用的陰離子表面活性劑有脂肪酸鹽、十二烷基苯磺酸鹽（LAS）、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽（AES）等。LAS、AES在常溫下溶解度有限，增大濃度時會析出而渾濁沉淀。可以用銨鹽代替鈉鹽來增加其溶解度，加入三異丙醇胺可以有效地防止凝膠的形成。常用的AES水含量達(dá)到30%，而凝珠是用水溶性聚乙烯醇膜包裝的，要求配方中的水含量降到10%以下，甚至小于5%，為保證凝珠在儲存期間包裝膜完好，配方中AES的加入量不能太多。

常用的非離子表面活性劑有脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）、蓖麻油甲酯乙氧基化物、烷基糖苷（APG）等。AEO雖然溶解度較大，但在常溫下溶解速度慢，不能滿足凝珠遇水即溶的要求，且在高濃度下極易形成凝膠。選擇烷基帶有支鏈的C10-13異構(gòu)醇醚，相對于AEO其傾點低、溶解速度快、凝膠范圍窄、泡沫低、易漂洗，而且與陰離子相容性好。異構(gòu)醇醚的泡沫少，可以有效減少漂洗次數(shù)，提升漂洗效率，適合機洗。一些特殊的表面活性劑（如氧化胺），以一定的方式復(fù)配到體系中可以明顯增加產(chǎn)品的黏度，從而減少膜的滲漏和破損現(xiàn)象發(fā)生。

2.2 助劑

洗滌劑中使用的助劑主要是軟水劑和抗再沉積劑，其作用是螯合水中的鈣、鎂離子，降低水的硬度；抑制CaCO3等無機鹽晶體的生長，防止結(jié)垢；分散污漬，防止清洗下來的污漬再沉積到清洗表面。

常見的螯合劑有乙二胺四乙酸（EDTA）、甲基甘氨酸二乙酸（MGDA）、谷氨酸二乙酸（GLDA）、檸檬酸（CA）、亞氨基二琥珀酸（IDS）、氮川三乙酸（NTA）等。

有些聚合物使用也比較多，如馬來酸/丙烯酸共聚物（MA/AA）、丙烯酸/苯乙烯共聚物（Alcosperse 747），對鈣鎂離子有較強的螯合力，抗再沉積能力十分突出，還可以加速其他表面活性劑的溶解速度。

另外，某些高分子和表面活性劑的復(fù)配可以在洗滌過程中產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，從而減少配方中總活性物的絕對量。例如聚乙二醇/聚乙酸乙烯酯（PEG/PVAc）和有脂肪酸存在的表面活性劑復(fù)配可以顯著地促進(jìn)表面張力的降低速率，從而提高體系的洗滌性能。

2.3 酶

洗滌劑配方需要兼顧產(chǎn)品穩(wěn)定性和洗滌效果的要求，除了重新構(gòu)造表面活性劑體系外，還要使用更多的催化洗滌技術(shù)，例如酶。

常用的酶有蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和纖維素酶，一般為其中兩種或兩種以上的復(fù)合酶。前3種酶分別去除衣物上相應(yīng)的污漬，而纖維素酶則主要是去除受損纖維上的小絨毛，使衣物亮麗如新。

2.4 溶劑

如前所述，洗衣凝珠是低水、超濃縮配方，表面活性劑會析出，目前最有效的辦法是在配方中加入足量的溶劑。

常用的溶劑有乙醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、甘油、二乙二醇、聚乙二醇200等。

3 洗衣凝珠的包裝方式

3.1 內(nèi)包裝（膜）

圖1 洗衣凝珠的不同腔室

洗衣凝珠可以用水溶膜包裹洗衣液形成單腔凝珠，也可以通過膜和工藝的創(chuàng)新做成多腔凝珠（圖1）。多腔凝珠各個獨立的部分通過水溶性的膜隔開，可以把傳統(tǒng)上不能和洗衣液兼容的組分放到一個凝珠中。這為凝珠的配方提供了更大的空間，例如把織物護(hù)理組分放到配方里。根據(jù)配方的需要，膜腔內(nèi)可以分別放洗衣液、柔順劑、漂白劑、酶、除菌劑、固色劑及香精等。

當(dāng)然多腔凝珠的生產(chǎn)成本及難度均會增加，另外各個腔內(nèi)成分的溶解釋放速度及順序是否有要求也是一個問題。

對于多腔凝珠，也有不同的加工成型方式，如圖2。一體成型的凝珠每次洗滌投放一顆就能完成洗滌，對消費者來說多種功能已固定；而壓點線連接的凝珠在使用時可以根據(jù)需要自由組合成不同功能。

圖2 多腔凝珠的不同組合加工方式

對于洗衣凝珠的大小，有研究結(jié)果表明，凝珠太小有被誤食的風(fēng)險，所以把凝珠的體積設(shè)定在20mL左右。這樣不容易被吞食，體積也做到了盡可能小。

3.2 外包裝

3.2.1 包裝盒

單室的包裝盒是最常見的（圖3a），也可以在一個大的外包裝盒中放若干個不同規(guī)格的較小包裝盒（圖3b），存放多種不同的洗衣凝珠且不易造成混淆。

圖3 不同的外包裝盒

圖3c是針對洗衣凝珠取用不便、取用數(shù)量不可控的問題，提供一種包裝盒。當(dāng)需要洗衣凝珠時，抽拉出包裝內(nèi)盒，使包裝內(nèi)盒抽出的長度（由卡位2決定）僅可取出既定數(shù)量的洗衣凝珠，并直接倒出既定數(shù)量的洗衣凝珠，操作簡單，取用方便，由于倒出時其余的洗衣凝珠均位于包裝內(nèi)盒的內(nèi)部，無法倒出，進(jìn)而實現(xiàn)取用數(shù)量可控。

3.2.2 包裝袋

圖4是一種擠壓條密封包裝袋，洗衣凝珠放在密封袋內(nèi)。

圖4 密封包裝袋

3.2.3 包裝片

圖5是一種片狀防潮包裝，從三角形的開啟部3撕開防水塑料封膜2，即可取出凝珠。能夠很好地防止水汽進(jìn)入，避免洗衣凝珠外膜遇水破裂，同時避免小孩輕易撕開包裝，發(fā)生誤食等情況，兼顧安全和使用便利需求。

4 洗衣凝珠面臨的問題與挑戰(zhàn)

洗衣凝珠快速打開了洗滌市場，深受消費者特別是年輕人的喜愛，同時也帶來了一些新的問題與挑戰(zhàn)。

（1）由于存儲、使用不當(dāng)，會發(fā)生類似兒童誤食情況或不必要的眼/皮膚暴露等事故?？刹捎貌煌该鞯耐獍b，有阻止幼兒輕易打開的包裝閉合裝置；添加苦味劑，使得產(chǎn)品即使被誤食也不容易被吞咽等。

（2）洗衣凝珠是專為機洗而設(shè)計的，給消費者帶來了方便、快捷的體驗。設(shè)計初衷是通過控制凝珠大小來控制消費者放入洗衣機中的洗滌劑的用量，避免向消費者直接溝通洗滌劑的用量。但有消費者認(rèn)為一般洗一缸衣服（或床上用品等大件物品）比較好，并不是洗少量衣服的最佳選擇，是否在包裝量上給消費者更多的選擇。

（3）如果每次洗滌不是滿一缸衣物，目前的價格還是相對較高。

（4）隨著人們生活水平的提高，對衣物清洗的要求逐漸從單純的洗凈轉(zhuǎn)向清洗和護(hù)理。但很多護(hù)理（如柔順）與清洗最好不在同一階段進(jìn)行，這就對一體成型的多腔凝珠的溶解釋放順序帶來了挑戰(zhàn)。

（5）洗衣凝珠是低水配方，相對于濃縮洗衣液，用大量溶劑代替了水，造成成本增加，且給環(huán)境帶來更大的壓力。

5 結(jié)語

洗滌劑濃縮化對洗滌產(chǎn)品的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，然而在消費者使用過程中必然會遇到諸多挑戰(zhàn)。還需要科技工作者通過技術(shù)創(chuàng)新，設(shè)計出既能滿足消費者需求又少用化學(xué)品的產(chǎn)品。

致謝：本文所有數(shù)據(jù)、圖表均來自于公開資料，作者對其進(jìn)行整理總結(jié)，在此對所有資料的原始貢獻(xiàn)者表示感謝。