好運攝的法蘭克

摘要

    超市裡的洗衣精琳瑯滿目，電視的廣告宣傳也是百花齊放，有討厭化學的、超強殺菌力的、阿嬤傳下來的，甚至還有用碘與維他命C反應的行銷手段來吸引消費者青睞的，甚少有以科學數據來對洗淨力做說明的產品，好讓消費者明白溫和到底是多溫和；洗淨力超強到底有多強的產品數據解析提供給消費者。本實驗的設計就是以科學驗證的方法來對洗衣精的各種數據進行實驗與研究，如：表面張力、臨界微胞濃度、酸鹼值與洗淨力色度等，對幾種市面上所銷售的洗衣精性能做出有數據的洗淨力分析研究。
    

前言

    使衣物清潔的作用力可分為兩種，一是機械作用力，二是清潔劑作用力，若單純以水加上機械的作用力就已經有清潔的效果，而生活上所遇到各式各樣的髒汙如油脂、澱粉、植物色素(葉綠素、茄紅素、青花素、胡蘿蔔素等)、蛋白質、汗漬、空污等等各種造成衣物骯髒、汗臭味與異味的汙染物，則可利用洗衣精的清潔力來將這些污漬去除。
    洗衣精去除髒污的原理大多是利用界面活性劑來降低水的表面張力去除污漬，透過其分子結構親水端與親油端作用於髒污，當清潔劑達到臨界微胞濃度形成微胞則可更有效的帶走髒污達到清潔的效果。而多元化的生活模式也帶來更多樣的生活汙染物，單純以界面活性劑的效能開始略顯不足，透過添加增強劑的方法可以提高界面活性劑的效能，早期最常使用的就是磷的添加，磷雖然是自然界存在的物質，但是大量的磷使用在洗衣精後排入河川造成了水源優氧化對生態的汙染非常的巨大，許多的國家已經開始限用或是禁止在洗衣精內添加磷為增強劑。
    目前增強劑有對水中金屬離子螯合的EDTA、NTA；洗淨力增強效果的聚磷酸鹽、矽酸鹽；pH值調整的矽酸鈉、硼酸、檸檬酸、檸檬酸鈉、碳酸鈉；防止髒污再附著的分散劑如CMC、三聚磷酸鹽；增強表面張力降低效果的是碳酸鈉、硫酸鈉、氯化鈉等電解質；可分解蛋白質、油脂、澱粉的各種酶(酵素)等增強劑來加強界面活性劑的洗淨效果。
    界面活性劑的種類依離子特性可區分為：陽離子型、陰離子型、非離子型與兩離子型的界面活性劑，在界面活性劑的使用上多依照清洗目的的髒污或功能來做選用，在配方的搭配上可以透過界面活性劑的效能交互作用來增強功能上所需要的效能，例如溫和配方的洗面乳可以添加少許的陽離子型界面活性劑來增加泡沫的彈性；添加非離子型界面活性劑可以對油脂乳化的方式來提高去除油垢效果等配方設計對產品特定功效的性能提升。
    本實驗的設計是以洗衣精去除生活髒汙的洗淨力作為比較，並對其型態觀察、氣味、酸鹼值、表面張力、臨界微胞濃度進行測量，作為洗衣精的科學數據分析，藉此了解目前市售洗衣精的清潔力與所表達的溫和度是否吻合。

材料

1.市售洗衣精   Prowash 專業級   運動衣物洗衣精   O樣品    P樣品   M樣品    A樣品   L樣品    S樣品
2.設計汙染物   辣椒醬   番茄醬   醬油   咖啡   紅酒   柳橙汁   沙拉油   鮮奶   巧克力   可可飲料

3.酒精濃度玻璃毛細測量器
4.游標卡尺
5.白色布塊
6.電腦
7.掃描器
8.攪拌器
9.玻璃燒杯數個
10.乙醇
11.水質酸鹼值測量儀

實驗步驟

1.調和汙染物

	各取適當份量後加熱攪拌均勻融化後將白色布塊投入汙染物中。
	布塊汙染情況

汙染物為日常所見容易汙染衣物的食品、醬料及飲料，加熱調和均勻後來汙染待測布塊檢測洗衣精清潔力。

2.pH值測量

(1)將洗衣精稀釋    至1.25%溶液取    400mL於燒杯中。 (2)測量溶液酸鹼值。

各種洗衣精酸鹼值

	pH值
A樣品	6.58
Prowash	7
L樣品	7.08
O樣品	7.73
M樣品	7.93
P樣品	8.54
S樣品	10.3

3.汙染物清洗

(1)將攪拌棒固定位置後設定攪拌    時間為3分鐘。 (2)把2片汙染布塊投入燒杯中攪    拌3分鐘。 (3)再以清水攪拌3分鐘。

4.清潔度測量

	將清洗後布塊置入掃描器中掃描。
	利用繪圖軟體測量影像RGB色頻分佈情況，取平均值。

各洗衣精溶液洗淨後數據

5.表面張力測量

A.使用毛細酒精濃度計來進行表面張力測試，因其就是利用表面張力於毛細管作用來推算酒精濃度數值。 (1)將游標卡尺固定 (2)調配校正溶液    純水    95%乙醇    50%乙醇    30%乙醇    10%乙醇 (3)測量校正溶液高度

已知各乙醇濃度之表面張力值(mN/m)

測得數據

各濃度酒精濃度之表面張力校正所得數據，製成決定曲線之R2 值為0.9884，非常接近於1，表示以此方式進行表面張力測試之誤差值非常的小。

B.將各洗衣精調配待測濃度為5%、4.5%、4%、3.5%、3%、2.5%、2%、1.5%、1%、
  0.5%、0.2%來進行表面張力測試。

各洗衣精量測後高度數據利用決定曲線關係公式計算出表面張力值
Prowash 臨界微胞濃度約為3.5%

S 樣品臨界微胞濃度約為0.5%

O樣品臨界微胞濃度約為4%

P樣品臨界微胞濃度約為1.5%

L樣品臨界微胞濃度約為4%

M樣品臨界微胞濃度約為2.5%

A樣品由於產品有其他添加物影響表面張力故，臨界微胞濃度不可測

各濃度表面張力值(mN/m)

討論

1.酸鹼值

最容易評估洗衣精溫和度的指標便是酸鹼值，手洗衣物時選用越趨近於中性的洗衣精則對於手部肌膚來說較不會造成乾澀與不適的現象。由於紡織科技進步，現在的衣物布料多以聚脂纖維或是各種複合材質所織成，大多數的衣物洗滌指標也多傾向於使用中性洗劑來清洗，則

是避免長時間使用鹼性洗衣精造成衣物脆化或侵蝕纖維情況。而洗滌之後的廢水排入河川到海洋，高鹼性的洗衣精所造成的環境影響也相對較大，其微小的濃度就可造成水質酸鹼的變化，如最早出現的石化界面活性劑ABS到非離子界面活性劑的NPEO與NP都是因為造成高度的環境汙染與環境荷爾蒙汙染而逐漸被禁止使用，所以酸鹼值越趨近於中性與高生物分解度的洗衣精產品則越受到消費市場的青睞。

但是從許多界面活性劑的規格表(如右圖)來看酸鹼值與洗淨力的關係，pH值越高則洗淨力越強，所以在本次測試的樣品中可以看到有兩個pH>10的產品洗淨力相對於其他產品是比較高的，可見於單一配方界面活性劑酸鹼值與洗淨力兩者之間的關係，相對來說若要以中性

訴求兼顧洗衣精清潔力的配方則需要有複配界面活性劑交互增效與利用增強劑設計來提升中性洗劑的洗淨力如測試樣品中Prowash為中性卻能有優異的洗淨力表現，中性配方設計的難度也比高鹼性洗劑提高許多，在實務上的調配中太高的酸鹼值變化會造成界面活性劑分離、層析、沉澱、變色與效能喪失的現象，所利用的酸鹼調配多以檸檬酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉、聚磷酸鹽、偏磷酸鹽、矽酸鹽、硼酸鹽、檸檬酸、硼酸等物質，而這些物質除了對於界面活性劑的酸鹼值影響之外還會增強洗淨力，所以也常應用為清潔劑配方中的增強劑，如早期的洗衣精最常添加的就是磷酸鹽類，它對於清潔劑的性能提升有卓越的效果，但所帶來河川優氧化的污染是非常的巨大，目前大多數的國家已經開始限用或是禁用這類的增強劑。

所以如前言所提的各種增強劑，對水中金屬離子螯合的EDTA、NTA；洗淨力增強效果的聚磷酸鹽、矽酸鹽；pH值調整的矽酸鈉、硼酸、檸檬酸、檸檬酸鈉、碳酸鈉；防止髒污再附著的分散劑如CMC、三聚磷酸鹽；增強表面張力降低效果的是碳酸鈉、硫酸鈉、氯化鈉等電解質；可分解蛋白質、油脂、澱粉的各種酶(酵素)等增強劑應用中越能親和環境的配方則越受到廠商與消費者喜愛，其中酵素的使用上卻有相當高的難度在酵素活性保持，配方酸鹼值是應響酵素活性的很大因素及常使用的SLS、SLES界面活性劑會造成蛋白質變性破壞其結構，蛋白質結構破壞後自然其應有的活性就會喪失，所以在配方上的調配難度又更加地提高，如何利用合適的界面活性劑與各種離子來安定酵素活性則是配方調配的重要關鍵之一。

2.表面張力與臨界微胞濃度

測量表面張力的方法有毛細管法、掛環法、威廉米平板法、旋轉滴法、旋滴法、最大氣泡法與滴體積法等，本次實驗是利用毛細管酒精濃度計來進行表面張力量測，這款酒精濃度計原就是以液體表面張力在毛細管高度來換算酒精濃度的量測器，利用這樣的器材可以快速得到各待測液體的表面張力值，其同濃度重複數值非常的接近，剛開始校正與游標卡尺的高度關係時產生的R2決定係數值為0.9884，非常接近於1準確度自然也相對的提高。

界面活性劑之表面張力就像鏟子一樣把髒污從衣物表面挖起來，臨界微胞濃度則是如同運輸車一般，當清潔劑達到臨界微胞濃度時可以有效率的把髒污打包帶走，兩個因素對清潔力與使用量有很大個關係。但越低的表面張力就越好嗎？當然不是。太低的表面張力可能造成太強的去汙能力，會造成衣物褪色及纖維破壞，所以調配合適的配方才能溫和與洗淨兼顧。

如右圖所示θ越接近於180o時表示界面活性劑之表面張力越小，清潔劑向纖維與污垢界面侵入力越大，則洗淨力就越明顯。

對於油脂汙垢則是依靠界面活性劑之疏水端(親油端)來吸附油脂汙垢，當界面活性劑達到特定濃度時其疏水端相互吸引形成微胞，達到此濃度時液體的表面張力則不再降低，所以可以透過各濃度的表面張力值來推算其臨界微胞濃度(cmc)值。當複合界面活性劑配方時，其中非離

子界面活性劑對cmc值影響較大，但可以提高對油脂乳化效能其碳鏈以C6～C11及C16～C18之清潔效果較好，這樣的複合配方就可以非常有效提高產品溫和度與清潔效果，只是在界面活性劑相容性伍配時需注意分離與沉澱現象。 

所以在測試產品中具有低表面張力產品並不一定具有高清潔力，如A樣品所測得知表面張力一直維持在24-25(mN/m)為最低表面張力表現測試樣品且臨界微胞濃度也不明顯，判斷應是有其他添加物影響測定值，又如P樣品與Prowash雖有較高表面張力但卻能有卓越的洗淨力表現，可見於洗衣精在配方設計上並不以單一界面活性劑性能為準需整合各種界面活性劑之交互增

清潔力表現，如在配方中加強對油脂乳化的效果則可強化對油脂髒污的清潔能力，添加蛋白質分解酵素，則能提高分解蛋白質髒污的功效去除衣物上的汗漬或分泌物。但若是單以追求降低表面張力的方法則可添加氯化鈉就能有很明顯的增強效果。

3.洗淨力
    實驗中所設計的髒汙為生活中經常遇到汙染衣物難以清洗的物品如咖啡、番茄醬、醬油、紅酒、油汙與巧克力等，各待測樣品以1.25%濃度進行3分鐘的攪拌清洗後再以清水攪拌清洗3分鐘，以電腦繪圖軟體對清洗後布片樣本之RGB影像分佈量測數據，如可以得公平洗淨力數據進行比較。

從清洗後之潔淨度來看則看出各產品相同濃度的洗淨效果，在O樣品與L樣品的數據看到清洗樣本1與2的落差非常的大，表示需要更大濃度的洗衣精才能均勻的清洗髒汙，而洗淨力前二名的P樣品、Prowash的洗淨樣本1與2的潔淨表現就很平均，可見於相同低濃度的

洗劑就具有較高的清潔力表現。而洗衣精使用量通常會以臨界微胞濃度為基準來進行運算，指示使用者以多少洗衣精用量來清洗多少衣物，洗衣精內的界面活性劑已經稀釋及有其他添加物影響，所以臨界微胞濃度只能參考並無法用來判斷其使用量與清潔力的比值。

如本次以相同濃度進行洗淨力測試的狀況，臨界微胞濃度之高低與清潔率並沒有成反比現象出現。

4.綜合性能討論

            酸    中性  鹼

從清潔力的比較來看，Prowash 舒亦淨、P樣品、S樣品都有卓越的清潔力表現，其中P樣品與S樣品是屬於偏鹼性的配方設計，從成分表看出Prowash 舒亦淨與P樣品兩者都有蛋白質分解酵素添加，可見於配方中應用酵素來提高界面活性劑的清洗效能是很明顯的，而這樣的蛋白質成分對環境的影響相對於其他無機增強劑來說是微乎其微。

若以中性(pH7±1)配方的清潔率來看，大多數的洗衣精清潔率都不高除了Prowash 舒亦淨產品有傑出的洗淨力表現，可見於中性配方與清潔力的調配難度相對於鹼性配方要高出許多，從較高的表面張力與臨界微胞濃度看來 Prowash 舒亦淨是沒有刺激性與纖維破壞性，可見其溫和度與環境親和度都有非常好表現。

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