科學(xué)量化泡沫穩(wěn)定性和感官體驗(yàn)

研究背景

洗發(fā)水已經(jīng)是日常生活中bi備用品，貨架上種類繁多的洗發(fā)水讓人應(yīng)接不暇，但無論哪種洗發(fā)水，清潔是洗發(fā)水中表面活性劑的主要功能。實(shí)際上，起泡特性更能直觀地吸引消費(fèi)者。泡沫是洗滌產(chǎn)品質(zhì)量的重要特性，很多人洗頭發(fā)時(shí)都有這樣一種感受：如果頭發(fā)特別臟的話，用洗發(fā)水洗頭的時(shí)候起的泡沫就會(huì)少；而如果頭發(fā)比較干凈的話，起的泡沫就會(huì)多。

這是由于洗發(fā)水中都會(huì)有表面活性劑，能起到清潔作用。表面活性劑有親水和親油（疏水）兩端，其中親油部分一般是長鏈烷基等非極性基團(tuán)，與有機(jī)物的作用力大、與水的作用力小；親水部分一般是磺酸基等極性基團(tuán)，與水的作用力大、與有機(jī)物的作用力小。在與油污相互作用時(shí)，親油基團(tuán)向內(nèi)插入油污中，而親水基團(tuán)則向外，于是表面活性劑就將油污包裹成一團(tuán)。把頭發(fā)上的油污洗干凈就是表面活性劑用于增溶。把洗發(fā)水加水打勻的過程實(shí)際上是一個(gè)攪拌過程，在這個(gè)過程中溶有表面活性劑的溶液與空氣充分接觸。如果沒有油供親油基團(tuán)去發(fā)生作用，那么親油基團(tuán)就會(huì)遠(yuǎn)離水，形成氣泡。油污越少，參與形成氣泡的表面活性劑的量就越多，形成的泡沫就多；油污越多，參與形成氣泡的表面活性劑的量就越少，形成的泡沫就少。

實(shí)驗(yàn)部分

樣品

本實(shí)驗(yàn)是購買了幾個(gè)大眾品牌的洗發(fā)水，其主要的成分表面活性劑見表1。

表1. 實(shí)驗(yàn)洗發(fā)水及主要成分

儀器與方法

儀器及測試原理：

使用德國KRüSS公司DFA100型泡沫測試儀可準(zhǔn)確測量泡沫起泡性和泡沫的衰變速度。其主要原理為利用攪拌或鼓氣的方式產(chǎn)生泡沫，根據(jù)樣品的透光率，通過光學(xué)傳感器來監(jiān)測泡沫產(chǎn)生的高度和泡沫結(jié)構(gòu)。

圖1.KRüSS DFA100泡沫分析儀

通過測量通過玻璃柱的透光量，連續(xù)監(jiān)測總高度（液體加泡沫）如圖2所示。使用泡沫結(jié)構(gòu)模塊測量了二維泡沫結(jié)構(gòu)。在這個(gè)模塊中，泡沫在玻璃柱中產(chǎn)生，玻璃柱上包含一個(gè)棱柱。基于全反射原理，該棱鏡可以產(chǎn)生具有高對(duì)比度的二維泡沫結(jié)構(gòu)的圖像。用泡沫分析軟件對(duì)所得到的圖像進(jìn)行分析，并記錄每個(gè)時(shí)間步長的氣泡大小分布。

圖2. DFA 100泡沫分析儀測試原理

實(shí)驗(yàn)方法及過程

將樣品與水按照1:10的比例調(diào)配成溶液，實(shí)驗(yàn)時(shí)移取100ml溶液于測試玻璃量柱中，采用專用的Foam Flash間歇攪拌的起泡方式，轉(zhuǎn)速3500r/min，攪拌2s靜止3秒，重復(fù)50個(gè)周期，即發(fā)泡時(shí)間為100s。樣品溶液與空氣充分接觸的過程中產(chǎn)生泡沫，來模擬實(shí)際洗頭的起泡方式。

結(jié)果與討論

總高度結(jié)果（泡沫+液體高度），代表洗發(fā)水的起泡性。

樣品的起泡能力與泡沫高度是密切相關(guān)的。一般來講，在相同濃度下，樣品起泡性越強(qiáng)，產(chǎn)生的泡沫越多，其泡沫高度也越高；反之，起泡性差的樣品，其泡沫高度也相對(duì)較低。并且起泡能力是與時(shí)間相關(guān)的，隨著攪拌時(shí)間的增大，產(chǎn)生的泡沫也越多。如圖所示，4個(gè)洗發(fā)水的起泡性為樣品A>樣品C>樣品B>樣品D。其中樣品A洗發(fā)水的總高度最高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他3個(gè)，攪拌發(fā)泡后最大泡沫高度為186.7mm。在隨后觀察的30min內(nèi)，泡沫都很穩(wěn)定，總高度沒有明顯下降。

圖3. 4個(gè)洗發(fā)水溶液的總高度

泡沫結(jié)構(gòu)

泡沫結(jié)構(gòu)可以直觀的分析洗面奶泡沫的細(xì)膩程度。可以觀測不同樣品分別在不同時(shí)刻下的泡沫結(jié)構(gòu)圖來分析比較泡沫的差異。根據(jù)泡沫結(jié)構(gòu)圖，我們還可以統(tǒng)計(jì)得到更詳細(xì)的泡沫結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，分別為：

表2列出了4個(gè)洗發(fā)水的初始泡沫尺寸和總個(gè)數(shù)，從表中可以看出，4個(gè)洗發(fā)水整體泡沫都比較細(xì)膩豐富，其中總泡沫個(gè)數(shù)依次為樣品A>樣品C>樣品B>樣品D。在洗發(fā)過程中，單純?nèi)啻晗窗l(fā)水溶液產(chǎn)生的泡沫數(shù)以十萬計(jì)，這些泡泡均勻地涂抹包裹住發(fā)絲上的油污。此外，攪拌完成后，單位面積下的泡沫個(gè)數(shù)，也能反應(yīng)泡沫綿密程度。從圖4可以看出，在發(fā)泡結(jié)束的30min內(nèi)，樣品D和樣品B洗發(fā)水的泡沫數(shù)量快速下降，而樣品A洗發(fā)水?dāng)?shù)量一直維持在較高的數(shù)量水平。

表2. 4個(gè)洗發(fā)水的泡沫尺寸和個(gè)數(shù)比較

圖4. 4個(gè)洗發(fā)水溶液的單位面積泡沫個(gè)數(shù)

結(jié)論

采用動(dòng)態(tài)泡沫分析儀DFA100 及其泡沫結(jié)構(gòu)模塊 FSM對(duì)4個(gè)洗發(fā)水進(jìn)行測試。測試的重點(diǎn)是泡沫的體積和起泡數(shù)量，因?yàn)檫@兩個(gè)泡沫特性對(duì)洗發(fā)護(hù)理特別重要。發(fā)泡是洗發(fā)產(chǎn)品重要特性之一，從洗滌機(jī)理上看，泡沫和洗滌能力并無關(guān)系，但在使用和漂洗上是有重要作用的。洗發(fā)產(chǎn)品在清潔使用過程中必須有一定量的泡沫，且相對(duì)比較穩(wěn)定。