科學量化泡沫穩定性和感官體驗

研究背景

洗發水已經是日常生活中bi備用品，貨架上種類繁多的洗發水讓人應接不暇，但無論哪種洗發水，清潔是洗發水中表面活性劑的主要功能。實際上，起泡特性更能直觀地吸引消費者。泡沫是洗滌產品質量的重要特性，很多人洗頭發時都有這樣一種感受：如果頭發特別臟的話，用洗發水洗頭的時候起的泡沫就會少；而如果頭發比較干凈的話，起的泡沫就會多。

這是由于洗發水中都會有表面活性劑，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，與有機物的作用力大、與水的作用力小；親水部分一般是磺酸基等極性基團，與水的作用力大、與有機物的作用力小。在與油污相互作用時，親油基團向內插入油污中，而親水基團則向外，于是表面活性劑就將油污包裹成一團。把頭發上的油污洗干凈就是表面活性劑用于增溶。把洗發水加水打勻的過程實際上是一個攪拌過程，在這個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去發生作用，那么親油基團就會遠離水，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。

實驗部分

樣品

本實驗是購買了幾個大眾品牌的洗發水，其主要的成分表面活性劑見表1。

表1. 實驗洗發水及主要成分

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生泡沫，根據樣品的透光率，通過光學傳感器來監測泡沫產生的高度和泡沫結構。

圖1.KRüSS DFA100泡沫分析儀

通過測量通過玻璃柱的透光量，連續監測總高度（液體加泡沫）如圖2所示。使用泡沫結構模塊測量了二維泡沫結構。在這個模塊中，泡沫在玻璃柱中產生，玻璃柱上包含一個棱柱。基于全反射原理，該棱鏡可以產生具有高對比度的二維泡沫結構的圖像。用泡沫分析軟件對所得到的圖像進行分析，并記錄每個時間步長的氣泡大小分布。

圖2. DFA 100泡沫分析儀測試原理

實驗方法及過程

將樣品與水按照1:10的比例調配成溶液，實驗時移取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，轉速3500r/min，攪拌2s靜止3秒，重復50個周期，即發泡時間為100s。樣品溶液與空氣充分接觸的過程中產生泡沫，來模擬實際洗頭的起泡方式。

結果與討論

總高度結果（泡沫+液體高度），代表洗發水的起泡性。

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

圖3. 4個洗發水溶液的總高度

泡沫結構

泡沫結構可以直觀的分析洗面奶泡沫的細膩程度。可以觀測不同樣品分別在不同時刻下的泡沫結構圖來分析比較泡沫的差異。根據泡沫結構圖，我們還可以統計得到更詳細的泡沫結構數據，分別為：

表2列出了4個洗發水的初始泡沫尺寸和總個數，從表中可以看出，4個洗發水整體泡沫都比較細膩豐富，其中總泡沫個數依次為樣品A>樣品C>樣品B>樣品D。在洗發過程中，單純揉搓洗發水溶液產生的泡沫數以十萬計，這些泡泡均勻地涂抹包裹住發絲上的油污。此外，攪拌完成后，單位面積下的泡沫個數，也能反應泡沫綿密程度。從圖4可以看出，在發泡結束的30min內，樣品D和樣品B洗發水的泡沫數量快速下降，而樣品A洗發水數量一直維持在較高的數量水平。

表2. 4個洗發水的泡沫尺寸和個數比較

圖4. 4個洗發水溶液的單位面積泡沫個數

結論

采用動態泡沫分析儀DFA100 及其泡沫結構模塊 FSM對4個洗發水進行測試。測試的重點是泡沫的體積和起泡數量，因為這兩個泡沫特性對洗發護理特別重要。發泡是洗發產品重要特性之一，從洗滌機理上看，泡沫和洗滌能力并無關系，但在使用和漂洗上是有重要作用的。洗發產品在清潔使用過程中必須有一定量的泡沫，且相對比較穩定。