چکیده:
در این تحقیق فرمولاسیون شامپوی ماشین مورد مطالعه قرار گرفت. کیفیت شامپوی کارواش
ارتباط مستقیمی با مواد اولیه ی مورد استفاده در فرمولاسیون دارد. تغییر نسبت مواد تشکیل
دهنده مانند سدیم متاسلیکات (SMS)، سدیم لوریل اتر سولفات (SLES)، کوکو دی متیل بتائین
(بتائین)، اسید چرب نارگیل دی اتانول آمید (CDE) و آلکیل بنزن سولفونات خطی (LABS)، ویژگی های
نهایی محصول مشخص می کند. یک مشکل معمول در پیش فرمولاسیون بهینه سازی ترکیب
مخلوط است که هدف آن به دست آوردن محصولی با مشخصات مورد نیاز است. در این کار، از
سورفکتانت های مختلف برای تهیه ی فرمول های شامپوی ماشین استفاده شد. طراحی
مخلوط D بهینه برای بدست آوردن فرمولاسیون بهینه انجام شد. ۲۵ جزء ترکیبی با توجه به معیار
بهینه D انتخاب شدند. خصوصیات فیزیکی شامپوی اتومبیل مانند pH، قدرت حذف و قابلیت کف کردن
مورد بررسی قرار گرفت. گرافیک کانتور برای ارزیابی تغییر در سطح پاسخ به منظور درک تأثیر ترکیب
مخلوط بر ویژگی های شامپوی ماشین تشکیل شده است. مطالعه ی آماری نشان می دهد
که مدل مناسب برای توصیف پاسخ ویسکوزیته کافی بوده است.
مقدمه:
تولید خودروهای جدید سال به سال در حال افزایش است. تقاضای شوینده برای شستشوی
خودرو نیز به موازات تولید خودرو در حال افزایش است. شامپوی کارواش از ترکیب سورفکتانت،
عطر، پایدارکننده و مواد دیگر تولید می شود. یک فرمول خوب حداقل از پنج جز تشکیل شده است.
سورفکتانت ماده اصلی فرمولاسیون شامپوی کارواش بوده و گونه ی شیمیایی فعال است
و یک سطح مرزی بین دو فاز را تشکیل می دهد. هنگامی که از سورفکتانت به عنوان
امولسیون کننده استفاده می شود، اختلاف انرژی بین دو مرحله را کاهش می دهد تا
مخلوط پایدار نسبی روغن و آب ایجاد شود. بطور کلی، سورفکتانت را می توان بر اساس گروه
شیمیایی به چهار گروه اصلی تقسیم کرد: آنیونی، غیر یونی، کاتیونی و آمفوتریک. مشکلی
که در تولید فرمول شامپوی کارواش با آن روبرو هستیم، دستیابی به عملکرد مطلوب با ظاهر و
ثبات مناسب است. در کار فرمول سازی، معمولاً از طرح آزمایشی آماری برای بدست آوردن
محصولی با مشخصات لازم استفاده می شود. هدف اصلی از طراحی آماری آزمایش بدست
آوردن نتایج معتبر با حداقل تلاش، زمان و منابع است. چندین تکنیک طراحی آزمایشی برای کار
فرمول سازی مانند طراحی فاکتوریل و طراحی مخلوط استفاده شده است. با این حال، باید توجه
داشت که از روش فاکتوریل نمی توان در مطالعه چنین مخلوط هایی استفاده کرد، زیرا متغیرها
مستقل نیستند. در مقابل طراحی مخلوط نشان دهنده ی یک روش کارآمد برای حل چنین مسئله
بهینه سازی بوده و یک ابزار موثر برای انتخاب بهترین فرمول مواد شوینده مایع است. در این روش
مجموع کسر اجزای استفاده شده باید برابر با ۱ باشد. این تحقیق بر اساس ۵ سورفکتانت
اصلی یعنی SMS، SLES، بتائین، (CDE) و آلکیل بنزن سولفونات خطی انجام شد. این سورفکتانت ها
بطور گسترده ای در صنعت مواد شوینده مورد استفاده قرار می گیرند زیرا تجزیه بیولوژیکی دارند.
فرمول بندی ها بر اساس ترکیب طراحی شده با روش مخلوط بهینه D انجام شده است. سپس
خصوصیات فیزیکی شامپوی اتومبیل مانند pH، توانایی کف و قدرت مورد تجزیه و تحلیل و بهینه سازی
قرار گرفت. گرافیک کانتور برای ارزیابی تغییر در سطح پاسخ به منظور درک تأثیر ترکیب مخلوط بر ویژگی های شامپوی ماشین، تشکیل شده است.
تست قدرت حذف:
قدرت حذف شامپوی اتومبیل با استفاده از خاک توزین شده قبل و بعد از شستشو برآورد شد. خاک مورد استفاده در این تحقیق ضایعات
روغن موتور (روغن موتور تخریب شده) است. بستر مورد استفاده در تست آزمایشگاهی
صفحه فولادی است. قبل از انجام آزمایش، یک لایه خاک (روغن موتور) در کل سطح صفحه
پخش شد (وزن اولیه). همزن مکانیکی به حذف روغن کمک می کند. پس از شستشو،
صفحه را در اجاق خشک کرده و وزن نهایی را اندازه گیری کردند. فرمول مورد استفاده در این
آزمون در رابطه زیر نشان داده شده است. Wi – WF= W جایی که W خاک حذف شده، WF وزن
نهایی است و Wi وزن اولیه است.
نتایج و بحث:
رابطه ی بین ترکیب و pH :
جداول ۱ و ۲ نتایج میانگین، خطی، درجه دوم، مکعب خاص و مکعب کامل از داده های بدست آمده
را نشان می دهد. محاسبات با استفاده از برنامه رایانه ای Design Expert (نسخه ۰۹/۶، Stat-Ease Inc.
مینیاپولیس، MN، ایالات متحده آمریکا) انجام شد. آزمونهای متوالی F در این جداول نشان می دهد که
سهم میانگین مدل مکعب ویژه و خطی قابل توجه است. با این حال، دو مدل مکعبی و مکعبی خاص
نادیده گرفته شدند و مدل درجه دوم انتخاب می شود زیرا دارای مقدار R تنظیم شده بزرگتری در
مقایسه با سایر مدل ها است. بر اساس این تجزیه و تحلیل، نمودار احتمالی باقی مانده های مطالعه
شده برای انحراف معیار مقادیر واقعی از مقادیر پیش بینی شده مربوطه تعیین شد. تجزیه و تحلیل
دوم با رسوب باقی مانده در مقابل پاسخ های پیش بینی شده رسم شده است. نتایج نشان دادند
که هیچ الگوی سیستماتیک وجود ندارد و نقاط باید در یک باند افقی با مرکز صفر باشند. اندازه ی
رسوب باقیمانده مورد مطالعه باید مستقل از مقدار پیش بینی کننده آن باشد، به این معنی که
گسترش باید در تمام سطوح مقادیر پیش بینی شده یکسان باشد. این نمودارها رضایت بخش هستند
و نتیجه گرفته می شود که مدل درجه دوم برای توصیف سطح پاسخ pH فرمول شامپوی ماشین مناسب
است. در این مرحله از پیش بینی مدل برای تولید نمودارهای سطح پاسخ و نمودارهای کانتور از ترکیب
مخلوط هر جز استفاده می شود. بر اساس نمودار کانتور، ترکیب A (SMS) ، D (LABS) و E (CDE) عامل اصلی
تأثیرگذار بر مقدار pH است. LABS و CDE باعث افزایش PH شامپوی کارواش می شود. درحالی که،
وقتی سورفکتانت SMS افزایش می یابد، pH در فرمولاسیون کاهش می یابد.
رابطه ی بین ترکیب و توانایی کف کردن:
آزمون های متوالی F نشان می دهد که سهم میانگین، خطی و درجه دوم قابل توجه است. با این حال، مدل درجه دوم به خوبی متناسب است زیرا در مقایسه با سایر مدل ها مقدار مربع R بزرگتری دارد. بنابراین، مدل درجه دوم از بین مدل بهینه D (معادله شف) برای پردازش انتخاب شده است. بر اساس نمودار کانتور، ترکیب A (SMS) ، C (بتائین) و D (LABS) عامل اصلی تأثیر بر توانایی کف کردن است. بتائین و LABS توانایی کف کردن فرمول شامپوی ماشین را تحت تأثیر قرار می دهند بطوری که وقتی هر دو ترکیب سورفکتانت افزایش می یابد، توانایی کف کاهش پیدا می کند. برای MSM، وقتی این سورفکتانت افزایش می یابد، توانایی کف کردن در فرمولاسیون شامپوی کارواش نیز افزایش می یابد. توانایی مطلوب کف کردن ۱۰۳۸ میلی متر است.
رابطه ی میان ترکیب و ویسکوزیته:
معادلات حل شده و نمودارهای رسم شده نشان دادند که مدل خطی برای توصیف سطح پاسخ ویسکوزیته
فرمولاسیون شامپوی کارواش مناسب است. بر اساس طرح، ترکیب B (SLES) ، C (بتائین) و E (CDE) عامل
اصلی تأثیر در ویسکوزیته است. وقتی دو سورفاکتانت بتائین و CDE افزایش می یابد، ویسکوزیته کاهش
می یابد. در حالی که، برای SLES، وقتی ترکیب سورفکتانت افزایش می یابد، ویسکوزیته نیز در فرمولاسیون شامپوی کارواش افزایش پیدا می کند.
رابطه ی میان ترکیب و قدرت حذف:
معادلات حل شده و نمودارهای رسم شده نشان دادند که مدل خطی برای توصیف سطح پاسخ قدرت حذف فرمولاسیون
شامپوی کارواش مناسب است. بر اساس این مدل، ترکیب A (SMS)، B (SLES) و C (بتائین) عامل اصلی تأثیر
بر قدرت حذف است. وقتی بتائین و SLES افزایش یابد، قدرت حذف نیز افزایش می یابد. با این حال، وقتی
سورفکتانت SMS افزایش می یابد، قدرت حذف کاهش می یابد.
بهینه سازی فرمولاسیون شامپوی اتومبیل:
مقادیر مورد انتظار برای pH در محدوده ۷ تا ۱۲ بود، زیرا در pH پایین، شرایط بسیار اسیدی باعث تحریک پوست
می شود. آزمایش ویسکوزیته نیز بسیار مهم است. علاوه بر این، توانایی مناسب کف سازی در فرمولاسیون
نیز مورد نیاز است، زیرا حذف مطلوب خاک به توانایی کف کردن بستگی دارد. با این وجود، کف شدید می تواند
باعث سرریز شدن شود و اغلب با از دست دادن قابل توجهی از مواد فعال همراه است. عملکرد کف کردن در هر
فرمولاسیون کمک به سورفکتانت به ویژه LABSA و SLES برای از بین بردن خاک در هر بستر و سطحی است. برای
تعیین اثربخشی فرمول تشکیل شده، به قدرت حذف مطلوب نیاز است. روند بهینه سازی با استفاده از مقادیر عددی
همانطور که در جدول ۳ نشان داده شده است، انجام شد. بهینه سازی و تجزیه و تحلیل تمام پارامترها مانند pH،
ویسکوزیته، قدرت حذف و کف سازی با استفاده از روش بهینه D انجام شد.
نتیجه گیری:
۲۵ نمونه آماده شد و چهار پارامتر بر اساس فرمول تشکیل شده آزمایش شد. پارامترها در این مطالعه pH،
آزمون توانایی کف، آزمایش ویسکوزیته و قدرت حذف بودند. تجزیه و تحلیل با استفاده از روش آماری
بهینه D انجام شد. بهترین مدل، بر اساس نتایج آزمون pH، آزمون توانایی کف کردن و قدرت حذف، مدل
درجه دوم است. با این حال، برای آزمایش ویسکوزیته، مدل خطی انتخاب شده است. نتایج نشان می دهد که با
تغییر در ترکیب سورفکتانت استفاده شده در فرمولاسیون، می توان عملکرد و ویژگی های شامپوی کارواش
را دستکاری کرد. ترکیب بهینه فرمول شامپوی کارواش بر اساس هر پارامتر به دست آمد.