فرمولاسیون ژل ماشین ظرفشویی
چکیده: یک فرمول ژل ظرفشویی ( Formulation Dishwashing Gel ) کم کف شامل ماده غلیظ کننده، سورفکتانت غیر یونی، آب و
عامل ژل ساز است. همچنین ترکیباتی مانند عوامل جدا کننده، عوامل کنترل کننده ی pH و نگهدارنده ها
می توانند به فرمول اضافه شوند. استفاده از این ترکیبات به شکل ژل باعث کاهش قابل ملاحظه ای در از بین
رفتن بخشی از مواد شوینده به دلیل نشت از مخزن ظرفشویی ماشین ظرفشویی در طول چرخه ی شستشو می شود.
مقدمه:
از فرمولاسیون مواد شوینده ماشین ظرفشویی برای تمیز کردن بشقاب ها، لیوان ها، فنجان ها و
غیره استفاده می شود. به طور کلی، بیشتر مواد شوینده ماشین ظرفشویی تجاری به صورت
پودر هستند و از سورفکتانت های غیر یونی برای کنترل کف در ماشین ظرفشویی استفاده
می شود. در حین توسعه ترکیبات شوینده ماشین ظرفشویی، متقاضیان خاطرنشان کردند که
مقدار قابل توجهی از مواد شوینده پودری قبل از استفاده در چرخه اصلی شستشو، در مخزن
ظرفشویی از بین می رود. دستگاه های ماشین ظرفشویی که در بازار موجود هستند با استفاده از یک
یا دو چرخه شستشو و به دنبال آن چرخه خشک کردن کار می کنند. تحقیقات بیشتر نشان داد که همه
شوینده های گرانول تجاری و پودرهای موجود، در ماشین های ظرفشویی مختلف، بسته به میزان سفت بودن درب
مخزن، از همان مشکل رنج می برند. هر چقدر درب سست تر باشد، آب بیشتری می تواند به داخل آن نشت کرده
و پودر را قبل از استفاده در چرخه اصلی شستشو خارج کند. با در نظر داشتن این مشکل، و همچنین به منظور تولید یک
ترکیب شوینده ظرفشویی با کف کم، پژوهشگران کار تحقیقاتی بیشتری را انجام دادند و به طور غیر منتظره ای کشف
کردند که با فرمولاسیون ترکیب به شکل ژل، مقدار مواد شوینده از دست رفته به دلیل نشت، بسیار کم می شود. اگرچه
چندین اختراع در ایالات متحده مربوط به فرمول مایع ظرفشویی اتوماتیک وجود دارد که از مواد غلیظ کننده برای پایداری
و جلوگیری از جداسازی فاز استفاده می کند اما تا کنون گزارشی مبنی بر معرفی فرمول ژل ظرفشویی ارائه نشده است.
نتایج و بحث:
در این مقاله یک فرمولاسیون ساخت ژل ظرفشویی کم کف متشکل از ماده غلیظ کننده، سورفکتانت غیر یونی، آب، نگهدارنده، سازنده و یک
عامل ژل ساز معرفی می شود. این ترکیب شامل سدیم کربوکسی متیل سلولز، تترا سدیم پیرو فسفات، آب، و یک سورفکتانت غیر یونی از
گروه: (الف) پلی پروپکسیلیت-پلی اتوکسیلیت اتیلن گلیکول با وزن مولکولی متوسط بین حدود ۲۱۰۰ تا ۳۱۰۰ یا (ب) ترکیبی با فرمول
کلی R-O (A) H که در آن: R یک گروه آلکیل خطی است که از ۱۰ تا ۱۸ اتم کربن دارد، با این شرط که حداقل ۷۰ وزن درصد ترکیب
گفته شده در مخلوط مذکور دارای R از ۱۲ تا ۱۶ اتم کربن است و A مخلوطی از گروههای اکسی پروپیلن و اکسی اتیلن است.
شرح دقیق فرمولاسیون ساخت ژل ظرفشویی:
برخی از سورفکتانت ها می توانند هم به عنوان ماده غلیظ کننده و هم به عنوان ماده فعال کننده سطح عمل کنند.
انواع غلیظ کننده های فرمول ژل ظرفشویی:
غلیظ کننده های آلی در فرمولاسیون ژل ظرفشویی:
این ترکیبات شامل آلژینات هایی مانند کاراگینان، آگار، نمک آنها، آلژین آلکیل کربنات ها، استات ها، پروپیونات ها و بوتیرات ها، پکتین ها، آمیلوپکتین و مشتقات آن، ژلاتین، مشتقات سلولزی مانند سدیم کربوکسی متیل سلولز (CMC)، هیدروکسی اتیل سلولز (HEC)، کربوکسی متیل هیدروکسی اتیل سلولز (CMHEC)، اتیل هیدروکسی اتیل سلولز (EHEC)، متیل سلولز (MC) و غیره هستند که در بهترین فرمول ژل ظرفشویی استفاده می شوند.
غلیظ کننده های آلی-سنتزی در فرمولاسیون ژل ظرفشویی:
غلیظ کننده های آلی-سنتزی مورد استفاده در خط تولید ژل ظرفشویی شامل ترکیبات اکریلیک یا متا اکریلیک اسید، استرها، آمیدها و یا پلیمرهای آن ها، آمین های آلی، آمیدها و پلی آمیدها، پلیمرهای وینیل مانند پلیمرهای استر وینیل و غیره است. همچنین از استئارات های فلزاتی مانند آلومینیوم و روی، مشتقات روغن کرچک، اترهای گلیکول پلی آلکوکسیله شده با وزن مولکولی بالا نیز می توان به عنوان غلیظ کننده استفاده کرد.
غلیظ کننده های معدنی در فرمول ژل ظرفشویی:
غلیظ کننده های معدنی مورد استفاده در خط تولید ژل ظرفشویی شامل آلومیناها و سیلیس ها، نمک های فلزات قلیایی آزبست سیلیکات ها و متافسفات ها هستند.
غلیظ کننده های ترکیبی در فرمولاسیون ژل ظرفشویی:
(الف) شامل رزین هایی است که با پیوند یک یا چند از پلیمرهای آلی فوق با یکدیگر یا با سایر مواد پلی هیدریک (آلدئیدها، الکل ها، دیول ها، اترها و …) تهیه می شوند. برخی از آن ها عبارتند: (۱) کوپلیمر ۱: ۱ مالئیک انیدرید متیل وینیل اتر با دی اتیلن گلیکول دی وینیل اتر یا با ۱،۴-بوتان دیول دی وینیل اتر، (۲) متیل سلولز با گلیوکسال، (۳) پلی آکریلونیتریل هیدرولیز شده با فرمالدئید یا استالدئید که به صورت متقاطع پیوند خورده است، (۴) پلیمرهای پلی اکریلات با انیدرید مالئیک و استایرن و (۵) کاراگینان با متیل اتر سلولزی.
(ب) نوع دوم شامل افزودن نمکهای معدنی خاص به یک یا چند از پلیمرهای آلی فوق است. برخی از این نمونه ها عبارتند از: (۱) کلسیم فسفات اضافه شده به محلول آبی نمک های آلژینات، نمک های فلزات قلیایی اضافه شده به کاراگینان، (۳) نمک های فلزی سه ظرفیتی مانند Al2(SO4)3 و یک فلز جابجا شونده با H مانند Zn و Ni اضافه شده به صمغ زانتان.
(ج) ذرات رس در یونهای آمونیوم آلی غلیظ پراکنده شده اند.
سورفکتانت در فرمولاسیون ژل ظرفشویی:
(الف) از برخی سورفکتانتهای غیر یونی آلکوکسیله در غلظت های خاص برای تشکیل ژل استفاده می شود. در واقع، هر سیستمی که قادر به ایجاد پیوندهای
هیدروژنی گسترده و قوی باشد، می تواند برای بکارگیری در فرمول ژل ظرفشویی موثر باشد.
(ب) افزودن برخی از سورفکتانت های آنیونی، به ویژه استرهای فسفات، باعث ایجاد ژل در محیط های آبی می شود.
سورفکتانت های غیر یونی باید به مقدار مناسب در فرمولاسیون ژل ظرفشویی وارد شوند. استفاده از مقادیر بالا باعث افزایش قیمت فرمول ژل ظرفشویی شده و
مقادیر کمتر از ۰٫۱ درصد وزنی خواص پاک کنندگی کافی برای ترکیب ایجاد نمی کند. نمونه های معمولی سورفاکتانت های مفید غیر یونی به شرح زیر طبقه بندی می شوند:
فنول های آلکیل اتوکسیله:
این ترکیبات محصولات چگالش آلکیل فنلهای دارای یک گروه آلکیل از حدود ۸ تا ۱۲ اتم کربن در یک پیکربندی زنجیره مستقیم یا زنجیره شاخه ای، با اکسید اتیلن هستند. گروه آلکیل در چنین ترکیباتی ممکن است با پروپیلن، دی ایزوبوتیلن، اوکتن یا نونن پلیمریزه شده جایگزین شود.
الکل های آلیفاتیک آلکوکسیله:
این طبقه از ترکیبات محصول تراکم الکل های آلیفاتیک حاوی ۱۰ تا ۲۰ اتم کربن در پیکربندی زنجیره خطی یا منشعب با معمولاً ۱ تا ۵۰ مول اکسید اتیلن یا پروپیلن هستند. به عنوان مثال، الکل های آلیفاتیک اتوکسیله-پروپوکسیله (با نام تجاری Plurafacs که به وسیله ی کمپانی Wyandotte Chemicals Corporation فروخته می شود) فرمول کلی R-O(A)H دارند که در آن: R یک گروه آلکیل خطی با ۱۰ تا ۱۸ اتم کربن و A مخلوطی از گروه های اکسی پروپیلن و اکسی اتیلن است.
استرهای کربوکسیلیک:
این طبقه می تواند شامل استرهای گلیسرول باشد. استرهای پلی اتیلن گلیکول (به عنوان مثال استرهای اسید چرب با اکسید پلی اتیلن)، استرهای سوربیتول بدون آب، استرهای سوربیتول اتوکسیله بدون آب، استرهای گلیکول اسیدهای چرب، روغن ها و موم های طبیعی اتوکسیله شده، نمونه ای از این ترکیبات هستند.
آمیدهای کربوکسیلیک:
این طبقه می تواند شامل آمونیاک، مونو اتانول و دی اتانول آمیدهای اسیدهای چرب باشد که دارای یک قسمت آسیل با حدود ۸ تا ۱۸ اتم کربن هستند. این بخش های آسیل از گلیسیریدهای طبیعی مانند روغن نارگیل، روغن نخل، روغن سویا و پیه یا به وسیله ی هیدروژناسیون مونوکسیدکربن در فرآیند فیشر-تروپش به دست می آیند.
آمیدهای اسید چرب پلی اتوکسیله:
این طبقه از ترکیبات شامل مونو و دی آمیدهای اتوکسیله است.
کوپلیمرهای با واحد پلی اتیلن اکسید:
این طبقه می تواند شامل پروپیلن گلیکول پلی اتوکسیله یا پلی پروپوکسیله تحت نام تجاری “Pluronic” یا اتیلن گلیکول پلی اتوکسیله یا
پلی پروپوکسیله با نام تجاری “Pluronic R” ساخته شده به وسیله ی شرکت شیمیایی Wyandotte باشد. بخش آبگریز مولکول دارای وزن
مولکولی حدود ۱۵۰۰ تا ۱۸۰۰ است. افزودن رادیکال های پلی اکسی اتیلن به این قسمت آبگریز، باعث افزایش حلالیت در آب و مایعات دیگر
می شود. ویژگی محصول تا جایی حفظ می شود که محتوای پلی اکسی اتیلن حدود ۵۰ درصد از وزن کل محصول چگالش باشد. سری جدید
ترکیبات موسوم به “Pluronic R” از متراکم شدن پروپیلن اکسید با میعانات اتیلن گلیکول پلی اتوکسیله ساخته می شود. این سری از ترکیبات وزن مولکولی متوسط بین ۲۰۰۰ تا ۹۰۰۰ دارند.
پلیمرهای ارگانوسیلیکون پلی آلکوکسیله:
این طبقه شامل ، ترکیباتی با فرمول زیر هستند:
C.sub.2 H.sub.3 Si[O(Si(CH.sub.3).sub.2 O).sub.z (CH.sub.2 CH.sub.2 O).sub.x (C.sub.3 H.sub.6 O).sub.y C.sub.4 H.sub.9 ].sub.3.
سازنده ها در فرمولاسیون ساخت ژل ظرفشویی:
برای افزایش کارایی تمیز کردن می توان به فرمولاسیون ژل ظرفشویی (Formulation Dishwashing Gel) افزون بر سورفکتانت غیر یونی، ماده
غلیظ کننده و آب، مواد سازنده مختلفی را اضافه کرد. این مواد سازنده شامل امولسیفایرها و کنترل کننده های pH هستند. از جمله مواد جدا کننده ی
خاک می توان به سدیم تری پلی فسفات، تری سدیم نیتریلو تری استات، تترا سدیم اتیلن دی آمین-تترا استات و سیترات سدیم اشاره کرد. یک عامل
جدا کننده ی ترجیحی در فرمول ژل ظرفشویی، تترا پتاسیم یا تترا سدیم پیرو فسفات (TSPP) است. از جمله سازنده های قلیایی که می توان استفاده
کرد سود سوز آور، کربنات ها، فسفات ها، آمونیاک یا آمین ها، بورات ها و غیره هستند. سایر اجزاء شامل
نگهدارنده ها (مانند سدیم سیلیکات، بنزو تریازول و سدیم آلومینات)، ترکیبات آزاد کننده کلر، عطر و رنگ هستند.
با بررسی دلایل رفتار غیرمعمول ژل ها، به طور شگفت انگیزی مشخص شد که میزان احتباس ژل ها به ویسکوزیته بستگی ندارد بلکه بیشتر به
درجه انسجام ماده، یعنی توانایی نگه داشتن خود در کنار هم بستگی دارد. در واقع درجه ژلاتینی بودن (حداقل تنش طبیعی مورد نیاز برای
تولید تغییر شکل مداوم در یک جامد) تعیین کننده ی میزان عملکرد یک ژل است. مقدار عملکرد میزان مقاومت یک ژل در برابر جریان از حالت
استراحت را نشان می دهد و از این رو با “ویسکوزیته” که مقاومت در برابر جریان پویا را اندازه گیری می کند، متفاوت است. ژل با مقدار عملکرد بالاتر در
محفظه ماشین ظرفشویی بهتر حفظ می شود. روش های زیادی برای تولید سیستم ژل وجود دارد، اما مشخص نشد که
خاصیت ماندگاری در محفظه فقط به ترکیب عملکردی وابسته باشد، که به شرح زیر تعیین شده است.
روش های آزمایش:
ویسکوزیته: ویسکوزیته ی فرمول ژل ظرفشویی تهیه شده با استفاده از ویسکومتر متر بروکفیلد مدل LVT Synchro-Lectric اندازه گیری
شد. حداقل مقدار عملکرد یک ژل ظرفشویی و مواد شوینده پودری اندازه گیری شد. میانگین نگهداری در محفظه برای دو شوینده ی
ماشین ظرفشویی پودری و ژل، حالت”ته نشین شده” و حالت”خشک “، اندازه گیری شد. دو محصول مورد آزمایش CASCADE® (نشست کرده) و
Electra-Sol® (خشک) بودند. به این مواد اولیه نیز به ترتیب مقدار کمی رنگ و عطر اضافه شد. ماده شوینده ی Electra-Sol® از ترکیبات
زیر تشکیل شده است: سدیم تری پلی فسفات، سدیم کربنات (سازنده قلیایی و پرکننده) و سدیم سیلیکات. این محصول ترکیبی از
اجزای پودر شده خشک مجزا است و عملاً هیچ رطوبتی وجود ندارد. یک سری فرمول مایع ظرفشویی اتوماتیک نیز برای مقایسه با فرمول ژل
تهیه شد. تغییرات کمی در فرمول ها برای تولید مقادیر مختلف عملکرد در ژل ها لازم بود. مقدار عملکرد این ژل ها از ۲۶۰ تا ۲۸۱۰ و ماندگاری های
مربوط به فنجان ژل از ۷/۸۲٪ تا ۵۵/۹۷٪ بود. از تحلیل رگرسیون غیر خطی برای ارزیابی تئوری عملکرد ژل ها استفاده شد. حداقل مقدار عملکرد مورد
نیاز برای پیشی گرفتن از بهترین مواد شوینده پودری، CASCADE®، بازده ۲/۹۰% و احتباس ۱۱۷۰ است. نتایج نشان دادند که میزان احتباس فنجان
برای نمونه ی ژل نسبت به فرمول مایع ظرفشویی و نمونه پودری بسیار بهتر است. در واقع، مواد مورد استفاده در فرمولاسیون پودرها ها بسیار
محلول تر هستند و از این رو، احتباس پایینی دارند. در مقابل محصول ژل مقدار عملکردی بسیار بالاتر از حداقل مقدار تعیین شده نشان داد. تعیین
کارایی انواع فرمول مایع ظرفشویی اتوماتیک با استفاده از روش توسعه یافته توسط شرکت BASF Wyandotte انجام شد. این روش شامل فیلمبرداری
آزمایشی در ماشین های ظرفشویی خانگی” است که توسط کمیته علمی فرعی C در بخش مواد شوینده و بهداشتی انجمن تولید کنندگان انجام شده
است. ترکیب خاک مورد استفاده برای آلوده کردن ظروف عبارت است از: ۲٫۳ اولئو مارگارین، ۱٫۶ شیر خشک جامد بدون چربی و ۱٫۶ مخلوط Wheatena پخته
شده (بر اساس وزن). برای آماده سازی خاک ابتدا اولئو مارگارین را گرم کرده تا کاملا ذوب شود. سپس مخلوط شیر خشک جامد بدون چربی
و Wheatena پخته شده به آن اضافه و هم زده می شود تا یک خمیر یکنواخت بدست آید. این خاک ممکن است بلافاصله استفاده شود یا چند روز در یخچال نگهداری شود.
ظروف مورد آزمایش:
۵ لیوان آشامیدنی، ۱۰ بشقاب چینی استاندارد و ۱۰ بشقاب ملامینه با قطر ۱۲ اینچ.
فرآیند آزمایش:
۱- ۴۰ گرم از مخلوط خاک به طور مساوی روی بشقاب های ملامینی و چینی پخش شد. ۲- حدود ۱۵ دقیقه اجازه داده شد خاک در
فضای اتاق روی ظروف بماند. ۳- بشقاب های کثیف شده به طور متناوب در قفسه زیرین ماشین ظرفشویی قرار داده شد. ۴- ۵ لیوان
آشامیدنی بدون لکه، بخار یا رگه در ردیف بالایی ماشین ظرفشویی قرار داده شد. ۵- ۲۰ میلی لیتر از مواد شوینده مورد آزمایش در هر
دو فنجان (در کل ۴۰ میلی لیتر) ماشین ظرفشویی ریخته شد. دستگاه روشن گردید. ۶- پس از اتمام چرخه ی خشک کردن، لیوان ها
تا دمای اتاق خنک و سپس برای پوشش نقطه ای در مقیاس خطی ۰٫۰ تا ۱۰٫۰ درجه بندی شدند (یعنی ۰ = بدون لکه، ۱ = ۱۰٪ خالدار
و غیره تا ۱۰ = ۱۰۰٪ خالدار). به وسیله ی فیلمبرداری، مقدار لکه بینی هر لیوان ثبت و علامت گذاری شد. کل مراحل تا ۱۵ چرخه تکرار
می شود. پس از آن می توان میزان لکه بینی را در طول ۱۵ دوره مشخص کرد. عملکرد کلی لکه بینی با استفاده از تیمارهای آماری
استاندارد داده ها، از ۱۵ چرخه، معمولاً با تجزیه و تحلیل واریانس، بین تمام شوینده های آزمایش شده در آن سری آزمایش تعیین شد.
پرسش و پاسخ