劉 曉

（南風(fēng)化工集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，山西運(yùn)城，044000）

影響液體洗滌劑中色素穩(wěn)定性因素的探討

劉 曉

（南風(fēng)化工集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，山西運(yùn)城，044000）

闡述了影響液體洗滌劑中色素穩(wěn)定性的內(nèi)部因素和外部因素，并對(duì)兩類(lèi)天然色素的變色/褪色行為和機(jī)理進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，以期為今后的液體洗滌劑配方中選用色素的篩選工作和液體洗滌劑配方調(diào)整以及色素改性提供參考依據(jù)。

液體洗滌劑；色素；穩(wěn)定性；變色機(jī)理

全球洗滌劑用品正朝著無(wú)磷化趨勢(shì)發(fā)展、由洗衣粉向液體洗滌劑發(fā)展、多功能復(fù)合型發(fā)展以及從普通型向濃縮型發(fā)展，預(yù)計(jì)液體洗滌劑的市場(chǎng)份額將逐步擴(kuò)大[1]。隨著多元化需求的不斷增長(zhǎng)，五顏六色的液體洗滌劑產(chǎn)品屢見(jiàn)不鮮，而將色素加入至液體洗滌劑中主要起到以下幾個(gè)方面的作用：遮蓋產(chǎn)品原料的某種顏色；增加產(chǎn)品美感，讓使用者在使用時(shí)心情愉悅；傳遞產(chǎn)品的功能信息和產(chǎn)品理念。常見(jiàn)色素的分類(lèi)如表1所示。品質(zhì)優(yōu)良、性能穩(wěn)定的色素加入液體洗滌劑產(chǎn)品后，在保質(zhì)期內(nèi)不僅能保持與產(chǎn)品協(xié)調(diào)一致的顏色，而且不會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的感官指標(biāo)發(fā)生改變、影響產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。

由于色素色澤不穩(wěn)定，使用過(guò)程中易受外界各種因素影響，實(shí)際應(yīng)用時(shí)洗滌劑和色素配伍過(guò)程中常出現(xiàn)變色、褪色甚至分層等現(xiàn)象，讓人產(chǎn)生產(chǎn)品變質(zhì)的錯(cuò)覺(jué)，導(dǎo)致商品價(jià)值大打折扣。究其變色的原因可能有兩種：一是色素中的一些組分和洗滌劑中的某些組分發(fā)生了反應(yīng)；二是洗滌劑所提供或者使用的環(huán)境使色素中的某些組分自身發(fā)生了變化或者組分之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致色素穩(wěn)定性出現(xiàn)問(wèn)題。因此，在為液體洗滌劑挑選色素時(shí)，研發(fā)工作者們不僅要對(duì)色素本身的組分及化學(xué)性質(zhì)非常了解，還要與洗滌劑配方進(jìn)行匹配，通過(guò)穩(wěn)定性試驗(yàn)來(lái)篩選合適的洗滌劑色素。本文將就影響色素穩(wěn)定性的常見(jiàn)因素做一簡(jiǎn)要闡述，以期為之后的洗滌劑配方研究工作提供參考依據(jù)。

表1 常用色素的分類(lèi)

1 洗滌劑基質(zhì)影響

各種色素溶解于不同溶劑中，可產(chǎn)生不同的色調(diào)和強(qiáng)度，尤其是兩種及以上合成色素復(fù)配使用時(shí)，情況更為顯著。如一定比例的紅、黃、藍(lán)三色混合物，在水溶液中色度較黃，而在50%酒精中色度較紅。因而色素的添加與基質(zhì)的顏色也有一定關(guān)系。有些色素的添加需要和洗滌劑基質(zhì)顏色“相配”，以便使基體顏色更加鮮亮或者減弱。

1.1 pH的影響

絕大多數(shù)色素在溶液中的色澤與溶液的pH值有關(guān)，很多色素會(huì)隨著酸堿條件的改變而發(fā)生變化，如赤鮮紅在pH值小于4時(shí)會(huì)沉淀，板栗仁黃色素在過(guò)酸條件下顏色為草綠色，且酸性越大顏色越淺[2]；紅曲黃色素在酸性條件下黃色鮮艷，在中、堿性條件下逐漸變成紅褐色[3]。一般來(lái)說(shuō)，色素在一定的pH值范圍內(nèi)需保持特定的色澤，在使用色素過(guò)程中要注意其適用的酸堿度。如玫瑰茄紅色素適用的pH值范圍較窄，一般為3～5，而梔子黃色素適用范圍則較廣，在3～11之間，這都是由各自的結(jié)構(gòu)性質(zhì)決定的[4]。如果體系配方中存在酸堿，需在配方中和完成后再加入色素或者加入某些護(hù)色劑以防最終洗滌劑產(chǎn)品出現(xiàn)變色情況。

1. 2氧化還原的影響

液體洗滌劑配方一般含有表面活性劑、堿性助劑、增白劑、螯合劑以及去離子水，為保證洗滌劑的去污效果，有時(shí)候需要加入氧化劑和還原劑，這對(duì)色素保持穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)也是個(gè)很大的挑戰(zhàn)，如紅藍(lán)草紫色素在H2O2溶液中會(huì)被漂白，而加入檸檬酸會(huì)導(dǎo)致酸與紅藍(lán)草紫色素發(fā)生反應(yīng)從而產(chǎn)生降解[5]。因而對(duì)不同的液體洗滌劑體系應(yīng)該選用合適的色素，或者在洗滌劑基質(zhì)中加入護(hù)色成分對(duì)所選用的色素進(jìn)行保護(hù)。

1.3 香精的影響

有時(shí)由于香型需要而不得不添加某種易變色的香精，這種情況下首先要清楚此種香精在加入洗滌劑后會(huì)變成什么樣的顏色，所形成的顏色與洗滌劑本身要求的色相是否一致；若一致，最終疊加形成的顏色能否滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。而由于香精的復(fù)雜性，盡管加入量非常少，但是其對(duì)洗滌劑產(chǎn)品的顏色影響卻至關(guān)重要，因而洗滌劑在色素選擇中要特別注意這點(diǎn)。

2 外部環(huán)境的影響

此處所說(shuō)的外部環(huán)境，不是通常意義上的“自然環(huán)境”，而是特指洗滌劑使用或者運(yùn)輸過(guò)程中所處的“環(huán)境”。

2.1 溫度的影響

由于各地氣候差異，為保證在各地液體洗滌劑產(chǎn)品的品質(zhì)如一，對(duì)液體洗滌劑穩(wěn)定性最常見(jiàn)的考察因素就是溫度。通常情況下，高溫對(duì)色素的影響很大，低溫有利于色素穩(wěn)定，有些混合色素在高溫下極易分解或者組分間互相發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致變色或者褪色[2]。因而在實(shí)際配方操作中應(yīng)盡可能在低溫時(shí)加入色素，加入色素后產(chǎn)品最好不要再加熱，而在運(yùn)輸或者存放過(guò)程中保持空間溫度在一定范圍內(nèi)，避免高溫環(huán)境，必要時(shí)采取通風(fēng)等措施來(lái)降溫。

2.2 光照的影響

光照包括自然日光照、紫外光照和白熾燈光照。多數(shù)的天然色素在紫外光照射下都會(huì)發(fā)生褪色，有的甚至放在室內(nèi)受散射光照射也會(huì)褪色[3]。如檸檬黃和靛藍(lán)拼色使用時(shí)，如受日光照射，靛藍(lán)褪色較快，而檸檬黃則不易褪色[6]。自然光對(duì)色素具有很大的破壞性，應(yīng)當(dāng)盡量避免洗滌劑產(chǎn)品受到光的直射，在生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷(xiāo)售以及貯存過(guò)程中均應(yīng)避光保存，可以考慮盡量將液體洗滌劑的包裝設(shè)定為非透明包裝。

2.3 金屬離子的影響

自來(lái)水中含大量的鈣鎂離子等金屬離子，而大多數(shù)色素對(duì)這些是很敏感的。不同金屬離子對(duì)天然色素穩(wěn)定性的影響不同，有的可以使色素褪色，但有的反而可以起到穩(wěn)定色素的作用。通常Na+、Ca2+、Mg2+對(duì)一些色素穩(wěn)定性及色澤影響不大，，而Al3+、Cu2+、Pb2+、Fe3+對(duì)色素則有破壞作用，如紅曲黃、黑加侖、板栗仁色素和紅藍(lán)草紫色素等[2,5]，因而在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)不同金屬離子要區(qū)別對(duì)待。

3 多重因素影響

很顯然，對(duì)色素的影響因素并不一定是單獨(dú)存在的，很有可能是兩個(gè)因素或更多因素共同影響導(dǎo)致其不穩(wěn)定。比如所有色素在酸堿條件下與金屬接觸后褪色會(huì)加快，高溫下這種影響更甚。而使用混合色素復(fù)配使用時(shí)應(yīng)考慮色素間和環(huán)境等的影響，如靛藍(lán)和赤蘚紅混合使用時(shí)，靛藍(lán)會(huì)使赤蘚紅更快地褪色。而檸檬黃與靛藍(lán)拼色時(shí)，如受日光照射，靛藍(lán)褪色較快，而檸檬黃則不易褪色。高溫能加速無(wú)色花色素在酸性條件下的氧化反應(yīng)導(dǎo)致三角楓變紅[7]。鑒于此，在為洗滌劑產(chǎn)品挑選色素的時(shí)候要考慮多方面因素的影響。

4 影響機(jī)理探討

色素的性能與其化學(xué)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，要穩(wěn)定色素首先必須從色素穩(wěn)定性和色素結(jié)構(gòu)的關(guān)系入手，通過(guò)改造色素化學(xué)結(jié)構(gòu)和添加色素穩(wěn)定劑[3]等措施來(lái)達(dá)到穩(wěn)定色素的目的。天然色素按照“二分法[8]”大致分為兩類(lèi)：即具有長(zhǎng)鏈共軛結(jié)構(gòu)的脂肪類(lèi)，比如番茄紅色素、玉米黃色素等；具有共軛體系結(jié)構(gòu)的芳香類(lèi)，如高粱皮紅色素、紅花黃色素等。其中，前者在光照、氧化、介質(zhì)極性改變時(shí)會(huì)發(fā)生褪色，后者受pH、金屬離子的影響較為嚴(yán)重，常常會(huì)失去原有色澤變成深褐色或濃茶狀，更有甚者會(huì)有沉淀生成。這是由于脂肪族天然色素結(jié)構(gòu)中雙鍵的π鍵很容易受光、氧、親電試劑（如路易斯酸、金屬離子）等的催化氧化、水解重排導(dǎo)致結(jié)構(gòu)改變從而褪色；芳香族天然色素分子結(jié)構(gòu)中除了存在較穩(wěn)定的共軛芳香族結(jié)構(gòu)外，還存在酚羥基，這導(dǎo)致在不同pH作用下共軛芳香族結(jié)構(gòu)發(fā)生重排，同時(shí)酚羥基易與許多金屬離子螯合發(fā)生金屬離子配位反應(yīng)[7]，致使色素溶液發(fā)生變色現(xiàn)象甚至有沉淀生成。

5 結(jié)語(yǔ)

為洗滌劑挑選色素時(shí)，我們不僅要對(duì)所添加洗滌劑產(chǎn)品的制造工藝、組分及其化學(xué)性質(zhì)非常熟悉，還要對(duì)所添加色素在多種極端條件下進(jìn)行穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)分析，每個(gè)極端條件考察周期有幾個(gè)月時(shí)間，而在某些情形下，由于色素顏色變化比較緩慢，需要留下照片之類(lèi)存檔進(jìn)行后續(xù)比對(duì)，因而整個(gè)考察過(guò)程比較龐雜，需要足夠的耐性來(lái)處理遇到的各種問(wèn)題。

今后，除了要研制開(kāi)發(fā)洗滌劑的配方外，還要加強(qiáng)對(duì)色素資源的開(kāi)發(fā)探索，篩選出盡可能多的穩(wěn)定性好、成本經(jīng)濟(jì)低廉的色素；同時(shí)，要進(jìn)一步研究色素分子的結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性的影響因素，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的改造和修飾，以提高色素的穩(wěn)定性和適用性，拓寬其使用范圍，以更好地應(yīng)用于液體洗滌劑產(chǎn)品以及其他類(lèi)型的產(chǎn)品中。

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Discussion on Factors Affecting Pigment Stability in Liquid Detergent

Liu Xiao
(Technology Center of Na fi ne Chemical Industry Group CO., Ltd, Yuncheng 044000, Shanxi, )

The internal factors and external factors in fl uencing the stability of the pigment in the liquid detergent are separately addressed, and the color changing/ fading behavior and mechanism of the two kinds of natural pigments are brie fl y analyzed, which provides a reference frame for the selection of pigment in the future liquid detergent formulation and the adjustment of liquid detergent formulation and the modi fi cation of pigments.

liquid detergent; pigment;stability; color-changing mechanism

TQ649

A

1672－2701（2017）10-51-04

劉曉女士，助理工程師，主要從事日用化學(xué)品方面的研究工作。E-mail：isisxiao@163.com。