Почему HEC является предпочтительным загустителем для моющих средств и промышленных чистящих составов

В отличие от анионной КМЦ (карбоксиметилцеллюлозы, DS 0,65–0,9), которая выпадает в осадок при pH ниже 3 и теряет вязкость в системах с высоким содержанием электролитов или ферментов, незаряженные гидроксиэтильные заместители HEC обеспечивают загущение за счет стерического переплетения цепей — механизма, устойчивого к скручиванию цепей под действием солей, образованию комплексов между полимером и поверхностно-активными веществами на основе зарядов, а также ферментативному гидролизу под действием целлюлазы или систем протеаз/амилаз. Испытания на сохранение вязкости в соответствии со стандартом ASTM D2196 подтверждают, что составы, загущенные HEC, сохраняют >90% от начальной вязкости после 12-недельного ускоренного старения при 40 °C и 50 °C как в условиях pH 2, так и pH 12. Четыре марки Michem — от HE30KB до HE150KB (1 500–8 500 мПа·с, Brookfield LV, 1% раствор) — позволяют точно задать требуемую вязкость для любого чистящего средства, от жидких чистящих средств для распыления до гелевых составов с высокой адгезией.

Основные выводы

• Неионогенные химические соединения HEC обеспечивают стабильную вязкость в диапазоне от pH 2 (кислотные средства для удаления накипи) до pH 12 (щелочные обезжириватели), превосходя по своим характеристикам анионный CMC, который выпадает в осадок при pH ниже 3 и теряет стабильность в средах с высоким содержанием солей.

• Настоящая ферментная стойкость предотвращает снижение вязкости под воздействием протеаз, амилаз и целлюлаз — это является решающим преимуществом по сравнению с CMC для стиральных и моющих средств для посуды с добавлением ферментов.

• При дозировке 0,3–1,51 TP3T HEC охватывает весь спектр чистящих средств: чистящие средства в аэрозольной упаковке, жидкие моющие средства, средства для интенсивного обезжиривания, кислотные средства для удаления накипи, а также гелевые и пленчатые составы.

• HEC совместим со всеми типами поверхностно-активных веществ (анионными, неионогенными, катионными, амфотерными) и не влияет на эффективность очистки, пенообразование или качество ополаскивания.

• Компания Michem HEC предлагает четыре марки (HE30KB, HE60KB, HE100KB, HE150KB; 1 500–8 500 мПа·с) для точной настройки реологических характеристик в любых областях применения моющих средств и промышленных чистящих средств.

Почему этот ответ важен

Нестабильность вязкости моющих средств является одной из наиболее дорогостоящих причин сокращения срока хранения в индустрии чистящих средств. Жидкое средство для стирки, которое на этапе производства отлично разливается, может через три месяца хранения на складской полке разжижаться до водянистой консистенции — или расслоиться на видимые слои, что потребители воспринимают как брак продукции. Основной причиной почти всегда является загуститель: анионный карбоксиметицеллюлоза (CMC) подвержен снижению вязкости под воздействием солей, ферментативному разложению и конформационным изменениям, обусловленным pH. Для промышленных предприятий, использующих автоматическое дозирование, колебания вязкости приводят к ошибкам в дозировке, потерям и нестабильному качеству очистки.

HEC решает эти проблемы на молекулярном уровне. Его нейтральный неионный каркас не вступает во взаимодействие с электролитами и не служит субстратом для гидролитических ферментов. Коммерческие риски — жалобы потребителей, возврат товаров розничными сетями, ущерб репутации бренда — значительно превышают саму стоимость загустителя. Выбирая Michem HEC, разработчики рецептур устраняют один из основных факторов неудачи и получают гибкость для создания полного ассортимента продукции на основе единой, проверенной загущающей платформы.

Подробное техническое исследование

Механизм неионного загущения в системах поверхностно-активных веществ

Загущение моющих составов на основе поверхностно-активных веществ по своей сути является сложной задачей, поскольку поверхностно-активные вещества образуют мицеллярные структуры, которые конкурируют с полимерными загустителями за воду и за место друг с другом. Анионные загустители, такие как Michem CMC, вводят заряженные карбоксилатные группы в эту электростатически насыщенную среду, вызывая непредсказуемое образование комплексов “полимер-поверхностно-активное вещество”, коллапс спиралей под действием солей и максимумы вязкости, которые смещаются при изменении концентрации. HEC позволяет избежать всех этих сложностей: его гидроксиэтильные заместители не заряжены и гидрофильны, повышая вязкость за счет простого переплетения цепей и водородных связей — явления, которое химики-полимерщики называют «стерическим загущением».”

Благодаря этому стерическому механизму эффективность загущения HEC является аддитивной и предсказуемой для всех типов поверхностно-активных веществ. Независимо от того, используются ли в рецептуре линейные алкилбензолсульфонаты (LAS), этоксилированные спирты (AE), алкилполиглюкозиды (APG) или четвертичные аммониевые соединения, HEC самостоятельно повышает вязкость. В результате получается удобный для разработчиков рецептур загуститель, вязкость которого линейно зависит от дозировки и не требует компенсационных корректировок при изменении состава смесей поверхностно-активных веществ.

Стабильность pH во всем спектре чистящих средств

Чистящие средства охватывают самый широкий диапазон значений pH среди всех категорий химических веществ. Кислотные средства для удаления накипи и чистящие средства для унитазов работают при pH 1–3, нейтральные средства для мытья полов и средства для ручной мойки посуды — при pH 6–8, а мощные обезжириватели и средства для чистки духовок — при pH 12–14. Эфирно-связанные гидроксиэтильные группы HEC химически инертны как к кислотному, так и к щелочному гидролизу при нормальных условиях хранения — полимерный остов остается неповрежденным, а загущающие свойства остаются стабильными независимо от значения pH. В испытаниях на стабильность моющих средств, в которых сравнивались загустители HEC и CMC, составы, загущенные HEC, сохраняли >90% от исходной вязкости как при pH 2, так и при pH 12 после 12 недель ускоренного старения, в то время как аналогичные составы, загущенные CMC, теряли 40–60% вязкости в тех же условиях.

Испытания на сохранение вязкости в соответствии со стандартом ASTM D2196 подтверждают эти результаты для всех четырёх марок Michem HEC. Характеристика реологических свойств по методу конуса и пластины ICI в соответствии со стандартом ASTM D4287 дополнительно демонстрирует, что составы, загущённые HEC, сохраняют стабильные реологические профили — псевдопластичные для марок с высокой молекулярной массой (HE100KB, HE150KB), и почти ньютоновские у сортов с более низкой молекулярной массой (HE30KB, HE60KB) — независимо от значения pH среды.

Устойчивость к ферментам: решающий фактор, отличающий продукт от других

Современные жидкие моющие средства содержат ферментные системы — протеазы, амилазы, липазы, целлюлазы, маннаназы — которые воздействуют на биологические субстраты. Ферменты целлюлазы специфически распознают и расщепляют β-1,4-гликозидные связи в немодифицированных цепях целлюлозы, что представляет прямую угрозу для загустителей на основе целлюлозы. Гидроксиэтильная заместительная группа HEC стерически блокирует доступ ферментов к этим местам расщепления, обеспечивая подлинную устойчивость, которую CMC (с его более низкой анионной карбоксиметильной заместительной группой) не может обеспечить. В испытаниях на стабильность в моющих средствах, в ходе которых сравнивались загустители на основе HEC и CMC, хранящиеся вместе со смесями протеаз и амилаз, составы, загущенные CMC, теряли 40–60% вязкости в течение 4 недель; аналогичные составы, загущенные HEC, сохраняли >95% при идентичных условиях.

HEC против CMC: сравнение «бок о бок»

CMC по-прежнему подходит для простых продуктов с нейтральным pH, не содержащих ферментов. HEC необходим во всех случаях, когда стабильность, совместимость и эффективность в полном диапазоне значений pH и при воздействии ферментов являются обязательными требованиями.

Изменение вязкости и поведение при течении

Решения HEC демонстрируют псевдопластические (сдвигово-разжижающиеся) свойства, идеально подходящие для применения в очистных процессах. В состоянии покоя — в бутылке, на вертикальных поверхностях или в дозирующих резервуарах — состав сохраняет высокую вязкость, что обеспечивает стабильность суспензии и контролируемое дозирование. Под действием сдвига — при разливе, распылении или механическом очищении — вязкость снижается, что облегчает нанесение и смывание. Характеристики текучести, определенные по методу конуса и пластины ASTM D4287 ICI, показывают, что марки HE30KB и HE60KB обеспечивают почти ньютоновскую текучесть, подходящую для жидких моющих средств и очистителей-спреев; марки HE100KB и HE150KB обеспечивают выраженное сдвиговое разжижение для гелевых чистящих средств, составов с эффектом прилипания и применения на вертикальных поверхностях.

Технические характеристики продукта

Michem HEC (гидроксиэтилцеллюлоза, CAS 9004-62-0)

Доступные классы:

Основные области применения: Бурение нефтяных скважин, рецептуры жидких моющих средств, покрытия на водной основе, косметика и средства личной гигиены, промышленные чистящие средства.

Источник: Технический паспорт Michem HEC, michemicals.com/cellulose-ether/hydroxyethyl-cellulose. Все значения вязкости измерены по методу Brookfield LV в водном растворе 1% при температуре 25 °C.

Руководство по практическому применению

Протокол растворения HEC

Правильное распределение предотвращает образование комков («рыбьих глаз») и обеспечивает полное увлажнение:

1. Предварительная дисперсия: Смешайте порошок HEC с 3–5 частями водосмешиваемого нерастворителя (пропиленгликоля, глицерина или ПЭГ-200) до получения однородной суспензии. В качестве альтернативы можно предварительно смешать с другими сухими ингредиентами.

1. Дополнение: Добавьте суспензию в водную фазу при умеренном перемешивании (300–500 об/мин) при нейтральном pH.

1. Гидратация: Перемешивайте в течение 20–30 минут, пока раствор не станет прозрачным и не достигнет требуемой вязкости.

1. Добавление поверхностно-активного вещества: Добавляйте поверхностно-активные вещества, наполнители и другие ингредиенты после полного увлажнения.

1. Окончательная регулировка pH: Оптимизация в соответствии с целевым составом — HEC обеспечивает стабильность вязкости независимо от конечного значения pH.

Рекомендуемая дозировка в зависимости от типа продукта

Пример рецептуры: жидкое средство для стирки с содержанием ферментов

Целевая вязкость: 400–800 мПа·с. HEC обеспечивает стабильную вязкость в течение более 12 месяцев благодаря активным ферментным системам.

Пример рецептуры: промышленное средство для удаления жира, предназначенное для интенсивного использования

Целевой уровень pH: 11–12,5. Целевая вязкость: 500–1 200 мПа·с. Технология HEC позволяет поддерживать вязкость в этой среде с высоким содержанием электролитов и высоким уровнем pH.