繊維柔軟剤
歴史
柔軟仕上げ剤は、すすぎサイクル中に洗濯機に追加される液体組成物であり、衣服の手触りを良くします。これらの製品は、生地に潤滑剤を付着させることで機能し、生地を柔らかく感じさせ、静電気の付着を減らし、新鮮な香りを与えます。最初の柔軟仕上げ剤は、20世紀初頭に繊維産業によって開発されました。当時、綿繊維を染色するために使用されたプロセスは、それらを苛酷に感じさせました。 1900年代初頭、染色後のこれらの繊維の感触を改善するために、綿軟化剤として知られる製剤が開発されました。典型的な綿の柔軟剤は、7部の水、3部の石鹸、および1部のオリーブ、トウモロコシ、または獣脂油で構成されていました。有機化学の進歩に伴い、布地をより効果的に柔らかくすることができる新しい化合物が作成されました。これらの改良された製剤は、すぐに商業市場に参入しました。
1960年代までに、プロクターアンドギャンブルを含むいくつかの主要なマーケターは、家庭用の液体柔軟仕上げ剤組成物の販売を開始しました。これらの製品の人気は、メーカーが改善された柔らかさとより魅力的な香りを提供する新しい配合を開発するにつれて、次の10年間で劇的に増加しました。
人気が高まっているにもかかわらず、柔軟仕上げ剤には1つの大きな欠点がありました。柔軟剤の化学物質は洗剤と互換性がないため、すすぎサイクルですべての洗剤が除去されるまで洗濯機に追加できません。当初、この制限により、消費者は衣服を柔らかくしたい場合、洗濯機に余分に足を運ぶ必要がありました。 1970年代後半、メーカーは、ドライヤーシート形式で布地を柔らかくする利点を提供する方法を見つけました。これらのシートは柔軟仕上げ剤の利点のいくつかを提供しますが、洗濯機のすすぎサイクルの代わりに乾燥機に追加できるという追加の便利さを提供します。しかし、今日ではドライヤーシートが非常に人気がありますが、液体柔軟剤はより効果的であるため、依然として広く使用されています。
1990年代に、環境に配慮したメーカーは、超濃縮製剤のテストマーケティングを開始しました。これらの「超」製剤は、使用する必要のある製品の量が約4分の1であるように設計されているため、より小さな容器に包装できます。ただし、製品が少なく価格が高いため、消費者に認識される価値は低くなります。これらの超濃縮物が今日の市場で成功するかどうかはまだわかりません。
1990年代の終わりまでに、米国での液体柔軟仕上げ剤の年間売上高は約7億ドルに達しました（スーパーマーケット、ドラッグストア、量販店で）。比較のために、毎年約4億ドル相当のドライヤーシートが販売されています。 Procter and Gamble（Downy）やLever Brothers（Snuggle）などの主要メーカーが市場シェアの約90％を占め、残りの10％は自社ブランドが占めています。
デザイン
製品開発の化学者は、一連の特定のマーケティング要件を満たすように設計された柔軟仕上げ剤を作成します。第一に、配合物は、優れた柔らかさ、改善された鉄の滑り、洗浄サイクル中のしわの形成の減少、洗浄後の改善されたしわの除去、より良い色の保持、および強化された汚れ保護など、消費者が望むさまざまな属性を提供しなければならない。さらに、処方は安全に使用でき、環境に優しく、審美的に心地よく、費用効果が高いものでなければなりません。化学者は、技術的評価を消費者テストと組み合わせて使用して、効果的で手頃な価格の製剤を設計します。
原材料
調整剤
初期の柔軟仕上げ剤の処方は、洗浄後に布繊維に付着する脂肪性物質の比較的単純な分散液でした。使用された最も一般的な成分の1つは、二水素化獣脂ジメチルアンモニウムクロリド（DHTDMAC）でした。これは、第4級アンモニウム化合物またはクアットとして知られる材料のクラスに属します。この種の成分は、分子の一部が負に帯電した布繊維に引き付けられて結合する正の電荷を持っているため、有用です。この電荷の相互作用は、静電気の付着の原因となる電気力を分散させるのにも役立ちます。分子の他の部分は本質的に脂肪質であり、生地を柔らかく感じさせる滑りと潤滑性を提供します。
これらのクアットは生地を非常に効果的に柔らかくしますが、吸収性を低下させる可能性もあります。これは、タオルやおむつなどの特定の洗濯物で問題になります。この問題を克服するために、現代の製剤は他のより効果的な成分と組み合わせてクアットを使用しています。これらの新しい化合物は、布地に対する実質性がやや低く、吸水を妨げる可能性が低くなります。
今日、柔軟仕上げ剤の配合に採用されている新しいクラスの材料の1つは、ポリジメチルシロキサン（PDMS）です。シロキサンはシリコーンベースの液体で、繊維を潤滑して軟化を改善し、アイロンがけを容易にします。軟化剤に使用される他のシリコーンには、アミン官能性シリコーン、アミド官能性シリコーン、およびシリコーンガムが含まれる。これらのシリコーン誘導体は、布地により実質的になるように修飾されており、その感触を劇的に改善することができます。
乳化剤
柔軟仕上げ剤に使用されるコンディショニング成分は、油性であるため、通常は水に溶けません。したがって、安定した混合物を形成するには、乳化剤として知られる別のタイプの化学物質を配合に追加する必要があります。乳化剤がないと、柔軟剤の液体は、油と酢のサラダドレッシングのように2つの相に分離します。
柔軟仕上げ剤の配合に使用される乳化剤には、マイクロエマルジョン、マクロエマルジョン、エマルジョンポリマーの3種類があります。マクロエマルジョンは、ハンドローションやヘアコンディショナーに似た、油と水のクリーミーな分散液です。乳化剤分子は、疎水性の油またはシリコーンの液滴を取り囲み、それらを水に分散させることができます。マイクロエマルジョンは化学的に類似していますが、光が周囲を通過するほど小さい油粒子を生成します。したがって、マイクロエマルジョンは、乳白色であるのとは対照的に、その透明性と透明性によって特徴付けられます。さらに、マイクロエマルジョンの利点の1つは、シリコーン粒子が非常に小さいため、実際に繊維に浸透するのに対し、マクロエマルジョンは繊維の表面にのみ堆積することです。 3番目のタイプであるエマルジョンポリマーは、マクロエマルジョンに似た分散液を作成します。このシステムは、真の乳化剤を使用して油相を懸濁および溶解しません。代わりに、エマルジョンポリマーは、網に引っかかった魚のような小さなシリコーン液滴を浮遊させる分子の安定したウェブを作成します。
柔軟剤に使用される乳化システムは、布地への適切な沈着レベルを確保するために慎重に選択する必要があります。非イオン性乳化剤（電荷を持たないもの）と陽イオン性乳化剤（正電荷を有するもの）のブレンドが通常使用されます。布地コンディショニング剤は陰イオン性エマルジョンを不安定にする傾向がある正電荷を持っているため、陰イオン性界面活性剤（負の電荷を持つ）はめったに使用されません。
その他の材料
コンディショニング剤と乳化剤に加えて、柔軟仕上げ剤には、美的魅力を向上させ、製品が保存安定性を確保するために他の成分が含まれています。たとえば、香りや色を加えて、消費者に喜ばれる商品にしています。さらに、製品の品質を確保するために、乳化安定剤と防腐剤が使用されています。
乳化剤とコンディショニング成分を水に加えます。バッチは加熱され、混合されます。次に、他の材料が追加されます。
製造
プロセス
- 液体軟化剤を製造するための好ましい方法は、1つの大きな混合容器内で成分を一緒に加熱することを含みます。混合タンクは、配合中の腐食性物質による攻撃を防ぐために、高品質のステンレス鋼で構成する必要があります。タンクには通常、蒸気と冷水を循環させるジャケット付きシェルが装備されているため、バッチの温度を簡単に制御できます。また、大型電気モーターで駆動するプロペラ式ミキサーを搭載しています。この種の混合ブレードは、成分を適切に分散させるために必要な高せん断を提供します。
製造プロセスの最初のステップは、指定された量の水をタンクに充填することです。水は他のすべての成分の担体として機能するため、最初に追加されます。バッチの性能に影響を与える可能性のある金属イオンが含まれていないため、脱イオン水が使用されます。従来の製剤は、80〜90％もの水を含む可能性があります。
- 水がタンクに追加されると、加熱と混合が開始されます。水が適切な温度に達したら、乳化剤を追加します。これらの化学物質はワックス状の固体材料である傾向があるため、比較的高温（158〜176TF [70〜80°C]）で添加されます。添加の順序は特定の処方によって異なりますが、通常、水溶性の低い材料を添加する前に乳化剤を分散させる方が効果的です。乳化剤は、選択された特定の化学物質に応じて、1〜10％の間で使用されます。
- 軟化剤に使用されるコンディショニング成分は通常水溶性ではないため、乳化剤の後に水相に添加されます。典型的な強度の定式化では、約5％が使用されます。より濃縮された製剤の場合、10％のレベルがより一般的です。クアットとシリコーンのブレンドを使用する場合、シリコーンは0.5〜1.5％の低レベルで使用されます。
- 事前に乳化されたシリコーンが配合に使用される場合、温度が低く、バッチ内の機械的攪拌が少ないプロセスの後半に追加されます。事前に乳化されていない高分子量のシリコーンを使用する場合は、シリコーン油滴が均一に分散するように、高温で高レベルの攪拌を行ってバッチに追加する必要があります。
- 加熱と混合は、バッチが均一になるまで続きます。この時点で、冷水がタンクの周りを循環して温度を下げます。バッチが冷えると、防腐剤、染料、香料などの残りの成分が追加されます。これらの成分は、はるかに低い濃度で使用されます。通常、香料の場合は数パーセント以下、防腐剤や染料の場合は1パーセント未満です。バッチが完了すると、サンプルが分析化学ラボに送られ、固体、pH、および粘度の品質管理基準を満たしていることを確認します。完成したバッチは、充填ラインにポンプで送るか、充填の準備ができるまでタンクに保管することができます。
- 製品をパッケージに充填する準備ができたら、自動充填ラインに転送されます。ペットボトルは、充填ノズルの下に運ばれるコンベヤーベルトに供給されます。充填ヘッドには、製剤を保持し、通常は容量によって設定される制御された量をボトルに排出する大きなホッパーがあります。充填されたパッケージは、コンベヤーラインを下ってキャッピングマシンに続き、キャッピングマシンがクロージャーを適用して締めます。最後に、充填されたボトルは、輸送用にカートンと積み重ねられたパレットに梱包されます。
品質管理
完成した生地のより柔らかい配合は、いくつかの異なるプロトコルを使用してテストされます。簡単な実験室試験を使用して、pH、粘度、固形分パーセントなどの基本的な特性を決定します。これらのテストは、正しい成分が適切なレベルで追加されたことを確認するのに役立ちます。
製剤が正しく機能していることを確認するために、他のより厳密なテストが行われます。そのような評価の1つは、Drayes WettingTestと呼ばれることもある吸水性テストです。この手順では、処理した布の小片を水に落とし、布が沈むのに必要な時間を記録します。この測定は、平均的な結果を得るために10回行われます。
しわ防止特性は、アイロンをかける前に生地のサンプルを評価するようにパネリストに依頼することで評価できます。試験サンプルと柔軟仕上げ剤で処理したサンプルの間のしわの量を数値で評価するように求められます。アイロンがけのしやすさを測定するテストも、訓練を受けたパネリストを使用して行われます。
これらのテストは、同じ生地の見本で実行されますが、唯一の違いは、一方の生地が柔軟剤で処理され、もう一方の生地が洗剤のみで洗浄されていることです。しわやアイロンのテストには綿100％の枕カバーを使用し、柔らかさと吸水性の評価には綿100％のテリータオルを使用しています。見本は、テスト前に71.6°F（22°C）および65％の相対湿度の制御された環境で24時間乾燥されます。
未来
柔軟仕上げ剤の将来に影響を与える2つの処方関連領域があります。 1つ目は、超濃縮物が市場に与える影響です。この記事を書いている時点では、消費者に受け入れられるかどうかを判断するのは時期尚早です。 2つ目の領域は、多機能が将来果たす役割に関連しています。化学者が新しいより効果的な成分を開発するにつれて、消費者が知覚できる追加の利益の可能性が高まります。ミレニアムの変わり目に、多機能柔軟仕上げ剤の配合が最新のトレンドになっています。これらの新製品は、衣類を柔らかくするだけでなく、アイロンがけを改善し、乾燥機のしわを減らし、汚れを防ぎます。レバーブラザーズとプロクターアンドギャンブルの両方が、複数のファブリックケアの利点を提供する新しい処方でこの傾向を利用しています。
最後に、メーカーは軟化剤を使いやすくするために新しい配送フォームに目を向けることがあります。 1990年代後半にP＆Gによって導入された新しい方法の1つは、「ダウニーボール」です。これは再利用可能なプラスチックテニスボールサイズの球体で、液体のダウニーで満たされ、サイクルの開始時にワッシャーに追加されます。洗浄中、ボールは密閉されたままですが、すすぎサイクルが回転すると、ボールが開いて柔軟剤が放出されます。洗濯機に自動柔軟剤ディスペンサーがない消費者のために、「ダウニーボール」は別のステップで液体を追加する手間を省きます。このような他の革新的なディスペンシングデバイスは、メーカーが自社製品を競合他社と差別化しようと努めるにつれて、より一般的になる可能性があります。
詳細情報
定期刊行物
ヘノー、ブノワ。 「柔軟仕上げ剤の新鮮な一見。」 石鹸と化粧品 （2001年6月）。
Turcsik、リチャード。 「ソフトセル：スーパーマーケットは、新しい柔軟仕上げ剤の配合と広告が市場シェアの低下を食い止めるのに役立つことを望んでいます。」 スーパーマーケットニュース （1995年8月21日）。
ランディ シューラー
製造プロセス