Một góc nhìn R&D về salt curve, độ nhớt và mối liên hệ với hương liệu trong nền nước giặt

Có một câu hỏi khá quen thuộc trong quá trình làm nước giặt:

“Tại sao thêm muối vào thì sản phẩm đặc lên, nhưng thêm tiếp một chút nữa lại loãng xuống?”

Người mới làm công thức thường nghĩ rằng muối đơn giản là một chất làm đặc. Vì vậy, khi sản phẩm chưa đạt độ nhớt mong muốn, phản xạ đầu tiên thường là tăng thêm muối.

Nhưng với những hệ chất hoạt động bề mặt có đáp ứng với điện giải, câu chuyện không đơn giản như vậy.

Muối có thể làm thay đổi cấu trúc của hệ surfactant và làm độ nhớt tăng lên trong một khoảng nồng độ nhất định. Khi tiếp tục tăng lượng muối vượt qua vùng tối ưu, độ nhớt có thể giảm trở lại.

Đây là hiện tượng thường được gọi trong R&D là salt curve – đường cong thể hiện sự thay đổi độ nhớt theo nồng độ điện giải.

Và theo kinh nghiệm làm công thức, hiểu được salt curve quan trọng hơn nhiều so với việc ghi nhớ một con số kiểu “nước giặt nên cho bao nhiêu phần trăm muối”.

1. Trước hết, cần hiểu: muối không phải chất làm đặc theo nghĩa thông thường

Khi nói đến chất làm đặc, chúng ta thường nghĩ đến polymer hoặc các chất tạo cấu trúc có chức năng chính là làm tăng độ nhớt.

NaCl thì khác.

Trong một số hệ chất hoạt động bề mặt, NaCl có thể được dùng như một chất điều chỉnh lưu biến thông qua việc thay đổi cấu trúc của hệ micelle.

Các chất hoạt động bề mặt khi ở trong nước có thể tự tập hợp thành các cấu trúc gọi là micelle. Tùy thành phần, nồng độ, tỷ lệ phối hợp và môi trường điện giải, các cấu trúc này có thể thay đổi hình thái.

Ở một số hệ, việc bổ sung điện giải thích hợp có thể thúc đẩy sự hình thành các cấu trúc micelle dài hơn, liên kết với nhau tạo thành một mạng lưới trong pha lỏng. Khi cấu trúc này phát triển, độ nhớt của hệ tăng đáng kể.

Các nghiên cứu trên hệ surfactant, trong đó có SLES phối hợp CAPB, đã quan sát được hiện tượng độ nhớt tăng mạnh theo nồng độ muối, đạt một cực đại rồi giảm khi tiếp tục tăng điện giải.

Điểm cần nhớ ở đây là:

Muối không “làm đặc” theo một đường thẳng. Nó tác động lên cấu trúc của hệ.

Vì vậy, cùng một lượng NaCl nhưng đưa vào hai nền công thức khác nhau chưa chắc cho cùng một kết quả.

2. Tại sao càng thêm muối lại có lúc càng loãng?

Đây là phần thú vị nhất của câu chuyện.

Hãy tưởng tượng chúng ta đang thử một nền surfactant có khả năng đáp ứng với muối.

Ban đầu, lượng điện giải còn thấp.

Khi tăng muối:

độ nhớt tăng.

Tiếp tục tăng:

độ nhớt đạt vùng cao nhất.

Nhưng nếu vẫn tiếp tục tăng:

độ nhớt bắt đầu giảm.

Nếu biểu diễn trên đồ thị, chúng ta sẽ có một đường cong thay vì một đường thẳng.

Có thể hình dung đơn giản:

Muối thấp → độ nhớt tăng → đạt cực đại → độ nhớt giảm khi muối tiếp tục tăng.

Trong các nghiên cứu về hệ SLES/CAPB, hiện tượng này được quan sát khá rõ. Đáng chú ý, vị trí của cực đại không cố định mà còn phụ thuộc vào loại ion, nồng độ và cách các surfactant tương tác với nhau.

Vì vậy, nếu đang làm R&D, câu hỏi không nên là:

“Cho bao nhiêu muối thì đặc?”

Mà nên là:

“Đường cong muối của hệ công thức này nằm ở đâu?”

Đó là một cách đặt vấn đề chính xác hơn.

3. Không có một tỷ lệ muối đúng cho mọi công thức

Đây là chỗ mình muốn nhấn mạnh, bởi vì trên thực tế rất dễ gặp những công thức được truyền tay theo kiểu:

“Công thức này cho X% muối là đặc đẹp.”

Con số đó có thể đúng với chính nền công thức đó, nhưng không nên mặc định áp dụng cho nền khác.

Độ đáp ứng với muối phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

• loại surfactant;
• tỷ lệ giữa các surfactant;
• nồng độ hoạt chất;
• loại điện giải;
• pH;
• các chất đồng hoạt động bề mặt;
• polymer;
• các thành phần kỵ nước;
• và những thành phần khác có khả năng làm thay đổi cấu trúc micelle.

Ngay cả trong hệ SLES/CAPB, thay đổi loại và nồng độ counter-ion cũng có thể làm thay đổi vị trí cực đại và mức độ tăng độ nhớt.

Vì vậy, không nên lấy một tỷ lệ muối từ công thức này rồi áp nguyên sang công thức khác.

Nếu đang phát triển sản phẩm mới, tốt hơn hết là xây dựng đường cong thực nghiệm cho chính hệ đó.

4. Một điều rất dễ nhầm: “đặc” không đồng nghĩa với “đậm đặc”

Đây có lẽ là một trong những điều người sản xuất nên phân biệt rõ.

Độ nhớt là một tính chất vật lý/lưu biến của sản phẩm.

Trong khi đó, hàm lượng hoạt chất là một chuyện khác.

Một sản phẩm có thể có độ nhớt cao do cấu trúc của hệ được điều chỉnh phù hợp. Điều đó không có nghĩa lượng surfactant hoạt tính trong sản phẩm chắc chắn cao hơn.

Nói đơn giản:

Đặc không đồng nghĩa với nhiều hoạt chất.

Và cũng không thể chỉ nhìn độ đặc để kết luận:

“Sản phẩm này chắc chắn làm sạch tốt hơn.”

Khả năng làm sạch là một bài toán riêng, phụ thuộc vào hệ chất hoạt động bề mặt, thành phần hỗ trợ, điều kiện sử dụng và nhiều yếu tố khác.

Đây là lý do trong R&D, độ nhớt chỉ là một trong những tiêu chí cần đạt, chứ không phải tiêu chí duy nhất.

5. Vậy tại sao nhà sản xuất vẫn quan tâm rất nhiều đến độ đặc?

Bởi vì độ nhớt ảnh hưởng trực tiếp đến cảm nhận của người sử dụng.

Một sản phẩm quá loãng có thể tạo cảm giác “như nước”, khó định lượng và không phù hợp với định vị sản phẩm.

Ngược lại, sản phẩm quá đặc cũng không phải lúc nào tốt.

Nếu độ nhớt quá cao, có thể phát sinh những vấn đề khác như:

• khó rót;
• khó định lượng;
• cảm giác sử dụng không phù hợp;
• khó phân tán khi sử dụng trong một số điều kiện;
• hoặc ảnh hưởng đến độ ổn định của hệ nếu công thức đang ở vùng rất nhạy với thay đổi thành phần.

Vì vậy, mục tiêu của R&D không nên là:

“Làm cho sản phẩm đặc nhất có thể.”

Mà là:

“Tìm độ nhớt phù hợp với công thức, bao bì, cách sử dụng và định vị sản phẩm.”

Đây là hai mục tiêu hoàn toàn khác nhau.

6. Một điều nữa thường lưu ý khi làm nước giặt: đừng chỉnh độ nhớt rồi chỉ nhìn độ nhớt

Giả sử chúng ta có một mẫu nước giặt.

Mùi đang ổn.

Màu ổn.

Bọt ổn.

Khả năng làm sạch đạt yêu cầu.

Chỉ có một vấn đề: sản phẩm hơi loãng.

Chúng ta bắt đầu điều chỉnh muối.

Mẫu đạt độ nhớt mong muốn.

Nếu chỉ nhìn đến đây, rất dễ kết luận:

“Đã đạt.”

Nhưng về mặt R&D, chưa nên dừng lại.

Bởi vì khi thay đổi điện giải, chúng ta đã thay đổi môi trường của cả hệ.

Cần đánh giá lại ít nhất:

• • độ nhớt;
  • độ đồng nhất;
  • độ trong/đục;
  • bọt;
  • mùi;
  • màu;
  • pH;
  • và độ ổn định sau bảo quản.

  Nếu sản phẩm có yêu cầu cao về hương, nên đánh giá lại cả hương trong sản phẩm và hương sau quá trình giặt.

  Đây là cách tiếp cận giúp tránh tình trạng:

  “Chỉnh được một chỉ tiêu nhưng vô tình làm lệch một chỉ tiêu khác.”

• 7. Hương liệu cũng không nên được đánh giá tách rời khỏi nền công thức

  Đây là phần đặc biệt đáng quan tâm với các sản phẩm nước giặt.

  Một sai lầm khá phổ biến là đánh giá perfume riêng biệt:

  “Mùi này ngửi trong lọ rất thơm.”

  Sau đó đưa vào công thức và kỳ vọng sản phẩm sẽ cho đúng cảm giác đó.

  Thực tế không phải lúc nào cũng như vậy.

  Hương liệu khi đi vào nền nước giặt sẽ tồn tại trong một môi trường có surfactant, nước, điện giải và nhiều thành phần khác.

  Trong quá trình giặt, perfume cũng không đứng yên trong dung dịch. Nó trải qua nhiều trạng thái khác nhau trong suốt chu trình.

  Nghiên cứu về cơ chế deposition của perfume cho thấy surfactant micelle có thể ảnh hưởng đáng kể đến sự phân bố của các phân tử hương trong quá trình giặt. Khi nồng độ surfactant thay đổi trong giai đoạn xả, micelle có thể bị phá vỡ và một phần các thành phần hương có thể được giải phóng, từ đó tham gia vào quá trình tái lắng đọng trên vải.

  Một nghiên cứu thực nghiệm gần đây cũng cho thấy quá trình deposition và retention của perfume phụ thuộc vào loại vải và điều kiện của từng giai đoạn trong chu trình giặt, chứ không phải chỉ phụ thuộc vào bản thân perfume.

  Điều này dẫn đến một nguyên tắc rất thực tế:

• Đừng chỉ hỏi “hương này có thơm không?”. Hãy hỏi “hương này thể hiện thế nào trên nền công thức và trong điều kiện sử dụng thực tế?”.

  Đây cũng là điều cần đặc biệt lưu ý khi lựa chọn hương xả vải Thái cho các sản phẩm chăm sóc quần áo. Một dòng hương xả vải Thái nhập khẩu có thể có profile mùi rất ấn tượng khi đánh giá trên mẫu thử, nhưng khi đưa vào nền nước xả hoặc nước giặt cụ thể, cảm nhận về độ mạnh, độ mềm của mùi và khả năng lưu hương trên vải có thể thay đổi.

  Với các dòng hương xả vải Thái do Công ty Hương Quỳnh Phát nhập khẩu và phân phối, việc lựa chọn hương cũng nên được xem xét dựa trên nền công thức, định vị sản phẩm và trải nghiệm hương mà nhà sản xuất mong muốn. Bởi một hương liệu nước xả vải phù hợp không chỉ cần thơm ở thời điểm mở chai, mà quan trọng hơn là phải thể hiện tốt trong quá trình sử dụng và trên nền vải sau khi giặt.

• 

• 8. Cùng một hương nhưng hai nền công thức có thể cho trải nghiệm khác nhau

  Đây là điều rất dễ gặp khi phát triển sản phẩm.

  Cùng một perfume.

  Cùng tỷ lệ sử dụng.

  Nhưng thay đổi nền surfactant hoặc các thành phần khác.

  Kết quả cảm nhận có thể khác nhau.

  Không nên vội kết luận rằng một mẫu perfume tốt, một mẫu perfume kém.

  Có thể sự khác biệt đến từ cách perfume tương tác với nền công thức.

  Đặc biệt, những thay đổi về surfactant và các thành phần kỵ nước có thể ảnh hưởng đến cấu trúc micelle và tính chất lưu biến của hệ. Nghiên cứu về các phụ gia kỵ nước trong dung dịch surfactant cũng cho thấy chỉ một lượng nhỏ phụ gia không phân cực có thể làm thay đổi đáng kể độ nhớt và đường cong muối của hệ.

  Điều này rất đáng lưu ý khi đưa perfume vào một công thức vốn đã được tối ưu độ nhớt bằng điện giải.

  Có nghĩa là:

  Perfume không chỉ là một biến số về mùi.

  Trong một số hệ, nó còn có thể trở thành một biến số về hóa lý của công thức.

• 9. Vì vậy, khi phát triển nước giặt có lợi thế về hương, nên test như thế nào?

  Không cần bắt đầu bằng một hệ thống quá phức tạp.

  Một cách khá thực tế là chuẩn bị các mẫu có cùng nền công thức và thay đổi từng biến một.

  Ví dụ:

  Mẫu A: nền công thức ban đầu.

  Mẫu B: nền sau khi tối ưu độ nhớt.

  Mẫu C: nền tối ưu độ nhớt + perfume A.

  Mẫu D: nền tối ưu độ nhớt + perfume B.

  Sau đó đánh giá trong cùng điều kiện.

  Không chỉ ngửi trong chai, mà nên quan sát:

  Mùi trong sản phẩm → mùi sau giặt → mùi trên vải sau khô → mùi sau một khoảng thời gian.

• 10. Một cách làm R&D đơn giản nhưng hiệu quả: thay đổi từng biến

  Khi công thức gặp vấn đề, điều tôi thường tránh nhất là thay đổi quá nhiều thứ cùng lúc.

  Ví dụ:

  Mẫu ban đầu bị loãng.

  Nếu đồng thời:

  • tăng muối;
  • tăng surfactant;
  • đổi polymer;
  • tăng perfume;

  thì khi mẫu đạt độ nhớt, chúng ta gần như không biết yếu tố nào thực sự tạo ra thay đổi.

  Một cách dễ kiểm soát hơn là:

  giữ nguyên nền → thay đổi một biến → quan sát → ghi nhận → mới chuyển sang biến tiếp theo.

  Đặc biệt với salt curve, có thể chia nền thành nhiều mẫu nhỏ và tăng lượng NaCl theo từng bước.

  Mỗi mẫu nên được đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và sau khi hệ đã có đủ thời gian cân bằng.

  Điều này rất quan trọng bởi độ nhớt của hệ surfactant không phải lúc nào cũng phản ánh đúng trạng thái cuối cùng ngay sau khi vừa phối trộn.

• Một lưu ý cuối cho người đang phát triển sản phẩm

  Nếu bạn đang thử một công thức nước giặt và gặp một trong những tình trạng như:

  • thêm muối nhưng sản phẩm không đặc;
  • càng thêm muối càng loãng;
  • độ nhớt đạt ngay sau sản xuất nhưng thay đổi sau khi để ổn định;
  • thêm perfume thì độ nhớt thay đổi;
  • hương trong chai rất tốt nhưng sau giặt thể hiện không như kỳ vọng;
  • hoặc cùng một perfume nhưng đưa vào hai nền công thức lại cho trải nghiệm khác nhau;

  đừng vội quy lỗi cho riêng muối hoặc hương liệu.

  Hãy nhìn lại toàn bộ hệ.

  Trong R&D, nhiều khi nguyên nhân không nằm ở một nguyên liệu riêng lẻ mà nằm ở cách các thành phần đang tương tác với nhau.

  Và đó cũng là lý do khi lựa chọn hương liệu cho sản phẩm tẩy rửa, chúng tôi cho rằng việc chọn một mùi chỉ dựa trên mẫu ngửi ban đầu là chưa đủ.

  Một perfume phù hợp cần được xem xét trên chính nền sản phẩm mà nó sẽ đi vào, cùng với mục tiêu về mùi, độ ổn định và trải nghiệm sau sử dụng.

  Hương liệu tốt không chỉ là một mùi thơm hay khi ngửi trong lọ mẫu. Giá trị thực sự nằm ở cách nó làm việc cùng công thức để tạo ra trải nghiệm cuối cùng trên sản phẩm.