洗衣液的配制要求与经典配方

洗衣液的配製要求與經典配方

湯瑪斯 J沃爾頓（美），徐穀潤 譯

（Cleaning 日化雜誌社,美國；香港科技大學,香港 九龍）

摘要:新用途和多功能產品使洗衣劑除了清洗衣物外，有了更大作用。分析了液體洗滌劑對

於配方的要求，液體洗衣液對表面活性劑的要求和選擇等。 關健詞:洗衣劑; 配製;市場;趨勢

1

2

The liquid laundry detergent and classic formulation

Tomos J Woldon ,Xu-Gu Run

The Hong Kong University of Science and Technology，Clear water Bay，Kowloon Hongkong

Abstract: New applications and multifunctional products have created laundry detergents that do more than just clean clothes .The markets for the liquid detergent is analyzed and the market prospect for laundry tablets is evaluated, It is pointed out that the time-saving and multi-functional trends will be the main development trends for laundry detergents in the future. Key Words : laundry ;detergent ; market ; formulation

洗衣液定義

洗衣液是洗衣粉的升級和替代品，早在九十年代，洗衣液在歐美以及日本開始取代洗

衣粉。在中國，洗衣液的發展卻極其緩慢，畢竟在中國的農村以及城市的普通消費者心目中，洗衣粉仍然是最便宜、最好用的洗滌劑。洗衣液的高性能、用量少、環保、價格高反而不適合中國這樣的低端、大眾的消費心理。儘管洗衣液發展緩慢，但洗衣液代替洗衣粉仍是最終發展的方向，尤其是最近幾年，洗衣液正慢慢地被中國消費者認可。

洗衣液配方的特點

洗衣液很難添加三聚磷酸鈉以及偏矽酸鈉此類助洗劑，否則會引起產品分層、渾濁甚至鹼性條件下表面活性劑不耐鹼而失效。往往洗衣液裡面只能使用少量的檸檬酸鹽或EDTA等助洗劑。因此，洗衣液缺少了無機鹽類助洗劑，其主要淨洗成分就是表面活性劑。

洗衣液的配方要求

1， 穩定性

產品在儲存以及運輸過程中，不分層、變質、變味、出現色變以及沉澱等。否則一旦產品穩定性出了問題，客戶只要看到就會要求退貨甚至索賠等，所以穩定性是產品配方的首要要求。 2， 價格

如何選擇最有效的表面活性劑，如何將不同的表面活性劑有效地複配，發揮相互最大的協同作用，與同類競爭產品有相同的淨洗效果，卻能成本大大降低。 3， 耐硬水

洗衣液配方裡面由於缺少了三聚磷酸鈉以及偏矽酸鈉等軟水成分，因此在選擇洗衣液的表面活性劑原料時就要考慮原料單體的是否耐硬水，在硬水條件下是否可以保持原有的淨洗力。 4， 分散性

洗衣液往往是中性產品，雖然對衣物或皮膚損傷更小，但比起鹼性的洗衣粉來，去汙力卻大幅下降。主要原因是很多雜質，特別是植物油脂一類的污垢，在鹼性條件下形成相應的鈉鹽，從而更容易脫離衣物，懸浮于洗衣水中。洗衣液的工作條件往往不具備鹼性，在中性洗滌條件下，雜質更容易反沾汙到衣物表面，因此要求生產洗衣液的原材料必須要有很好的分散作用。 5， 泡沫

泡沫要適中，泡沫太低了不符合中國老百姓的心理，一定要有泡沫，但是泡沫也不要太高，否則漂洗的確有太多麻煩。可以通過高泡與低泡的表面活性劑複配使用，獲得泡沫的平衡。 6， 特殊要求

特殊的要求包括：柔軟、抗菌、除靜電、增白等，往往根據產品的定位和需要增加相應的原料。

洗滌劑的配方參考

Cheer Liquid Laundry Detergent，該系列產品已於2007年停產，在Procter&Gamble公司的許可下，公開並作參考。

INGREDIENT

Dodecyl benzene sulphonic acid

Fatty Methyl Ester Ethoxylates (C-18 EO=7) Neodol 91-6 (EO=6) Monoethanolamine Sodium Citrate Protease Amylase

Lavender Essential Oil Water Blue dyes

All-Slice Liquid Laundry Detergent，該系列產品已於2008年停產，在Unilever公司的許可下，公開並作參考。

WT, % 5.93% 7.83% 3.52% 1.32% 3.33% 0.29% 0.15% 0.07% 77.55% 0.01%

INGREDIENT EDTA，Na4（40%） Sodium LAS（40%）

Fatty Methyl Ester Ethoxylates（70%） Sodium Gluconate Monoethanolamine Preservative Dye Fragance Water

WT, % 0.2% 8.5% 6.0% 0.1% 1.0% 0.1% 0.02% 0.1% 83.98%

結束語

液體洗衣液在配方選擇上，與洗衣粉相比，更應注重分散淨洗的能力，應該多使用分散效果好的淨洗劑,即使在冬天低溫的條件下也可直接去除領口、袖口、死角的頑固污漬及局部污漬。

譯自 Cleaning 雜誌，2010（6）：91-93

第一屆財經教育國際論壇

日期：2010年06月26日（週日）、27日（週一）

地點：盈動樓音樂廳

大會議程

第一天 2010年06月26日

時間 08:30 │ 09:00 │ 09:30 09:30 │ 09:40 09:40 │ 11:00

議程 報到

開幕式：校長、院長、師培中心主任致辭

表演

主題講演： 主講人：徐武凱教授 第一場

11:00 主持與談人 講者 講題

│ 12:00

彭小玲主任 (香港理工大學語文教育學系副教授兼主

任)

翟穆端

(香港城市大學社會學研

究所教授) 楊為龍

(香港城市大學中國文哲研究所副研究員)

讀經運動對當前教育理論與教育制度的

反省意義

看書何如讀書精：讀經與研究探論

12:00 │ 13:30

中午休息

第二場

主持人

講者

陳輝明

(香港大學哲學系教授)

13:30 │ 15:00

劉飛雲 (香港大學社會學研究所教

授)

荀萍萍

(霍英東通識教育中心

副教授)

孫 凱

(德國哥廷根大學印藏學系博士候選人)

海外華裔兒中文教育的有效解決之道

講題

傳統經典對當前生命教育的啟示

大學通識教育與讀經教育的結合

15:00 │ 15:20 15:20 │ 17:30

趙雲壽教授 (香港中文大學中文系講座教

授)

茶點時間

與會學者座談(一)

讀經成為語文教育核心及在其他學科應用的可能性

陕西科技大学硕士学位论文

３继电反馈辨识研究

系统辨识就是利用系统观测的数据构造该系统模型的理论和方法。工业大生产的发展，要求将控制技术提高到更高的水平，而这是以掌握被控对象数学模型为前提的，在必要时，还需要掌握系统的干扰特性。与此同时，数字计算机无论用作离线科学计算，还是用作在线观测控制，都得到了广泛的应用。在这样的背景下，系统辨识己成为实际工作中必不可少的组成部分。本章对两种很适用系统辨识方法进行分析，提出了适合定量水分大时滞对象的继电反馈智能ＰＩＤ，并在此基础上提出了控制效果更佳的改进型继

电反馈智能ＰＩＤ。

３．１继电反馈辨识方法介绍

自从Ａｓｔｒｏｍ等人十１９８４年提出用继电反馈的方法进行ＰＩＤ自整定【４１】，并成功地应用于工程实践以来，这为今后自整定技术的研究奠定了坚实的基础。继电反馈控制系统的

结构如图３．１所示：

图３・ｌ继电反馈控制系统

Ｆｉｇ３－１Ｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ

在控制系统中设置两种模态：测试模态和调节模态。在测试模态下，由一个继电环节来测试系统的振荡频率和幅值，进而获得系统的频域信息或近似的模型结构；在调节模态下由获得的系统信息根据选定的控制策略得到控制器的参数对系统进行控制，如果系统的测试条件发生变化，则需要重新回到测试模态进行测试，测试完毕后再回到调节模态进行控制，两个模态之间的切换是靠数字开关来实现的。在继电反馈控制下，被控对象只要在高频具有至少一万的相位滞就可产生临界振荡，这样我们就可获得临界点的频率

特性［４０－４２］。

系统产生等幅振荡的条件是：

Ｉ＋Ｎ（ａ）Ｇ（ｊｗ）＝０

（３－１）

式中：：Ｎ（ａ＿卜继电环节的描述函数；

Ｇ（ｊｗ］卜＿被控对象的传递函数。

２０

自整定ＰＩＤ的研究及其在造纸定量水分控制中的应用

由式（３．１）得：

Ｇｆ融，１＝一上

。７

Ⅳ（口）（３－２）

对继电环节采用描述函数分析得到：

Ⅳ（口．）：竺一

式中：㈣电器的幅值；

卜过程输出的幅值。

万ａ

（３．３）

由式（３—１），（３—２）可得系统临界频率点的信息，然后可应用Ｚ．Ｎ整定规则或改进的Ｚ－Ｎ整定规则ｍ１来进行控制器的设计。这种方法的主要优点是：（１）测试过程不需要任何信号

发生设备，系统所产生的振荡完全是非线性系统的内部特征，所要记录和存储的数据仅仅是过程的输出数据；（２）整定过程是在闭环中进行的，当系统受到干扰时，系统仍然运行在工作点附近，这样既不影响系统的正常运行，又可以克服系统非线性对参数整定的影响，所以这种控制器可以适用于高度非线性的过程对象；（３）不同于其它的自整定方法，这项技术需要很少的先验知识，一般需要了解的一是过程输出的最大允许范围，用来调整继电环节的幅值使输出限制在此范围内，二是过程的结构特征，如自衡与非自衡等。

由于以上这些优点，这种方法在近２０年来得到了很大的发展。虽然这种方法在很多的工业过程中是可行的，但是它仍存在着两方面的问题：（１）由于采用了描述函数进行近似，它只包含了方波中一次谐波的信息而忽略了高次谐波的影响，因此用标准的继电反馈方法估计临界点的信息不是很准确，当遇到高阶或大时滞对象时会产生很大的误差，

并使系统的响应恶化；（２）上述方法只能获得一个频率点的信息，这对于描述一个一般的过程并进行控制器的设计是远远不够的。

因此十几年来许多科研工作者对继电反馈方法进行了深入的研究，能够基于继电反馈方法获得更多的过程信息，并进行控制器的设计，取得了很大进展和突破。

为了获得被控过程多点的频率特性，最早引入了带有滞环的继电环节，这样继电环节描述函数的负倒数变为：

一去：一丝厨一．，罢（３－４）一一＝一一Ｖ口‘一占。一，一

Ⅳ（口）

万ａ’

。４ｄ

式中：占—．滞环的宽度。

由式（３－４）可见，它是一条平行于负实轴的实线，如果调整滞环宽度，就可以使它与被控对象有不同的交点，这样就可得到复平面第三象限的所有频率点，另外利用带有滞环的继电特性可以克服测量噪声的影响。另一类改进的继电特性是在被控对象前面串联一个滞后环节（如矿积分环节ｌ／ｓ）或超前环节（如微分环节ｓ）［４３１１４４１，这样被控对象就被人为

２ｌ

陕西科技大学硕士学位论文

地滞后或超前了一定的相位，由此得到复平面其它象限点的频率信息。

尽管采用带有滞环或纯滞后的继电特性都可获得低于Ｉ临界点的频率特性，但确定给定相位滞后的频率点是非常困难的，这需要反复的迭代试验，尽管己经证明这种迭代试验对大多数过程来说是收敛的，但从实际应用角度来讲，非迭代试验更易于实现。

ＭａｔｓＦｒｉｍａｎ和Ｋｕｒｔ

ＶＷａｌｌｅｒ提出了双通道继电反馈测试方法【４５】，可获得复平面第三象限

内任意给定相位的频率信息。王学雷等［４６１【４‘７】对此方法进行了改进，通过在继电器后串联一比例环节或积分环节，使相角人为地超前ｎ＇／２或滞后ｎ＇／２，进而辨识出复平面二、四象限各点的频率特性。ＢｉＱｉａｎｇ等【４８】提出了一种改进的继电反馈方法可用来获得多点的频率特性，其中继电环节由一个标准的继电器和个寄生继电器组成，但是在这个方法中，寄生继电器的幅值不能随意地选择，它应该足够大以充分激励被控过程，同时它又应足够小使寄生继电器不能过多地改变主继电器的振荡周期，但当推荐的值比较小时，在临界频率的ｌ／２处由于很小的信噪比将会对测量噪声很敏感。Ｈａｎｇ等［４９】提出通过阶跃测试获得输入输出的暂态信号，再对其进行ＦＦＴ变换获得了过程频率响应的多点频率特性。Ｗａｎｇ等【５０】对其进行了改进，并提出在继电反馈测试下对输入输出的暂态信号进行ＦＦＴ变换，从而辨识出从零点到临界频率点中多点的频率特性，但辨识过程中测取的信号不是稳态的等幅振荡信号，而是达到稳态之前被控对象的输入输出信号，致使ｕ（ｔ）和ｙ（ｔ）在有限的时间内不能衰减到零而不可积，因而不能直接使用ＦＦＴ把它们转换到频率响应上，为此引入一个衰减指数ｅ…分别与测得的输入输出信号相乘，使得处理后的信号在有限的时间内近似地衰减到零，这样采用ＦＦＴ就可获得多点的频率特性，这个方法虽然能辨识出多点的频率特性，但是计算量相当大，当存在测量噪声时，需要串联一个低通滤波器

来消除。Ｓｕ［５１】等提出了一种新的辨识多点频率特性的方法，该方法基于一个高阶线性时

不变系统进行研究，通过理论证明推倒出被控对象在继电信号作用下各点的频率特性，

并证明了该算法对扰动和测量噪声都具有很强的鲁棒性，但该方法比以前的方法更复杂，

计算量更大。

在实际的工业过程中，被控对象非常复杂，往往具有非线性，时变不确定性，要建立其精确的数学模型是非常困难的，也是不现实的，因此在实际中常用的方法是用低阶

加纯滞后的模型结构来近似高阶的过程对象。１９８７年，Ｌｕｙｂｅｎ首先提出了将继电实验用

于模型辨识，随后许多学者对这一新思想进行了深入的研究。Ｌｕｎｄｈ提出了通过计算局部频率响应值的斜率来估计模型的阶次，如果某个频段的斜率很大，则在这个频段将用一个高阶的模型来建模，并提出对于一个实际的过程对象，用一个三阶加纯滞后环节就足以达到近似，这种方法虽然能辨识出模型的阶次ｆ５２１，但对于其它参数的获取不够精确，且只适用于有重极点的模型，因此这种方法常用来对某些控制器进行初始化设计。王亚刚根据ｒｒｉｍａｎ提出的双通道继电反馈结构辨识出了一个二阶加纯滞后模型（ＳＯＰＤＴ）ｐ３】例

自整定ＰＩＤ的研究及其在造纸定量水分控制中的应用

【５５】ｆ５６１，但是该方法是通过两个继电实验进行的，且都使用描述函数法来近似，因此辨识

出的结果不是很精确。Ａｔｈｅｒｔｏｎ和Ｍａｊｈｉ提出了一种新的基于继电反馈的辨识方法【５７】【５８】

１５９１，并能够辨识出不稳定对象的模型参数，由这个方法辨识出的模型结果虽然精确，但是需要对非线性方程组求解，这是非常复杂的，并需要选择合适的初值，否则方程组将

不能收敛到真值；另外求解增益时需要对输入输出曲线与实轴围成的面积进行测量，这很

容易造成测量的不精确。文献【６０】对其进行了改进，通过测量输出信号穿越实轴时的斜率代替测量面积，从而大大简化了计算量。但是上述方法对于噪声都很敏感，导致模型参数估计有偏差。Ｍａｊｈｉ等提出采用小波变换的方法从主波中获取过程信息【６１】，以消除测量噪声的干扰。文献【６２】提出了一种改进的触Ⅳ方法，这种方法虽然在理论上可以获得多个未知参数的模型结构，但需要进行大量继电反馈试验的尝试，因此这种方法并不实

用。

由以上分析可以看出，尽管到目前为止己经提出了很多基于继电反馈的辨识方法，

但每一种方法都有它的不足之处，因此为了获得更加精确的模型参数，今后的辨识算法将向简单实用，具有更强的抗干扰性和消除噪声能力的方向发展。

根据上述改进的继电反馈方法可以得到过程的频域信息或近似的模型结构，因此我们可以利用这些信息来进行控制器的设计，从而使系统获得良好的响应效果。

３．２一阶对象模型的辨识

通常情况下，对于一阶对象模型，采用一次继电反馈就可以得到较好估计值。设一

阶纯滞后对象为：

啪）＝熹Ｐ也

其中ＫＴ，Ｌ分别为放大系数，时间常数和纯滞后时间。

（３－５）

在幅值为ｄ．滞环宽度为占的继电环节控制器作用下，系统作振幅为ａ、周期为Ｔ的等幅周期振荡；则纯滞后时间Ｌ可以直接从振荡波形中得到；当系统在等幅振荡后，设继电器输出在ｔ１时刻跳变，在ｔ２时刻系统输出振幅值，则纯滞后时间Ｌ可以表示为：

三＝ｆ２一ｆ１

（３．６）

放大系数Ｋ；可以由下式求得其中：Ｒ为输出振荡波形的均值，ｄ为继电器均值。时间常数Ｔ与Ｋｐ，Ｔ＇Ｌ，ｄ，占有以下关系：

瓦＝２Ｔｉｎ

（３．７）

通过上面三式可以求得一阶纯滞后对象模型（谢元旦等，１９９３）。考虑在等幅周期振荡的时候，放大系数Ｋ，与时间常数Ｔ的关系为：

陕西科技大学硕士学位论文

Ｋ＝器

＠８，

因为ｄ，占已知，ａ，％，

Ｌ可实际测取；将（３・８）式代入（３－７）式中可以解得Ｔ，从而得

到Ｋｐ，即根据（３．６），（３－７）和（３－８）三式可以得到对象模型参数（徐进学等，１９９４）。如果对

象在继电控制作用下产生等幅振荡，我们可以计算得到半个周期时间内系统输出值Ｙ与横坐标之间的面积的大ｄ＇为ａｙ，半个周期时间内继电器输出值。与横坐标之间的面积的大小为ａｕ，则一阶稳定对象模型的三个参数的计算公式为（Ｍａｊｌｌｉ，ｅｔａｌ．１９９９）

Ｋ：旦

（３．９）

％

丁２弼－ｒ，

（３．１０）

码搦

＠（

圳ｌ啪）＝嵩Ｐ一

●ｏ彤２

≮由式（３．９）所得，时间常数和纯滞后时间估计公式为（Ｍ匈ｌｌｉ，ｅｔ卜羽

ａ１．１９９８）

Ｃ孓Ｂ）

＼膨一以，

叠２坐Ｉｎ（Ｋｄ笪＋ａ）

Ｃ孓Ｈｂ

如果通过继电反馈得到对象临界点频率、增益和静态增益分别为啤，乞，

Ｋ

Ｏ，

则对

．．

Ｋ＝Ｋ

喊ｒ＝掣

气ｑ

三＝去一㈠

吃

ｋ％／

（３Ｈ”，

自整定ＰＩＤ的研究及其在造纸定量水分控制中的应用

该辨识方法中，静态增益ｋ。需已知或通过工作点附近的阶跃响应得到，设相对增益ｋ＝ｋｏ／ｋｕ，当纯滞后较大时，ｆｉ口ｋ＜１．５时，相当于Ⅵ＞ｌ，Ｎｙｑｕｉｓｔ曲线在（嘞，％）频率范围内较好的接近实际对象，并且ｋ越小，接近程度越高。

３．３二阶对象模型的辨识

过程控制中典型的过程传递函数经常假定为一个稳定的一阶加纯滞后（ＦＯＰＤＴ）或二阶加纯滞后（ＳＯＰＤＴ）模型，不稳定的ＦＯＰＤＴ或ＳＯＰＤＴ模型和不稳定的并带有积分环节的ＦＯＰＤＴ和ＳＯＰＤＴ模型。因此本文将这些模型用一个ＳＯＰＤＴ模型的通式来表示：

甜（，）＝啊（３－１６）

当五＝Ｏ时，Ｇ（ｓ）表示一个稳定或不稳定的ＦＯＰＤＴ模型，Ｔ１一ＯＯ，Ｔ２专０时，Ｇ（ｓ）表示一个积分加纯滞后模型；当乃一００时，Ｇ（ｓ）表示一个带有积分ＳＯＰＤＰ模型。将上式变换为：Ｇ（加一ｊＬ：ｆ掣＋幽１（３－１７）～（Ｔｌｓ－－－１）（Ｔ２ｓ－－－１）Ｌｓ＋ｌ／７；ｓ＋ｌ／Ｔ２／

选择状态变量：

№）：与咻五：与Ｓ一——Ｓ一——‘（３－１８）

五互

将式１转化为Ｊｏｒｄａｎ标准形式的状态方程为：

ｘ（Ｏ＝Ａｘ（ｔ）＋Ｂｕ（ｔ—目）

ｙＯ）＝Ｃｘ（ｔ）（３．１９）

热舻［铷谢Ａ可Ｔ－１五可－１Ｂ＝［：］’ｃ＝隅矧。