脂肪醇聚醚梭酸鹽—可用于無硫酸鹽洗發水的溫和表面活性劑

來源:榮格國際個人護理品生產商情

發布時間:2019年6月16日下午 09:06:16

脂肪醇聚醚梭酸(polyethylene alkyl ether carboxylicacids)鹽類表面活性劑(簡稱AEC)具有與脂肪醇聚醚硫酸鹽(AES)類似的結構和性能。但相比于AES, AEC的刺激性更低,可作為溫和的表面活性劑用于洗護類日化品中。 ?
脂肪醇聚醚梭酸(polyethylene alkyl ether carboxylicacids)鹽類表面活性劑(簡稱AEC)具有與脂肪醇聚醚硫酸鹽(AES)類似的結構和性能。但相比于AES, AEC的刺激性更低,可作為溫和的表面活性劑用于洗護類日化品中。
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脂肪醇聚醚梭酸鹽的生產工藝比AES復雜,如何提高產率,減少副反應和殘留脂肪醇聚醚一直是制約這類表面活性劑應用的主要阻力。然而,這一問題近年已得到解決。本文將從生產、物性特征、在洗發水中的應用性等尾度闡述AEC類表面活性劑及其在無硫酸鹽洗發水中的應用前景。
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1.生產
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常用的工業化生產脂肪醇聚氧乙烯醚梭酸系表面活性劑的方法主要分為梭甲基化法和氧化法。
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1,1,梭甲基化法/Williamson's ether synthesis
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以脂肪醇聚氧乙烯醚和氯乙酸鹽為原料,在惰性氣體的保護下運用相轉移催化劑使脂肪醇聚氧乙烯醚發生梭甲基化反應,反應結束后加入堿金屬氫氧化物的乙醇溶液調整pH范圍,并于乙醇中濾去無機鹽干燥后得到純的脂肪醇聚氧乙烯醚梭酸鹽的方法稱為梭甲基化法。
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1.2.氧化法
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以脂肪醇聚氧乙烯醚為原料經催化脫氫氧化制備方法稱為氧化法,根據不同工藝方法可制備脂肪醇聚醚竣酸或鹽。使用的催化劑又可細分為貴金屬非均相催化氧化法和有機氮氧自由基氧化法。日本花王化學品株式會社通過持續不斷的努力,開發了催化氧化法制備脂肪醇聚醚竣酸鹽的新工藝門,基于該工藝的生產裝置也已投入正常運營。對于日化企業無疑多了一個新的可選擇的原料。
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1.3.主要生產商
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目前主要生產企業有花王KAO的AKYPOR系列亨斯邁的日untsman EMPICOLRC系列、科萊恩Clariant的EmulsogenR系列、英國ICI集團的有利凱瑪Uniqema旗下的Atpol系列、三洋化成、獅王LION的ENAGICOLEC-30和BASF的SE等,脂肪醇聚氧乙烯醚竣酸系表面活性劑的原料規格隨應用目而變化。本文從洗護發產品中的應用尾度,以花王化學產的化妝原料規格的RLM-45NV月桂醇聚醚-6竣酸鈉為例,重點介紹其相關界面活性、功能及應用特點。
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表1.生產方法比較
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2.物性特點
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如圖1所示,從分子結構看脂肪醇聚氧乙烯醚梭酸不同于傳統肥皂脂肪酸鹽,在疏水端烷鏈和親水端梭基之間導入了能提供氫鍵結合的聚氧化乙烯EO基團,和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽AES非常相似,其結構特點也決定了其和AES一樣兼具陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑(如圖2所示)的優點,如易于調整日出值、耐硬水、良好的溫變性和調米剖生等。
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圖1.脂肪醇聚醚梭酸的結構特點
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不同于AES的是,AEC的親水性基團是比硫酸基酸性更弱、相對溫和的梭基。AEC分子中的醚鍵結構也比AES的醋鍵更穩定,從而具有更好的耐熱穩定性和耐酸抗分解能力。相比于AES,脂肪醇聚醚梭酸產生的泡沫更加豐富持久穩定,但因其市場滲透率尚低導致價格較高,限制了其在工業清洗領域的應用。作為溫和表面活性劑特別適用于洗面奶、沐浴露等護膚類日用化妝品。不同于護膚產品,洗護發嚴品對表面活性劑的選擇有一些特殊要求,如形成絮膠等,本又將從洗發產品應用的角度,重點介紹其相關性能應用特點。
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圖2.內鹽的形成
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3.溫和的表面活性劑
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表面活性劑的溫和性主要通過表面活性劑對眼和皮膚的刺激性程度來評估,刺激性越小說明表面活性劑越溫和。
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3.1.眼刺激性
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一般認為刺激物和活體蛋白質發生反應,則反應首先會發生在細胞膜。RBC test紅血細胞試驗以離體紅血球作為細胞替代物進行試驗,觀察表面活性劑對紅血球細胞的作用情況。該試驗中將表面活性劑紅血球細胞的溶血作用記作L值,對紅血蛋白變性作用記作D值,用L/D表征綜合指數MIOI值來評估對細胞的刺激作用。MIOI值小于5表示沒有刺激性,5到10之間表示有輕微刺激性10到40之間有刺激性;大于40則有強刺激性。
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3,2.皮膚刺激性
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Zein是一種特定的玉米蛋白,其本身幾乎是完全不溶于水的。表面活性劑有助于提高ZEIN玉米蛋白的水溶性。ZEIN TEST就是通過檢測添加表面活性劑前后水相中總氮合量的變化來評估表面活性劑對蛋白質的助溶能力。
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圖3.各種表面活性劑的刺激性對比數據(由花王化學提供)
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表面活性劑對蛋白質的助溶能力越強也就意味著對肌膚的刺激性越大。ZEIN值小于200表示沒有刺激性,200到400之間表示有輕微刺激性,大于400則有強刺激性。
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從圖3所示數據2看,脂肪醇聚醚竣酸鹽表面活性劑相比于其它常用的表面活性劑對眼和皮膚的刺激性較低。
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4.生物降解性
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隨著人們環境保護意識的提高和IS016128-1 /2天然和有機化妝品成分和產品的技術定義和標準的推廣,對表面活性劑類產品的原料再生、可持續性及生物降解的要求也越來越高。脂肪醇聚醚竣酸及其鹽雖是半合成化學品,其主要原料之一脂肪醇來自植物提取物,是自然可再生的原料,其生物分解性也優于其它常用陰離子表面活性劑3。
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生物分解,一生可以按JIS K 3363-1990(合成洗滌劑生物分解性試驗方法),在培養液中不含表面活性劑以外的有機物的條件下,測其DOC變化來計算生物分解率。表2中數據表明脂肪醇聚醚梭酸類的生物分解性也優于其它常用陰離子表面活性劑。
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表2.各種表面活性劑的生物降解性比較
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5.在洗發水中的應用性能
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5.1.溶解度和pH值及氯化鈉含量的關系
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表面活性劑溶解性和溶劑環境有關,如溶劑種類,電解質種類,pH值范圍等。人類皮膚的pH值范圍一般在5.3到6.5左右,呈弱酸性。所以化妝品的pH值最佳控制范圍一般設定在5.3到6.5左右。pH值對脂肪醇聚氧乙烯醚梭酸類裘面活性劑水溶性的影響也是其應用性能的重要評估指標。
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Leonardo Chiappisia的結果研究4如圖4所示。對于脂肪醇聚氧乙烯醚梭酸類表面活性劑而言,如下表所示隨著親水基EO附加量的增加,水溶{生也相應增加,烷基碳數增加水溶性也相應減小。以月桂醇聚醚-6梭酸( ?C12E4.5CH2COOH)為例,pH值大于5為水溶性,pH大于4.5時,電解質NaCI的增加有助于月桂醇聚醚-6梭酸的溶解。pH小于4,5時,隨著電解質NaCI的增加月桂醇聚醚-4梭酸的水溶性降低。
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圖4.月桂醇聚醚-6竣酸水溶液的透明度
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5.2.洗凈力
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皮脂是洗發水的主要清洗目標。頭皮除表面覆蓋著大量毛發外,同時合有豐富的毛囊及皮脂腺,這些皮脂腺每天會產生1-2克左右的皮脂。頭屑、頭癢、炎、干燥癥等常見的頭皮健康問題都與皮脂息息相關。一方面,皮脂可以減少頭皮水分流失防止頭皮干燥,有增強頭皮屏障功能的作用。另一方面,皮脂也容易吸附環境中的污染物,給人油膩不衛生的負面印象。同時皮脂受環境因素的影響可能變質,其中馬拉色菌和紫外線是已知的引起皮脂變質的兩個重要的因素。馬拉色菌是一種常在的真菌,它們通過分解且消耗部分皮脂而生存。其代謝產物有一定的刺激‘性,可以滲透到頭皮里引起炎癥,炎癥可以進而引發頭皮表皮的細胞增生,即產生頭屑。合有不飽和鍵的皮脂組分(例如角鯊烯)易受紫外線、霧霆等影響生成皮脂過氧化物。皮脂過氧化物對頭皮的刺激性較大,是頭皮炎癥的誘發物,皮脂過氧化物分解生成的自由基也是頭皮老化誘因之一。解決皮脂過氧化的手段主要是清洗去除和提高皮脂抗氧化能力。筆者以人工皮脂5為洗滌對象,考察了AEC和AES對人工皮脂的洗凈效果。
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圖5.人工皮脂洗凈率比較
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將等量人工皮脂分別均勻涂抹于亞洲人健康頭發束上,然后使用等量的表面活性劑按標準程序水洗處理,再將發束處理前后的恒重重量差計算轉換為清洗率,清洗率計算公式如下:
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清洗率=「(處理前發束重量一處理后發束重量)/處理前發束重量]X100%
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結果如圖4所示。月桂醇聚醚- 6竣酸鈉對人工皮脂的洗凈效果要好于月桂醇聚醚硫酸酪鈉的洗凈效果。
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5.3.泡沫性能
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為了評估AEC類表面活性劑在洗發護發產品的泡沫,絮膠及梳理性能,筆者按表3的配方調制了洗發水樣品。
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表3.實驗用洗發水配方比較
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水的硬度主要以水溶性多價金屬離子的濃度來衡量。強堿弱酸鹽的陰離子表面活性劑易和多價金屬離子成不溶或難溶性鹽,一方面影響產品外觀,另一方面減低水溶性裘面活性劑的合量從而影響其泡沫性能。筆者在統一溶劑水的硬度和表面活性劑重量合量的條件下,以高速攪拌起泡的方法評價表面活性劑泡沫性能。表-2的試驗結果表明月桂醇聚醚-6梭酸鈉和月桂醇聚醚硫酸醋鈉有同等的耐硬水泡沫性能。
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5.4.絮膠形成性能
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絮膠過程是指洗發水稀釋過程中由水溶性高分子化合物和小分子表面活性劑之間生成不溶于水的絡合物的過程。絮膠的形成一方面改善了濕發的柔川酬生,另一方面可以通過絮膠過程將助溶的表面活性劑釋放出來同時,將其中包含的護發劑沉積在頭發表面從而改善干發梳理性。從洗凈效果和均勻沉積的角度看,沖洗過程中能不斷形成絮膠是比較理想的,但過度絮膠會產生洗不干凈的感覺,尋找二者之間的平衡點是洗護配方技術的關鍵之一。筆者選用常用的聚季按鹽一10作為配伍的陽離子高分子,實驗評估其與陰離子表面活性劑的絮膠性能。結果如圖1所示,可見合有AEC的洗發水形成絮膠的范圍較使用AES的洗發水更廣泛。
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圖6.絮膠形成舉動
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5.5.梳理性
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梳理性是洗發水性能評估的重要指標。筆者選用重16克、長20厘米、寬5.5厘米的亞洲人頭發制成的扁平型毛束作為洗滌評估基材,將毛束置于動態梳理性測試儀(Combing Tester SK-7A,Techno Hashimoto)上,模擬洗發全過程,測定梳理過程的負荷既梳理所需的力來評估洗發水對頭發梳理性的影響。梳理所需的負荷越大,說明梳理,一生越差。
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圖7.動態梳理力測試結果
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從圖7所示結果看,含有AEC的洗發水在濕發階段的梳理性優于使用AES的洗發水,干發梳理性則等同于。這可能與AEC更易形成絮膠有關6。
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6.結論
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綜上所述,脂肪醇聚醚梭酸鹽可以作為低刺激性、溫和的清洗劑應用于無硫酸鹽類的洗發水中,且與使用硫酸鹽類表面活性劑的洗發水相比,具有更優越的濕發梳理性改善效果。
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美研創新株式會社
甘智斌,佐伯賢二,楊建中
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