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氨基酸类表面活性剂的增粘 |
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表面活性剂在我们的生活中会被广泛地使用到，用途涉及很多方面，例如洗发水、沐浴露、厨房清洗剂、洗手剂等。这些产品在实际应用上粘度范围很广，使用目的各色各样：使其不会在使用前从手上滴落，使其停留在毛巾、海绵上，分散珠光剂、研磨剂、水不溶性物质上，使其容易从按压泵式容器中压出来等（表1）。 表1.每种剂型的适当粘度
 这里对表面活性剂的增粘进行简单地说明。水-表面活性剂二元相图1）中，在稀薄范围，表面活性剂为低浓度时单分子为溶解状态，浓度变高时会形成囊泡、球状胶束。而进一步到浓厚范围的话，就会向六方晶体、层状晶体相转移（图1）。在表面活性剂的分子集合体的变化中，由球状胶束变化为棒状胶束、然后变化为成为晶体构造前的带状胶束的形态，可通过其间的相互作用来进行增粘。在带状胶束的形成中，表面活性剂的配向性（堆积性）是重要的因素，如果配向性低那就很难形成带状胶束的形态2）。像这样的表面活性剂的堆积性一般来说是用临界堆积参数（CPP）来说明的。例如，在表面活性剂的亲水性变高、电荷排斥变大的状态，或者亲水基部位变大、立体排斥变大的状态下CPP就会变小。CPP变小的话，表面活性剂的堆积性就会降低、难以形成带状胶束形态，因此也会难以调出粘度。这种情况下，可以采用这样的方法：通过添加两性及非离子性表面活性剂使表面活性剂的CPP外观上变大，从而实现增粘。
图1. 水/表面活性剂二元相图
近来，洗发水中越来越多地用到氨基酸类表面活性剂。我们都知道，该表面活性剂仅通过添加两性表面活性剂及非离子性表面活性剂是很难增粘的。正如上文所述，这是因为氨基酸类表面活性剂的亲水性高因而不易增粘。
本稿将在介绍作为增粘剂发挥作用的本公司的化妆品原料的同时，介绍巧妙地利用了表面活性剂增粘原理的氨基酸表面活性剂的有效增粘方法。
关于增粘原理
对于表面活性剂的增粘，带状胶束的网络组织形成非常重要。而对于带状胶束的网络组织形成来说，重要的是带状胶束的伸长及引起交联，尤其是要增粘氨基酸类表面活性剂等难增粘性表面活性剂的话，重点就是巧妙地组合带状胶束的伸长和交联（图2）。也就是说，需要：1）使带状胶束伸长的增粘剂；2）使带状胶束交联的增粘剂；——这2种增粘剂。
图2. 带状胶束的网络组织形成
在本公司的化妆品原料中，有使带状胶束伸长的增粘剂SOFTILT® AS-L（INCI名：月桂酰基甲基氨基丙酸钠、水）和COMUPOAL® BL（INCI名:丁二醇月桂酸酯），以及使带状胶束交联的增粘剂MACBIOBRIDE®MG-T（INCI名: PEG-120 甲基葡糖三异硬脂酸酯、生育酚（维生素E）、水）。下面将对使用这几种增粘剂的增粘方法进行讲述。
图3. SOFTILT® AS-L的构造
增粘举动1. SOFTILT® AS-L使用时的增粘举动
SOFTILT®AS-L是疏水基有月桂酰基、亲水基有甲基-β-氨基丙酸钠的丙氨酸型氨基酸类表面活性剂（图3）。由于该化合物的pKa是4.43）附近，在一般洗发水的pH5～6的弱酸性范围，存在着部分由SOFTILT® AS-L的羧酸末端质子化的酸型。也就是说，在弱酸性范围的洗发水中，是如图4所示的中和型和酸型2种共存的状态。该酸型作为非离子状态的表面活性剂行动，可以使表面活性剂的CPP在外观上变大。尤其是在像氨基酸类表面活性剂这样的堆积性不稳定的状态，SOFTILT® AS-L的酸型可以提升其堆积能力、促进带状胶束的伸长。下面以因难增粘性表面活性剂著称的2种氨基酸类表面活性剂（甲基椰油酰基牛磺酸钠、椰油酰基谷氨酸 TEA 盐）为例，介绍添加SOFTILT® AS-L时的增粘举动（图5）。不管是哪种氨基酸类表面活性剂，都可以在阴离子表面活性剂和两性表面活性剂的配比为4:6时看到增粘点。而且，在阴离子表面活性剂内，随着增加SOFTILT® AS-L、使氨基酸类表面活性剂和SOFTILT® AS-L的配比为8:2、6:4、5:5，配制粘度也在增加。与甲基椰油酰基牛磺酸钠相比，椰油酰基谷氨酸 TEA 盐有更难增粘的倾向。究其原因，应该是由于其亲水基上有2个羧酸基、立体障碍使堆积能力变弱了。
图4. SOFTILT® AS-L的pH依存性
图5. SOFTILT® AS-L使用时的增粘举动
2.使用COMUPOAL®BL时的增粘举动
COMUPOAL® BL（图6）是疏水基有月桂酰基、亲水基有丁二醇、两者通过醚键连接的非离子性表面活性剂。作为在洗发水中广泛使用的非离子类的增粘剂为人熟知的有单乙醇酰胺及二乙醇酰胺等酰胺类增粘剂，但这些由于在常温下均是固体，添加时需要加温、缺乏使用时的操作方便性。而与此相比， COMUPOAL® BL由于常温下是液体、有操作方便性好这一优点。下面以因难增粘性表面活性剂著称的2种氨基酸类表面活性剂（甲基椰油酰基牛磺酸钠、椰油酰基谷氨酸 TEA 盐）为例，介绍添加COMUPOAL® BL时的增粘举动（图7）。可以看到COMUPOAL® BL比酰胺类增粘剂月桂酰胺 DEA的增粘效果更为优良。
图6. COMUPOAL® BL的构造
图7. COMUPOAL BL使用时的增粘举动
3.MACBIOBRIDE®MG-T使用时的增粘举动
MACBIOBRIDE® MG-T（图8）是主框架上有甲基葡萄糖苷、亲水基上有PEG链、疏水基上有异硬脂酸基的非离子性表面活性剂。下面以因难增粘性表面活性剂著称的2种氨基酸类表面活性剂（甲基椰油酰基牛磺酸钠、椰油酰基谷氨酸 TEA 盐）为例，介绍添加MACBIOBRIDE®MG-T时的增粘举动（图9）。在甲基椰油酰基牛磺酸钠中添加1%的MACBIOBRIDE® MG-T时，配制粘度增粘到了接近10,000mPa・s。而且，即使是在粘度构筑困难的椰油酰基谷氨酸 TEA盐中，当添加3%的 MACBIOBRIDE® MG-T时，配制物的粘度也同样增粘到了接近10,000mPa・s。
图8. MACBIOBRIDE® MG-T的构造
增粘剂的协同效果
在洗发水中，正如上述MACBIOBRIDE® MG-T的例子中说明的、增加交联带状胶束的增粘剂的添加量的话可以实现粘度构筑。但是，增粘剂添加量过多的洗发水，会有使用时出现可纺性、导致使用感恶化的问题。因此，有效利用带状胶束的伸长和交联、减少带状胶束的交联剂的使用量是防止使用感恶化、进而削减洗发水原料成本的有效方法。下面介绍通过同时使用SOFTILT® AS-L或COMUPOAL® BL和MACBIOBRIDE® MG-T、协同提高粘度的实例。
图9.MACBIOBRIDE®MG-T使用时的增粘举动
对于SOFTILT® AS-L和MACBIOBRIDE® MG-T的协同效果，调整如表5所示的配制1、测定了其粘度。对于COMUPOAL® BL和MACBIOBRIDE® MG-T的协同效果，调整如表6所示的配制2、测定了其粘度。无论是配制1还是配制2，都是在Run1、Run2粘度值较低，但在同时使用SOFTILT® AS-L或COMUPOAL® BL和MACBIOBRIDE® MG-T 的Run，配制物的粘度达到1000mPa・s以上，可以看到粘度有显著地增加（图10）。这应该是使带状胶束充分伸长后、通过交联带状胶束实现了协同性的粘度增加效果。表5.配制1
 表6.配制2
 结语
对于现在的头发护理，刺激性低、消费者印象良好的氨基酸类表面活性剂使用地非常多。与添加月桂醇聚醚硫酸酯钠相比，添加氨基酸类表面活性剂的洗发水使用感较好，但另一面，在构筑粘度方面却大多比较棘手。本稿介绍的化妆品原料在氨基酸类表面活性剂的增粘方面有着前景很好的特长，期待其今后的广泛应用。
图10. （左图）SOFTILT®AS-L／MACBIOBRIDE®MG-T并用时的增粘举动；(右图) COMUPOAL® BL／MACBIOBRIDE® MG-T并用时的增粘举动
使用化合物的略称
◆椰油酰基谷氨酸 TEA盐•••椰油酰基谷氨酸三乙醇胺盐
◆月桂酰胺 DEA•••月桂酰胺二乙醇胺
引用文献
1)表面与表面活性剂-从基础到应用- , p97, 公益社团法人日本油化学会 （2005）
2)表面活性的化学与应用, 妹尾学，辻井薰，p77-p79, 大日本图书（1995）
3)Scifinder Chemical Data
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(12/11/2015) |
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