烷基糖苷的性質(zhì)及其不同領(lǐng)域中的應用

胡衛(wèi)華，趙玉榮，趙明偉，莊 嚴，趙文忠（廣東拉芳日化有限公司，廣東 汕頭 515144）

烷基糖苷的性質(zhì)及其不同領(lǐng)域中的應用

胡衛(wèi)華，趙玉榮，趙明偉，莊 嚴，趙文忠（廣東拉芳日化有限公司，廣東 汕頭 515144）

烷基糖苷（APG）作為一種綠色的表面活性劑，以其獨特的性質(zhì)引起了人們的廣泛關(guān)注。本文從不同方面詳細介紹了APG的性質(zhì)，并對其在化妝品和洗滌劑等領(lǐng)域中的應用進行了概述。

烷基糖苷；非離子；表面活性劑；性質(zhì)；應用

1. 引言

早在1893年，德國的E. Fischer就合成了一種烷基糖苷類化合物——甲基糖苷[1]，長鏈烷基糖苷類表面活性劑則于1934年被發(fā)現(xiàn)[2]。但烷基糖苷作為產(chǎn)品出現(xiàn)，卻是在二十世紀80年代后期。1992年，Henkel公司實現(xiàn)了烷基糖苷（APG）的工業(yè)化生產(chǎn)，使得這類物質(zhì)被廣泛用于不同領(lǐng)域，其中用于化妝品工業(yè)的商品名稱為Plantaren。

APG是新一代溫和表面活性劑，它兼具非離子和陰離子表面活性劑的許多特征，如表面活性高、去污力強、泡沫細膩豐富、無濁點且稀釋無凝膠出現(xiàn)、刺激性小、易生物降解、配伍性佳等。因此，它能作為LAS、AES和AEO的替代物，用于配制具有優(yōu)良品質(zhì)的清潔護理產(chǎn)品。

本文將從不同方面詳細介紹APG的性質(zhì)，并對其在化妝品和洗滌劑等不同領(lǐng)域的應用進行概述。

2. 烷基糖苷的性質(zhì)

2.1 物理性質(zhì)[3-6]

純APG為白色粉末，但實際生產(chǎn)中為混合物，由于精制情況不同，產(chǎn)品顏色可為奶油色、淡黃色乃至琥珀色。APG可溶于水、乙二醇、吡啶，難于溶于一些常見的有機溶劑。它在水中的溶解度隨烷基鏈長的增長而減小，隨聚合度的增加而增加。APG極易吸潮，在實際中它對應的產(chǎn)品一般是50%～70%的水溶液，為淡黃色黏稠液體或乳白色膏體（氣溫較低時）。

APG在水中具有很好的溶解性，其主要原因是糖苷頭基上的多個羥基能夠在水中形成氫鍵。然而，需要注意的是：盡管APG分子中的糖苷頭基與水形成氫鍵的能力較烷基鏈強，但其水合程度卻遠不及聚氧乙烯類非離子表面活性劑。因此，APG并不像其他非離子表面活性劑那樣存在濁點和稀釋凝膠，這一性質(zhì)使得它參與構(gòu)建的復配體系無溫度誘導相變現(xiàn)象發(fā)生，為人們制備在較寬溫度范圍內(nèi)都能穩(wěn)定存在的產(chǎn)品提供了方便。

APG具有很強的耐酸堿性質(zhì)。它在酸液中具有優(yōu)良的溶解性、穩(wěn)定性和表面活性，而在堿液中的溶解性能及表面活性要比其他非離子表面活性劑優(yōu)良得多。此外，相比于其他表面活性劑，它還有很好的抗鹽性質(zhì)，可以配制成穩(wěn)定的、常用無機鹽含量高達20～30%的活性溶液。

2.2 表面活性

2.2.1 表面張力和臨界膠束濃度

表面張力和臨界膠束濃度（CMC）是衡量表面活性的重要指標。當烷基鏈長大于等于8時，APG具有明顯的表面活性，其表面張力隨表面活性劑濃度增加而降低，當?shù)竭_一定濃度時，表面張力趨于穩(wěn)定；表面張力和CMC值均隨烷基碳鏈的增長而減小，這說明較長鏈長的烷基糖苷具有更高的表面活性，能夠更好地降低表面張力。對不同鏈長糖苷的表面活性參數(shù)分析表明[5]，同種烷基糖苷的不同異構(gòu)體對應的CMC值也有差異，α-異構(gòu)體的CMC值略低于β-異構(gòu)體，表明前者較后者具有較差的親水性。研究還發(fā)現(xiàn)，同種烷基糖苷的不同異構(gòu)體在界面上有效頭基面積和臨界膠束濃度下的表面張力值相同。

與其他表面活性劑一樣，不同鏈長的APG對應的CMC對數(shù)值與碳數(shù)N之間呈良好的線性關(guān)系：lgcmc=2.3～0.5N[7]。當碳鏈固定時，表面張力值隨聚合度的增大而提高[8]，而在聚合度相對較大時（DP＞2），提高效果將不明顯。

溫度是影響表面張力的又一重要因素。APG的表面張力與溫度存在一定聯(lián)系，如C12APG的表面張力與溫度存在線性關(guān)系：γ(N/m)=57.02-0.467t（℃）[11]。

2.2.2 親水-親油平衡（HLB）值

1949年，Griffin提出用一個相對值（即HLB值）來衡量表面活性劑的親水親油程度。HLB值為更好地認識表面活性劑的相對親疏性質(zhì)提供了方便，有助于正確預測表面活性劑在溶液中的理化行為和應用范圍。分析不同鏈長APG對應的HLB值不難看出[4]，烷基碳數(shù)在8～10的范圍內(nèi)有增溶作用；在10～12的范圍，適用于作洗滌劑；鏈更長的具有潤濕作用并可作為W/O型乳液的乳化劑。

2.3 泡沫行為

泡沫是衡量洗滌用品質(zhì)量的重要指標，因此研究表面活性劑的泡沫行為具有非常重要的意義。衡量表面活性劑的泡沫性能的主要指標有兩個，即起泡力和泡沫穩(wěn)定性。

圖1 不同表面活性劑的泡沫性能

圖1給出了不同類型表面活性劑的泡沫行為（1g AS/L，15odH，0.1g/L皮脂，Hole-disc方法DIN53902）。結(jié)合之前的文獻報道[4]，可以得出以下結(jié)論：APG的起泡性能介于陰離子和非離子表面活性劑之間，與甜菜堿和磺基琥珀酸鹽相當。烷基糖苷的泡沫性能隨烷基鏈長的增加而降低，當鏈長為10.3時，烷基糖苷的起泡性能最好。分析烷基糖苷的發(fā)泡性能隨濃度的變化情況，可以得出[9]：APG的起泡性能在表面活性劑含量較小時隨濃度變化并不明顯，而當接近臨界膠束濃度時，其起泡性能陡然提高，這一性質(zhì)為烷基糖苷的應用提供了理論依據(jù)。

盡管APG是一類非離子表面活性劑，其在硬水中的發(fā)泡能力也有所降低，這與陰離子表面活性劑的起泡性質(zhì)是一致的。這主要是由于：APG膠束本身是帶負電的，水硬度增大導致溶液離子強度上升，這就使得部分APG發(fā)生聚析，形成諸如乳濁液滴式的第二相，從而導致APG分子離開表面，降低了APG的發(fā)泡性[11,12]。具有較短鏈長的C8-10APG對硬水的敏感程度較長鏈的C12-14APG低。

2.4 去污力[4,9,11]

APG的去污力與非離子表面活性劑AEO、TX-10等相當，而優(yōu)于LAS、AS和FAS等陰離子表面活性劑。其去污能力隨烷基鏈增長而增強，當碳數(shù)為11時，去污能力達到最強。繼續(xù)增加碳鏈長度（≥12），去污力又有所下降。這主要是由于，較長鏈長的APG在水中的溶解度很小，并意味著碳數(shù)越多去污力越差。同時，與椰油酰基兩性乙酸鹽、甜菜堿、磺基琥珀酸鹽和烷基醚硫酸鹽相比，APG能夠更好地清潔深層毛孔。

2.5 增稠性[9,13,14]

在化妝品、洗滌劑配方中，表面活性劑的黏度習性是影響產(chǎn)品最終稠度的一個重要因素。研究表明，較長鏈長的烷基糖苷具有增稠性質(zhì)，使用鏈長較長的C12-14APG作配方組分時，體系中往往無需再加入其他增稠劑。無論是在具有黏度極大值還是減少氯化鈉用量方面，C12APG都比鏈長較短的C10APG和氧乙烯基類非離子表面活性劑具有更好的效果。同時，對于直鏈烷醇酰胺很難增稠的磺基琥珀酸鹽和高度氧乙烯化的烷基聚醚硫酸鹽，APG都有很好的增稠效果。在使用烷醇酰胺進行增稠時，體系中可能會生成有害物質(zhì)亞硝胺，而APG的使用則能從根本上解決這一問題。因此APG作為無氮增稠劑具有廣闊的應用前景。

表1 不同表面活性劑的毒性比較

2.6 安全性能

與LAS、FAS和FAES相比，APG具有很低的刺激性，這主要是由其天然的極性基團決定的。APG的低刺激性特點使其在不同領(lǐng)域存在潛在的應用價值，因此引起了人們的廣泛關(guān)注。

毒性測試實驗結(jié)果表明：與其他類型的表面活性劑相比，APG毒性非常低，屬于無毒或低毒產(chǎn)品（如表1所示）。

APG具有良好的生物降解性，能快速而完全地降解成二氧化碳、水和生物體，有利于環(huán)境保護。

我們知道，氧乙烯類非離子型表面活性劑AEO具有相當強的抗菌性。而對烷基糖苷的抗菌性研究結(jié)果表明，烷基糖苷具有比AEO更強的抗菌性，且其抗菌性隨分子中烷基碳鏈的增長而增強。

2.7 配伍性能[4,9]

APG可以單獨使用，也可復配使用。當與其他表面活性劑復配時，它具有正的協(xié)同效應，能顯著提高其他表面活性劑的效能并降低它們的刺激性。

在泡沫行為方面，烷基糖苷與陰離子表面活性劑復配，將使體系的性能達到最佳。向烷基糖苷中加入少量陰離子表面活性劑，將明顯提高烷基糖苷的發(fā)泡力；而向陰離子表面活性劑中加入少量烷基糖苷，將改善陰離子表面活性劑的泡沫穩(wěn)定性。上面已經(jīng)提到，烷基糖苷在硬水中的發(fā)泡性能有所降低，而若將其與陰離子表面活性劑復配則能夠解決這一問題，得到穩(wěn)定、細膩的泡沫。

在去污方面，APG與LAS、AES、FAS和甜菜堿（CAB）等表面活性劑復配使用，具有明顯的增效作用，如圖2所示。其中APG對兩性表面活性劑CAB的增效作用最為明顯。

圖2 APG去污中的增效作用[4]

圖3 APG在刺激性方面的增效作用

在刺激性方面，烷基糖苷是一類性質(zhì)非常溫和的表面活性劑。烷基糖苷與陰離子表面活性劑復配使用，能夠顯著降低配方體系對皮膚的刺激性，結(jié)果如圖3所示。

在調(diào)理性方面，烷基糖苷與陽離子調(diào)理劑復配使用，顯示出較好的復配效果。APG與常見的陽離子物質(zhì)如陽離子蛋白質(zhì)、陽離子纖維素和瓜爾膠衍生物、聚季銨鹽等復配，都能得到具有調(diào)理作用的配方。

3. APG在化妝品和洗滌劑中的應用

APG是一類天然綠色的表面活性劑，兼具有陰離子和非離子表面活性劑的很多特征，能夠滿足人們對產(chǎn)品安全性的要求，在家居和個人護理產(chǎn)品以及食品乳化劑等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。

3.1 APG在發(fā)用產(chǎn)品中的應用[16]

除了對皮膚刺激性小，APG能很大程度地修復受損發(fā)質(zhì)，這種修復作用較烷基聚醚硫酸鹽明顯得多。利用這一性質(zhì)和其對堿的穩(wěn)定性，APG還適合作表面活性劑用在染發(fā)、永久燙和漂白配方中。對永久燙配方的研究表明，APG的加入對堿在頭發(fā)上溶解度和波浪效果都有積極作用，這主要是由于APG在頭發(fā)上具有較強的吸附作用。

單純APG能改善頭發(fā)的干梳理性，但對濕梳理性影響不大。而將APG與陽離子聚合物復配能極大地改善頭發(fā)的干濕梳理性，使?jié)袷崂砹档?0%左右。同時，APG的加入使頭發(fā)纖維之間的相互作用增強，讓頭發(fā)變得蓬松而且易于梳理。

APG作為表面活性劑與蛋白質(zhì)水解物復配能夠制得具有很好定型效果的產(chǎn)品，其定型性能可與常用的定型劑——2%的聚乙烯吡咯烷酮溶液相媲美，且更易漂洗。

在含有脂肪醇和季銨鹽等化合物的潤發(fā)液和護發(fā)素配方中，APG與季銨鹽的協(xié)同作用將有利于改善頭發(fā)的濕梳理性，而對干梳理性影響不大。油性組分也能引入這類配方，這樣可以賦予頭發(fā)光澤，同時減少季銨鹽的用量。

3.2 APG在化妝品中的應用

APG是一類特殊的物質(zhì)，它與聚氧乙烯基類非離子表面活性劑有很大不同：它的親疏水性質(zhì)不是通過溫度來調(diào)節(jié)，而是通過加入一定量的疏水性共乳化劑，如單油酸甘油酯（GMO）或失水山梨醇單月桂酸酯（SML）來實現(xiàn)。實際中，APG參與構(gòu)建的乳液體系與氧乙烯基類非離子表面活性劑構(gòu)建的體系的相行為和表面活性非常相似，只不過影響兩類體系相行為的因素不同：前者主要是親水親油乳化劑的比例，而后者則主要是溫度。APG的無濁點特性賦予了這類產(chǎn)品高溫穩(wěn)定性，為人們制備在較大溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定存在的產(chǎn)品提供了方便。目前，國內(nèi)外很多產(chǎn)品都以APG為原料，這類化妝品顯示出良好的保濕性、養(yǎng)護功能和高溫穩(wěn)定性能。

3.3 APG在家用洗滌劑中的應用

傳統(tǒng)的廚房用洗滌劑是以LAS/AEO為主成分，由于它們的溶解性和溫和性相對較差，常需加入氧化胺來改善之。APG作為一類非常溫和的表面活性劑，當與陰離子表面活性劑混合時，顯示很強的配伍性，能提高體系的起泡力并降低陰離子表面活性劑LAS的刺激性，因此常被用來代替AEO配制餐具洗滌劑。LAS/APG混合體系的泡沫明顯優(yōu)于單一組分，刺激性小，抗硬水性強，手感滑爽且漂洗后不留痕跡，已經(jīng)成為新一代備受歡迎的廚房洗滌劑組分。

傳統(tǒng)粉狀洗衣劑的表面活性劑一般是以LAS和AEO為主要成分，使用APG替代AEO或部分LAS制成的粉狀洗衣劑在保持原有洗滌性能的同時，能夠明顯改善產(chǎn)品的溫和性、抗硬水性和對皮脂污垢的洗滌性。而對于液體洗衣劑，一般以AEO和AES為主劑，當以APG替代部分AEO和AES時，其泡沫性能和去污力都有所提高，同時這類產(chǎn)品還具有更好的柔軟性和抗靜電性能。

3.4 APG乳化劑在其他領(lǐng)域的應用

烷基糖苷具有很好的親水性，以其作為乳化劑不僅解決了我國食品乳化劑只有親油性產(chǎn)品的問題，同時也豐富了食品乳化劑的種類。

烷基糖苷稀釋性好、易降解的特點使得它特別適宜用作農(nóng)藥乳化劑。此時APG對土壤無污染且可以調(diào)節(jié)土壤濕度，對除草劑、殺蟲劑和殺菌劑都有明顯的增效作用。

伴隨著APG相關(guān)的工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，各種APG類乳化劑開始出現(xiàn)并不斷豐富起來。這類乳化劑在化妝品領(lǐng)域具有潛在的應用價值，常被用來制備不同類型的產(chǎn)品。其對應的乳化劑諸如MONTANOV 68、MONTANOV 82、MONTANOV L、MONTANOV S和MONTANOV 202在不同領(lǐng)域都具有廣泛的應用前景。

4. 結(jié)論

綜上所述，烷基糖苷這類表面活性劑具有很多優(yōu)越性，如表面活性高、安全性好、配伍性優(yōu)良等，這些特點使得這類物質(zhì)具有廣闊的應用前景。特別是它符合人們對產(chǎn)品安全性的高要求，已被廣泛用于不同領(lǐng)域。

我國擁有豐富的淀粉和糖資源，又已有多個大型脂肪醇的生產(chǎn)裝置建成，這為APG的生產(chǎn)提供了優(yōu)越的條件。同時，生產(chǎn)APG所用原料具有可再生性特點，決定了其相關(guān)工業(yè)具有可持續(xù)性。在能源日益枯竭的今天，我們應該抓住機遇，不斷豐富APG類表面活性劑產(chǎn)品的種類并將它們應用于不同領(lǐng)域。

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