丙二醇單月桂酸酯的增稠性能

徐春濤(中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系, 廣東 中山 528404)

丙二醇單月桂酸酯(簡稱PGM)是一種優(yōu)良的非離子表面活性劑[1]，一種良好的油包水型乳化劑[2]，具有乳化、潤滑、增溶、保濕和穩(wěn)定性能，充氣能力非常優(yōu)秀，形成的泡沫輕而穩(wěn)定，對(duì)熱穩(wěn)定、不易水解，有足夠的食用安全性，在食品，化妝，制藥等行業(yè)有著巨大的應(yīng)用前景[3]。丙二醇酯的性質(zhì)隨結(jié)構(gòu)中的脂肪酸的種類不同而異[4]，可得白色至黃色的固體或粘稠液體，無臭味，具有溫和氣味和味道[5]。不溶于水，溶于乙醇、乙酸乙酯、氯仿和其它氯化烴[6]，其性能隨結(jié)構(gòu)中的脂肪酸的種類不同而異[7]，可與熱水經(jīng)強(qiáng)烈振蕩后乳化，為油包水型乳化劑[8]。

目前對(duì)于PGM的主要研究主要集中在食品防腐方面、乳化劑方面[9]和合成制備方面。國內(nèi)外合成PGM的方法主要是直接酯化法[10-13]和醇解法[14]，還有采用環(huán)氧丙烷法[15]和酶催化法[16]。目前還沒有見到關(guān)于PGM在日化產(chǎn)品的增稠性能的研究報(bào)道。市場(chǎng)上常用的日化產(chǎn)品增稠劑有聚乙二醇類[17]、椰油酰胺類[18]、丙烯酸類和其他一些酯類物質(zhì)[19]。但是聚乙二醇類增稠劑是黃色液體影響產(chǎn)品外觀且容易在生產(chǎn)中產(chǎn)生二惡英；椰油酰胺類產(chǎn)生游離胺對(duì)人體健康有影響；pH值、不同中和劑和可溶性鹽對(duì)丙烯酸類鹽有較大影響；酯類增稠劑對(duì)泡沫影響較大。PGM是食品級(jí)乳化劑安全環(huán)保，如果能應(yīng)用于日化產(chǎn)品增稠，是非常理想的增稠劑[20-22]。本研究主要集中對(duì)PGM在洗滌劑和化妝品方面的增稠和乳化性能做了一定的研究，并對(duì)PGM的發(fā)泡性能、低溫穩(wěn)定性和相容性做了初步研究，發(fā)現(xiàn)PGM具有良好的增稠性能和良好的親油性化妝品的乳化性能。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

丙二醇單月桂酸酯(PGM)，理研維他精化食品工業(yè)(上海)有限公司；卡波-940(CAB-940)，廣東國陵化工原料有限公司； 月桂醇聚醚硫酸酯鹽(AES)，廣東國陵化工原料有限公司；月桂醇硫酸酯鈉(AS-Na)，廣東聯(lián)成化工原料有限公司；椰子油脂肪酸單乙醇酰胺(CME)，廣東聯(lián)成化工原料有限公司；十二烷基二甲基氨基乙酸甜菜堿(Betaine)，廣東聯(lián)成化工原料有限公司；月桂醇聚醚硫酸酯乙醇胺(AES-TEA)，廣東國陵化工原料有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)：上海精密儀器公司；1L真空均質(zhì)乳化機(jī)：上海貝特化工有限公司；C-MAG HS10數(shù)顯加熱磁力攪拌器：杭州匯爾儀器設(shè)備有限公司；DHG-9245A型電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；2152羅氏泡沫儀：上海耶茂儀器儀表有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)采用NDJ旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)在常溫下(25℃)對(duì)PGM在洗滌劑和化妝品的常用乳化體系的增稠效果進(jìn)行研究[23]。采用羅氏泡沫儀對(duì)PGM在多種表面活性劑下的起泡作用進(jìn)行研究[24-25]。對(duì)PGM和丙烯酸類增稠劑在不同溫度下對(duì)潔膚類化妝品、護(hù)膚類化妝品、液洗類化妝品的增稠效果進(jìn)行比較研究。對(duì)添加PGM的化妝品進(jìn)行低溫穩(wěn)定性試驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 PGM對(duì)硫酸酯鹽表面活性劑和甜菜堿類表面活性劑洗滌劑的增稠效果

在相同的洗滌劑配方體系中分別添加增稠劑PGM和椰油酰胺(CME)，添加量為配方質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2%，4%和6%，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PGM和CME在甜菜堿表面活性劑體系(如圖1所示)，AES-TEA體系(如圖2所示)，AES-Na體系(如圖3所示)和AS-Na體系(如圖4所示)中都具有很好的增稠性能。在相同添加量下PGM的增稠性能要好于CME，隨著增稠劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，粘度增大。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)PGM在甜菜堿表面活性劑體系和硫酸酯鹽表面活性劑體系下的洗滌劑都具有明顯的增稠作用，在AES-TEA體系下增稠作用最為明顯。作為研究的比較對(duì)象CME目前常用的增稠劑之一，它的缺點(diǎn)是CME在使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生游離胺對(duì)人體健康會(huì)產(chǎn)生影響，而PGM可以很好的取代它。

圖1 PGM在甜菜堿體系中的增稠效果Fig.1 The effect of PGM in the system of betaine thickening

圖2 PGM在AES-TEA體系中的增稠效果Fig.2 The effect of PGM in the system of AES-TEA thickening

圖3 PGM在AES-Na體系中增稠效果Fig.3 The effect of PGM in the system of AES-Na thicking

圖4 PGM在AS-Na體系的增稠效果Fig.4 The effect of PGM in the system of AS-Na thicking

2.2 PGM在洗滌劑的表面活性劑體系下對(duì)泡沫的影響

在洗滌劑行業(yè)里，泡沫雖然與去污能力關(guān)系不大，但是消費(fèi)者一直習(xí)慣性認(rèn)為洗滌劑的泡沫要好才有效。那么PGM在不同表面活性劑體系的洗滌劑泡沫性能如何呢？本研究選取PGM、CME和沒有添加增稠劑的三種情況下進(jìn)行起泡性能的比較，并且比較了即刻起泡性能和5分鐘后泡沫的高度。從圖5、圖6、圖7和圖8可以發(fā)現(xiàn)，PGM在甜菜堿體系、AES-Na體系和AS-Na體系中都有增泡的效果，而在AES-TEA體系中則有消泡的作用；CME在這四個(gè)表面活性劑體系中都有增泡作用，并且增泡效果要好于PGM。研究還發(fā)現(xiàn)5分鐘后泡沫高度有小幅度下降，但是下降速度要比空白樣要慢一些，說明PGM具有一定的穩(wěn)泡性能。

圖5 PGM在甜菜堿體系中對(duì)泡沫的影響Fig.5 Influence of PGM in betaine system on the bubble

圖6 PGM在AES-TEA體系中對(duì)泡沫的影響Fig.6 Influence of PGM in AES-TEA system on bubble the bubble

圖7 PGM在AES-Na體系中對(duì)泡沫的影響Fig.7 Influence of PGM in AES-Nasystem on the bubble

圖8 PGM在AS-Na體系中對(duì)泡沫的影響Fig.8 Influence of PGM in AS-Na system on the bubble

2.3 PGM在洗滌劑中的低溫穩(wěn)定性研究

PGM在洗滌劑的增稠效果好壞還要看增稠體系在低溫下是否保持穩(wěn)定。本研究在不同表面活性劑體系的洗滌劑中添加3%的PGM，在3℃低溫保存一定時(shí)間，觀察洗滌劑是否會(huì)出現(xiàn)沉淀和渾濁，其結(jié)果如表1所示。在研究的的四種表面活性劑體系中，甜菜堿表面活性劑體系和AES表面活性劑體系的洗滌劑保存25天情況下，洗滌劑保持純清透明狀態(tài)。但是AS-Na表面活性劑體系的洗滌劑在低溫條件下不穩(wěn)定，出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象。

表1 低溫下PGM在各種表面活性劑體系下的穩(wěn)定性Tab.1 Tstability of low temperature PGM in all kinds of surface active agent

2.4 PGM在化妝品中的增稠穩(wěn)定性研究

丙烯酸類增稠劑是化妝品常用增稠劑之一，且效果很好，但是該類增稠劑在不同的pH值和不同的中和劑對(duì)其粘度有較大影響，而且可溶性鹽存在也會(huì)對(duì)增稠體系有較大影響。本研究采用常用的丙烯酸類增稠劑卡波-940(CAB-940)與PGM在不同的化妝品中進(jìn)行增稠性能比較，添加量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%，并進(jìn)行溫度與粘度變化的比較研究。從圖9、圖10、圖11和圖12可以發(fā)現(xiàn)PGM在0～50℃范圍內(nèi)增稠效果可以和卡波-940一樣好。如圖9所示在洗面奶系列產(chǎn)品中在0～20℃時(shí)增稠效果要比卡波-940好，25～50℃時(shí)粘度隨溫度升高的波動(dòng)性要比卡波-940小。在日霜中PGM的增稠效果都要比卡波-940好，如圖11所示。研究還發(fā)現(xiàn)添加PGM增稠劑的膏體要比添加卡波-940的細(xì)膩潤滑。

圖9 溫度對(duì)添加PGM洗面奶的粘度影響Fig.9 Effect of temperature on the viscosityof the addition of PGM Cleaning Cream

圖10 溫度對(duì)添加PGM洗發(fā)水的粘度影響Fig.10 Effect of temperature on the viscosity of he addition of PGM Shampoo

圖11 溫度對(duì)添加PGM日霜的粘度影響Fig.11 Effect of temperature on the viscosity of the addition of PGM Day Cream

圖12 溫度對(duì)添加PGM晚霜的粘度影響Fig.12 Effect of temperature on the viscosity of the addition of PGM Night Cream

3 結(jié)論

本項(xiàng)目通過對(duì)PGM在洗滌劑和化妝品的增稠性能研究發(fā)現(xiàn)，PGM在甜菜堿表面活性劑體系和硫酸酯鹽表面活性劑體系的洗滌劑中有良好的增稠性能，并且隨著PGM添加比例的加大，增稠效果越好。在于與椰子油脂肪酸單乙醇酰胺(CME)做對(duì)比研究中發(fā)現(xiàn)PGM的增稠性能在相同條件下要好于椰子油脂肪酸單乙醇酰胺(CME)增稠劑。在起泡性能的研究中發(fā)現(xiàn)，在甜菜堿表面活性劑體系和硫酸酯鹽表面活性劑體系的洗滌劑中PGM具有良好起泡性能。研究還發(fā)現(xiàn)添加PGM的洗滌劑在低溫條件下，在甜菜堿、AES-Na和AES-TEA表面活性劑體系下穩(wěn)定不會(huì)變渾濁，而在AS-Na表面活性劑體系下不穩(wěn)定會(huì)變渾濁。在對(duì)化妝品增稠性能的研究發(fā)現(xiàn)PGM在潔膚類、液洗類和護(hù)膚類化妝品中有良好的增稠性能。在與卡波-940最增稠性能對(duì)比試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在洗面奶系列產(chǎn)品中在0～20℃時(shí)增稠效果要比卡波-940好，25～50℃時(shí)粘度隨溫度升高的波動(dòng)性要比卡波-940小。在日霜中PGM的增稠效果都要比卡波-940好。在化妝品中使用PGM的膏體要比卡波-940的細(xì)膩。

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