木材纖維類原料在化妝品中的應(yīng)用進展

林鎮(zhèn)孟 洪永順 黃壯安

摘 要： 介紹纖維素及微晶纖維素的來源結(jié)構(gòu)等特性，以及在化妝品中應(yīng)用的種類。纖維素/微晶纖維素粒子取代塑料粒子的合適選擇、天然木材纖維類磨料在牙膏中的應(yīng)用、微晶纖維素柔粉的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 纖維素；微晶纖維素；摩擦劑

0前言

纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分，是世界上蘊藏量最豐富的天然高分子化合物，每年由光合作用可產(chǎn)生幾千億噸，是自然界中最豐富的綠色可再生的有機資源。現(xiàn)如今纖維素及其衍生產(chǎn)品被視為最理想的綠色環(huán)保材料，纖維素原料主要來源于木材、棉花、麻類植物、竹稈、草稈、甘蔗渣等，在德國已有企業(yè)對木材纖維素進行精細(xì)化加工，并同時對木材產(chǎn)區(qū)的開采、種植、管理進行標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定，從而形成企業(yè)的良性發(fā)展與社會責(zé)任相結(jié)合的可持續(xù)發(fā)展之路，下圖為光合作用合成纖維素簡易圖。

結(jié)構(gòu)：纖維素為長鏈線型高分子化合物，它的結(jié)構(gòu)單元是吡喃環(huán)D-葡萄糖，相互間以β-1，4糖苷鍵連接，分子式為（C6H10O5）n，聚合度n大多在幾百之一萬之間，通過X射線衍射研究發(fā)現(xiàn)纖維素大分子的聚集體中包括結(jié)晶區(qū)和無定型區(qū)，結(jié)晶區(qū)部分分子排列的比較整齊、有規(guī)則，晶胞結(jié)構(gòu)為單斜晶胞模型；無定型區(qū)的分子排列不整齊、較疏松，因而密度較低，從結(jié)晶區(qū)到無定型區(qū)是逐步過渡的，無明顯界限。結(jié)構(gòu)圖如下：

由于組成纖維素大分子的每個葡萄糖基環(huán)均具有3個醇羥基，從而使纖維素有可能發(fā)生各種酯、醚化反應(yīng)，通過這些反應(yīng)能夠生成許多有價值的纖維素衍生物，有如羥丙基甲基纖維素，羥乙基纖維素，羧甲基纖維素鈉等，這些纖維素衍生物在各行各業(yè)中都廣泛應(yīng)用。

粉狀纖維素在美國、歐洲及日本藥典均有收載，其制法如下：

將植物材料纖維漿，用17.5%NaOH （或24%KOH）溶液在20℃處理，不溶解的部分為α-纖 維素，用轉(zhuǎn)鼓式干燥器制成片狀，再經(jīng)機械粉碎即得。粉狀纖維素的聚合度約為500，分子量約為2.43*10？。

性質(zhì)：粉狀纖維素呈白色，無臭，無味，具有纖維素的通性，不同細(xì)度的粉末的流動性和堆積密度不一，其大小從10-1000um不等，或呈棒狀，或呈粒狀。在相對濕度為60%時，平衡吸濕量大都在10%以下，常溫下，纖維素既不溶于水，也不溶于一般的有機溶劑，如酒精、乙醚、丙酮、苯等，因此在常溫下，它是比較穩(wěn)定的。

微晶纖維素是天然纖維素經(jīng)稀酸水解至極限聚合度（ LOOP） 的可自由流動的極細(xì)微的短棒狀或粉末狀多孔狀顆粒，顏色為白色或近白色， 無臭、無味， 極限聚合度（ LODP） 在10～ 200； 不具纖維性而流動性極強，不溶于水、稀酸、有機溶劑和油脂。

微晶纖維素的配制方法為：用稀無機酸溶液將α-纖維素在105℃煮沸，去無定型部分，過濾，用水洗及氨水洗，余下的結(jié)晶部分，經(jīng)劇烈攪拌分散，噴霧干燥形成多孔粉末。

應(yīng)用：通過工藝，可以將纖維素系列產(chǎn)品分為以下兩類，分別為：纖維素/微晶纖維素類磨砂（按摩）類顆粒和微晶纖維素柔粉。

1、 纖維素/微晶纖維素類磨砂（按摩）類顆粒

1.1 近年來隨著環(huán)境的惡化以及人們環(huán)保意識的逐步提高，越來越多的國家已經(jīng)意識到PE、PP之類合成的塑料粒子對環(huán)境特別是海洋生態(tài)造成嚴(yán)重的影響，由于合成塑料粒子不易生物降解，其降解周期長達幾十年甚至上百年，不斷的塑料粒子堆積已經(jīng)嚴(yán)重污染了環(huán)境：據(jù)美媒體報道，如今五大湖區(qū)內(nèi)沉有數(shù)千萬塑料微珠。不僅如此，在密歇根湖，紐約港、洛杉磯湖、太平洋內(nèi)均有大量塑料微珠聚集?？茖W(xué)家表示，有毒塑料微珠被魚類、貝類等海洋生物食用后，將經(jīng)由食物鏈返回至人類，對人類的健康構(gòu)成威脅?！犊茖W(xué)美國人》雜志2014年10月29日報道：塑料微粒已經(jīng)污染中國的海鹽，每磅（約454g）海鹽檢出了1200多顆塑料微粒；華盛頓郵報引用的研究預(yù)測，2050年，海洋中的塑料總量將超過魚類總量。面對日趨嚴(yán)峻的塑料垃圾的威脅，越來越多的國家和機構(gòu)紛紛加入保護地球環(huán)境的行列中：2015年12月初，美國眾議院通過一項提案：從2017年7月1日起，肥皂、牙膏以及其他身體護理用品中禁止添加塑料微粒；12月20日美國參議院通過此項提案，12月28日奧巴馬簽署該項禁塑法案。2016年9月29日，韓國發(fā)布“化妝品安全指標(biāo)規(guī)定”，從2017年7月開始禁止化妝品生產(chǎn)中使用塑料微球。

2016年11月4日，加拿大聯(lián)邦政府公布將全面禁止銷售添加塑料微球的沐浴露、牙膏、磨砂膏等洗護用品，該禁令于2018年7月1日起正式實施。2017年12月4日，新西蘭總理宣布，新西蘭政府將禁止銷售和生產(chǎn)塑料微球，禁令將在6個月內(nèi)生效。

在社會公德和法律法規(guī)的驅(qū)使下，尋求更加安全可降解的粒子來替代塑料微球已經(jīng)是大勢所驅(qū)，在尋找替代粒子的路上，以核桃殼為代表的果殼類磨砂粒子最先被工程師們想到，但果殼類磨砂粒子是通過簡單的機械粉碎得到的，產(chǎn)品雜質(zhì)較多，里面含有色素、果膠等，產(chǎn)品需要通過輻照來控制微生物的生長，并且產(chǎn)品所帶的色素應(yīng)用到產(chǎn)品中經(jīng)過一段時間后產(chǎn)品會有一定的色差，使得產(chǎn)品的一致性不容易控制，同時像核桃殼、杏仁殼之類的粒子比較硬質(zhì)，棱角比較尖銳，并不適合于面部肌膚；而以5-10年生的云杉為原料生產(chǎn)出來的纖維素粒子，產(chǎn)品質(zhì)地純凈，色澤白，是替代塑料粒子的絕佳選擇，應(yīng)用到產(chǎn)品中具有優(yōu)異的清潔效果又不易損傷到肌膚，同時可以促進肌膚的新陳代謝。這種木材纖維具有優(yōu)異的可塑性，可以通過切斷或壓制，制得各種不同的類型產(chǎn)品：有絲棒狀、顆粒狀、橢圓狀、球形狀、粉質(zhì)狀等等，可以滿足不同產(chǎn)品和不同膚感的要求。

1.2 纖維類磨砂粒子不僅在皮膚護理上取得優(yōu)異的成績，同時由于其安全可吞食的特點，正在被越來越多的牙膏工程師所關(guān)注，對于中國牙膏市場的現(xiàn)狀，無論是成人牙膏還是兒童牙膏又或者是牙齒問題患者用的牙膏，其里面的摩擦劑皆為水合硅石或磷鈣類原料，產(chǎn)品的差異化極低，而纖維類磨料具有軟質(zhì)不損傷牙齒，同時安全可吞食的特點，必將越來越受到關(guān)注，現(xiàn)在在德國和日本已有品牌企業(yè)用纖維類磨料開發(fā)出新一代的牙膏產(chǎn)品，而作為牙膏的消費大國，我們也期待有更好更安全的牙膏制品為我們的生活服務(wù)。

2、微晶纖維素柔粉

2.1 近年來以滑石粉為代表的礦物粉中存在石棉或重金屬的潛在風(fēng)險，一直是科學(xué)家爭論的問題，特別是某知名化妝品品牌的爽身粉巨額賠償案更是成為市場焦點；同時我國2016年實施了《化妝品安全技術(shù)規(guī)范2015》對原料重金屬要求大幅提高。由木材纖維開發(fā)的微晶纖維素柔粉是取代礦物粉、硅粉、PMMA粉的理想選擇。

對于新型爽身粉的開發(fā)，近年來工程師一直在尋找更安全的原料來取代滑石粉，雖然暫時選用了淀粉和改性淀粉來替代滑石粉，但是淀粉在吸濕后的休止角會增加，變粘稠的爽身粉容易引起皮膚不適，同時它也會加劇痱子問題，因為淀粉在吸濕的情況下可能為引起痱子的細(xì)菌提供養(yǎng)分，使其繁殖更快，因此玉米淀粉并非真正意義上安全的滑石粉替代物。

微晶纖維素類超精細(xì)柔粉的粒徑在2-100um，這類超精細(xì)粉擁有柔滑的觸感、天然安全，吸水等獨到的特點，同時微晶纖維素柔粉具有優(yōu)異的流動性，吸濕后其休止角較小，其優(yōu)異的特點也將越來越受工程師們關(guān)注。

下表是玉米淀粉、滑石粉和某一款微晶纖維素柔粉VIVAPUR CS **FM的休止角變化。

由上表可得，玉米淀粉吸濕后變粘稠其休止角增加4.12°，而微晶纖維素柔粉VIVAPUR CS **FM的休止角變化與玉米淀粉恰恰是相反，其吸濕后的休止角下降了4.03°，這可以說明微晶纖維素柔粉在遇到液體時流動性會比其他兩種原料要好。

2.2 微晶纖維素柔粉除了可以用在爽身粉的開發(fā)外，在膏霜乳液以及彩妝上也得到很好的應(yīng)用，同時也可以用于新一代的泥膏狀面膜中，由于傳統(tǒng)泥膏狀面膜中含有較多的礦物泥，而礦物泥含有的雜質(zhì)較多，并且礦物泥中含有一定量的金屬離子，使得產(chǎn)品多偏堿性，產(chǎn)品的脫脂性較強，使用后皮膚往往會出現(xiàn)偏干的情況，而選用微晶纖維素柔粉作為泥膏狀面膜的填料，產(chǎn)品質(zhì)地純凈，使得產(chǎn)品的一致性較好，最重要是使用后肌膚柔軟保濕，是新一代泥膜的基料。

3、展望

綜上可知，在化妝品行業(yè)，隨著人類環(huán)保意識的提升，難以降解的化工合成類聚合原料正在被環(huán)保的天然材料慢慢替代，同時更加安全的原材料也將受到化妝品工程師的關(guān)注和青睞，纖維素/微晶纖維素作為環(huán)保可再生的綠色原料將會大有所為，同時我們也將繼續(xù)關(guān)注纖維素/微晶纖維素在表面處理系列產(chǎn)品以及纖維素改性系列產(chǎn)品的應(yīng)用。

參考文獻

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[2]劉綱勇.化妝品原料，化學(xué)工業(yè)出版社，2017.9.

[3]侯永發(fā). 微晶纖維素的研究與應(yīng)用[J]. 林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，1993，（2）.