氨基酸表面活性劑及多元醇對(duì)月桂醇聚醚-6羧酸鈉泡沫性能的影響

宋冬冬 董朝春

舒蕾生物科技股份有限公司研發(fā)中心，江西南昌，330000

隨著生活水平的提高，潔面產(chǎn)品逐漸成為人們生活中不可缺少的一部分。潔面產(chǎn)品的類型也日益增多，包括潔面膏、潔面乳、潔面泡泡、潔面粉等，其中潔面泡泡因其豐富細(xì)膩的泡沫、便捷的使用感而深受消費(fèi)者喜愛(ài)。皂基體系產(chǎn)品具有起泡性好、清潔力強(qiáng)、洗后清爽的特點(diǎn)，然而較強(qiáng)的脫脂力帶來(lái)的洗后緊繃感導(dǎo)致了應(yīng)用的局限性。氨基酸體系潔面產(chǎn)品因其低刺激性、洗后不緊繃等優(yōu)點(diǎn)深受消費(fèi)者歡迎[1-2]，但其清潔能力較弱，特別對(duì)于油性皮膚無(wú)法達(dá)到清除油脂的效果。何廣文等[3]對(duì)皂基/氨基酸復(fù)配型潔面產(chǎn)品的性能進(jìn)行了研究，表明皂氨型潔面產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了洗凈力、溫和性和使用感的良好平衡。

脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸鈉是一種新型陰離子表面活性劑產(chǎn)品，從其化學(xué)結(jié)構(gòu)上看既有皂基的羧酸結(jié)構(gòu)，又嵌有聚氧乙烯醚，使其具有非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑的雙重表面化學(xué)性能[4-5]。李芳芳等[6]將月桂醇聚醚-6羧酸鈉與皂基復(fù)配，結(jié)果表明月桂醇聚醚-6羧酸能夠明顯改善皂基潔面泡沫洗后的干澀膚感，促進(jìn)了皂基潔面泡沫的應(yīng)用。冷新建等[7]研究了常用多元醇對(duì)氨基酸潔面泡沫體系的泡沫性能的影響，結(jié)果表明不同的多元醇對(duì)氨基酸潔面的泡沫有不同影響。本文以月桂醇聚醚-6羧酸鈉為主，通過(guò)復(fù)配不同的氨基酸表面活性劑及多元醇，研究對(duì)其泡沫的影響，為選擇合適的搭配提供基礎(chǔ)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑與儀器

月桂醇聚醚-6羧酸鈉，w＝24%，上?；ㄍ趸瘜W(xué)有限公司；椰油酰甘氨酸鉀，w＝30%，上海中獅科技發(fā)展有限公司；月桂酰肌氨酸鈉，w＝30%，廣州天賜高新材料股份有限公司；椰油酰氨基丙酸鈉，w＝30%，南京華獅新材料有限公司；椰油酰谷氨酸二鈉，w＝30%，上海中獅科技發(fā)展有限公司；甘油，w＝100%，P.T.Musim Mas；丙二醇，w＝100%，陶氏化學(xué)（上海）有限公司；麥芽糖醇，w＝100%，羅蓋特（中國(guó)）營(yíng)養(yǎng)食品有限公司；聚乙二醇-8，w＝100%，陶氏化學(xué)（上海）有限公司；甲基丙二醇，w＝100%，stearinerie dubois；YZ-PM型超級(jí)恒溫水浴鍋，上海銀澤儀器設(shè)備有限公司；2151型羅氏泡沫儀，上海銀澤儀器設(shè)備有限公司；C-MAG HS 7型攪拌機(jī)，德國(guó)IKA公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品的制備

將適量水和甘油混合溶解后，根據(jù)表1中的配方比例，將月桂醇聚醚-6羧酸鈉分別與不同類型的氨基酸表面活性劑復(fù)配加入，攪拌均勻，制備出不同的基礎(chǔ)配方。

表1 復(fù)配不同氨基酸表面活性劑對(duì)泡沫影響的配方

1.2.2 發(fā)泡力測(cè)試

使用羅氏泡沫儀進(jìn)行泡沫高度測(cè)試。測(cè)試過(guò)程包括硬水的制備和測(cè)試。

硬水的制備：取在105 ℃烘箱中恒重4 h的無(wú)水氯化鈣5 g和無(wú)水硫酸鎂3.7 g，用蒸餾水溶解并定容至5 L。

測(cè)試：參考GB/T 29679—2013《洗發(fā)液、洗發(fā)膏》[8]測(cè)試方法，稱取2.5 g樣品，加蒸餾水900 mL溶解，再加入1 500 mg/kg硬水100 mL。用漏斗吸取部分試液，潤(rùn)洗泡沫儀管壁，然后移取適量試液至泡沫儀，使泡沫儀底部液面對(duì)標(biāo)準(zhǔn)刻度50 mL處，然后用200 mL定量漏斗，準(zhǔn)確吸取200 mL試液，固定漏斗中心位置，在標(biāo)準(zhǔn)刻度位置打開漏斗旋鈕，使試液流入泡沫儀底部，待試液全部流入底部，開始計(jì)時(shí)。記錄試液在0 s、2 min、5 min時(shí)的泡沫高度。

1.2.3 泡沫穩(wěn)定性測(cè)試

將等量的樣品用相同的泡沫泵頭泵出泡沫，置于同一桌面，觀察不同配方的泡沫狀態(tài)及變化情況，主要觀察泡沫綿密程度和泡沫體積，觀察時(shí)間點(diǎn)為0 s、2 h。

1.2.4 配方穩(wěn)定性測(cè)試

配方穩(wěn)定性測(cè)試是在高溫（45±1）℃、常溫（25±1）℃、低溫（4±1）℃三種存儲(chǔ)條件下測(cè)試樣品在1個(gè)月的穩(wěn)定狀態(tài)。測(cè)試過(guò)程中，分別將樣品置于3種條件的恒溫箱中，分別存儲(chǔ)4周，在第1天、第7天及第28天時(shí)觀察樣品在3種不同條件下的配方穩(wěn)定狀態(tài)。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同氨基酸表面活性劑對(duì)月桂醇聚醚-6羧酸鈉性能的影響

本實(shí)驗(yàn)配方中月桂醇聚醚-6羧酸鈉與氨基酸表面活性劑的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，考察月桂醇聚醚-6羧酸鈉與不同類型的氨基酸表面活性劑在不同復(fù)配比例下對(duì)泡沫高度和泡沫穩(wěn)定性等性能的影響。

2.1.1 不同基酸基酸表面活性劑復(fù)配月桂醇聚醚-6羧酸鈉對(duì)發(fā)泡力的影響

通過(guò)復(fù)配不同比例的氨基酸表面活性劑，研究其對(duì)發(fā)泡力的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1～圖4。

圖1 不同比例椰油酰甘氨酸鉀對(duì)發(fā)泡力的影響

圖2 不同比例椰油酰谷氨酸二鈉對(duì)發(fā)泡力的影響

圖3 不同比例月桂酰肌氨酸鈉對(duì)發(fā)泡力的影響

圖4 不同比例椰油酰氨基丙酸鈉對(duì)發(fā)泡力的影響

從圖中可以看出，隨著椰油酰甘氨酸鉀含量的增加，配方泡沫高度呈明顯下降趨勢(shì)，并且泡沫在5 min內(nèi)變大破裂消失的速度也越快，泡沫持久性較差。椰油酰谷氨酸二鈉含量增加到20%時(shí)，發(fā)泡力開始明顯減弱，但相比椰油酰甘氨酸鉀，5 min中內(nèi)泡沫量沒(méi)有明顯改變，只有當(dāng)含量增加至40%時(shí)，泡沫持久性會(huì)明顯減弱。這可能與它們抗硬水能力較差有關(guān)[9]，硬水中的鈣鎂離子促使椰油酰谷氨酸二鈉及椰油酰甘氨酸鉀質(zhì)子化，從而減弱其發(fā)泡能力。月桂酰肌氨酸鈉和椰油酰氨基丙酸鈉分別與月桂醇聚醚-6羧酸鈉復(fù)配時(shí)，對(duì)其發(fā)泡力影響不大，并且5 min內(nèi)泡沫持久性表現(xiàn)也較好。綜上所述，月桂酰肌氨酸鈉、椰油酰氨基丙酸鈉與月桂醇聚醚-6羧酸鈉復(fù)配優(yōu)于椰油酰谷氨酸二鈉、椰油酰甘氨酸鉀。

2.1.2 不同氨基酸基酸表面活性劑復(fù)配月桂醇聚醚-6羧酸鈉對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響

通過(guò)使用同一泡沫泵，在相同條件下泵出同等量的泡沫，分別比較泵出泡沫的起始狀態(tài)及放置2 h后泡沫狀態(tài)。

圖5為月桂醇聚醚-6羧酸鈉復(fù)配不同比例椰油酰甘氨酸鉀的結(jié)果，其中A' ～E' 分別為A～E靜置2 h后的照片。由此可以看出，當(dāng)配方只有月桂醇聚醚-6羧酸鈉時(shí)，泵出的泡沫比較松散且伴隨有大泡泡，椰油酰甘氨酸鉀的加入使得泵出的泡沫變得細(xì)膩堅(jiān)挺。但是隨著椰油酰甘氨酸鉀添加量的增多，泡沫穩(wěn)定性有所下降，2 h后泡沫量減少，這也與其發(fā)泡力測(cè)試結(jié)果相一致。

圖5 復(fù)配不同比例椰油酰甘氨酸鉀的潔面泡沫2 h前后照片

圖6為月桂醇聚醚-6羧酸鈉復(fù)配不同比例月桂酰肌氨酸鈉的結(jié)果，其中F' ～J' 分別為F～J靜置2 h后的照片。從圖中可以看出，月桂酰肌氨酸鈉的加入也可以改變泡沫泵出的質(zhì)地，使得泡沫細(xì)膩堅(jiān)挺。并且通過(guò)比較2 h后的泡沫狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，隨著添加量的增加，泡沫的穩(wěn)定性也有逐步提升。

圖6 復(fù)配不同比例月桂酰肌氨酸鈉的潔面泡沫2 h前后照片

圖7為月桂醇聚醚-6羧酸鈉復(fù)配不同比例椰油酰氨基丙酸鈉的結(jié)果，其中K' ～O' 分別為K～O靜置2 h后的照片。從圖中可以看出，椰油酰氨基丙酸鈉的加入可以改變泵出泡沫的質(zhì)地，使得泡沫細(xì)膩堅(jiān)挺。但是在泡沫穩(wěn)定性上沒(méi)有明顯改善，2 h后泡沫的變化程度基本相同。

圖7 復(fù)配不同比例椰油酰氨基丙酸鈉的潔面泡沫2 h前后照片

圖8為月桂醇聚醚-6羧酸鈉復(fù)配不同比例椰油酰谷氨酸二鈉的結(jié)果，其中P' ～T' 分別為P～T靜置2 h后的照片。從圖中可以看出，椰油酰谷氨酸二鈉的加入可以改變泵出泡沫的質(zhì)地，使得泡沫細(xì)膩堅(jiān)挺。隨著添加量的增加，泡沫的穩(wěn)定性也有所改善，當(dāng)添加量在30%時(shí)，2 h后泡沫量雖有所減少但泡沫質(zhì)地仍為細(xì)密小泡。

圖8 復(fù)配不同比例椰油酰谷氨酸二鈉的潔面泡沫2 h前后照片

綜上所述，當(dāng)配方只有月桂醇聚醚-6羧酸鈉時(shí)，泵出的泡沫比較松散且伴隨有大泡，加入氨基酸表面活性劑可以顯著改善泵出泡沫的質(zhì)地，使得泡沫細(xì)膩堅(jiān)挺。從泡沫穩(wěn)定性來(lái)看，復(fù)配不同氨基酸表面活性劑帶來(lái)的效果也有所差異，復(fù)配后的配方穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱依次為：椰油酰谷氨酸二鈉＞月桂酰肌氨酸鈉＞椰油酰氨基丙酸鈉＞椰油酰甘氨酸鉀。目前普遍認(rèn)為泡沫的衰變機(jī)制有兩個(gè)，一個(gè)是液膜的排液，另一個(gè)是氣體透過(guò)液膜的擴(kuò)散。決定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素是液膜的強(qiáng)度，而液膜的強(qiáng)度主要取決于表面吸附膜的堅(jiān)固性[10-11]。氨基酸表面活性劑帶有含負(fù)電荷的羧酸根，羧酸根的加入使得氣泡膜兩側(cè)離子頭基間的電性排斥增強(qiáng)，從而阻止膜變薄有利于氣泡的穩(wěn)定性。另外，氨基酸表面活性劑中的酰胺基團(tuán)具有較強(qiáng)的氫鍵作用，能夠與周圍的水分子形成水化層，水化層體積增大，液膜的排液速度降低，進(jìn)一步提高了泡沫的穩(wěn)定性[12]。從結(jié)構(gòu)上看，椰油酰谷氨酸二鈉相比其他三個(gè)氨基酸表面活性劑，其結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)羧酸根，具有較強(qiáng)的電荷排斥力和親水性，因此泡沫穩(wěn)定性更強(qiáng)。月桂酰肌氨酸鈉與椰油酰氨基丙酸鈉在結(jié)構(gòu)上相似，相比于椰油酰甘氨酸鉀在酰胺基團(tuán)上多了一個(gè)烷基取代，從而增大了疏水基團(tuán)，疏水基團(tuán)越大，分子在氣液界面上的排列越緊密，小氣泡中的氣體穿過(guò)液膜向大氣泡中擴(kuò)散的越慢，從而有利于氣泡的穩(wěn)定性[13-14]。

2.1.3 不同比例氨基酸基酸表面活性劑復(fù)配月桂醇聚醚-6羧酸鈉的配方穩(wěn)定性

為了驗(yàn)證復(fù)配不同氨基酸表面活性劑對(duì)體系的穩(wěn)定性影響，將配方分別置于不同溫度條件下考察配方的穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)中各配方的樣品在（25±1） ℃和（40±1） ℃條件下均為透明液體，沒(méi)有異常，而在低溫（5±1） ℃條件下穩(wěn)定性見(jiàn)表2。

表2 復(fù)配不同氨基酸表面活性劑對(duì)配方低溫穩(wěn)定性影響

從表2中可以看出，復(fù)配不同的氨基酸表面活性劑，樣品在低溫條件下穩(wěn)定性表現(xiàn)也不同。當(dāng)配方只有月桂醇聚醚-6羧酸鈉時(shí)，低溫下樣品有白色不溶物析出，樣品為白色混濁狀態(tài)。而當(dāng)體系復(fù)配10%的月桂酰肌氨酸鈉時(shí)，體系低溫穩(wěn)定性得到改善，低溫下仍為澄清透明液體。其他氨基酸表面活性劑的改善效果也有所差異，椰油酰氨基丙酸鈉需要添加至20%，椰油酰甘氨酸鉀和椰油酰谷氨酸二鈉則需要添加至30%才可提升低溫穩(wěn)定性。因此，月桂醇聚醚-6羧酸鈉復(fù)配少量的月桂酰肌氨酸鈉即可達(dá)到較好的低溫穩(wěn)定性。

2.2 不同多元醇對(duì)月桂醇聚醚-6羧酸鈉泡沫的影響

本實(shí)驗(yàn)以月桂醇聚醚-6羧酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，多元醇的添加量為20%，考察不同種類的多元醇（甘油、丙二醇、甲基丙二醇、聚乙二醇-8、麥芽糖醇）在相同添加量下對(duì)體系發(fā)泡力的影響，實(shí)驗(yàn)配方見(jiàn)表3。

表3 復(fù)配不同多元醇對(duì)泡沫影響的配方

由圖9可以看出，多元醇的加入并不會(huì)顯著地改變體系的發(fā)泡力，在泡沫持久性上也沒(méi)有很大區(qū)別。而在泡沫穩(wěn)定性上，圖10為月桂醇聚醚-6羧酸鈉加入不同多元醇后的泵出泡沫結(jié)果，圖10中U'～Z' 分別為U～Z靜置2 h后的照片。從圖中可以看出，空白樣品及添加不同多元醇的樣品，泵出的泡沫起始狀態(tài)都較松散。經(jīng)過(guò)2 h的放置后，空白樣品的泡沫穩(wěn)定性最佳，其次為添加甘油、麥芽糖醇，而添加甲基丙二醇、聚乙二醇-8、丙二醇的穩(wěn)定性較差，放置后泡沫明顯減少。

圖9 不同多元醇對(duì)月桂醇聚醚-6羧酸鈉發(fā)泡力的影響

圖10 添加不同多元醇的泡沫2 h前后照片

3 結(jié)論

本文以月桂醇聚醚-6羧酸鈉為研究對(duì)象，考察了不同種類的氨基酸表面活性劑在不同含量下對(duì)該體系泡沫性能的影響，以及不同多元醇對(duì)其泡沫的影響。結(jié)果表明：

（1）在體系發(fā)泡力上，月桂酰肌氨酸鈉、椰油酰氨基丙酸鈉與月桂醇聚醚-6羧酸鈉復(fù)配優(yōu)于椰油酰谷氨酸二鈉、椰油酰甘氨酸鉀，這可能與不同氨基酸表面活性劑的抗硬水能力有關(guān)。

（2）在泡沫穩(wěn)定性上，氨基酸表面活性劑加入能夠提高月桂醇聚醚-6羧酸鈉的泡沫穩(wěn)定性，這可能是因?yàn)榘被岜砻婊钚詣в泻?fù)電荷的羧酸根，不僅增加了氣泡膜兩側(cè)離子頭基間的電性排斥，而且增加了水化層的體積，從而阻止膜變薄，有利于氣泡的穩(wěn)定性。復(fù)配后配方穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱依次為：椰油酰谷氨酸二鈉＞月桂酰肌氨酸鈉＞椰油酰氨基丙酸鈉＞椰油酰甘氨酸鉀。

（3）在配方穩(wěn)定性上，復(fù)配10%的月桂酰肌氨酸鈉即可改善月桂醇聚醚-6羧酸鈉的低溫穩(wěn)定性，使得樣品在低溫下仍為透明澄清液體，而其他氨基酸表面活性劑則需添加至20%以上。

（4）不同多元醇的添加不會(huì)影響月桂醇聚醚-6羧酸鈉的發(fā)泡力，而在泡沫穩(wěn)定性上，添加甘油、麥芽糖醇則優(yōu)于甲基丙二醇、聚乙二醇-8、丙二醇。