一非离子型乳化剂
非离子型乳化剂是指溶于水中不产生电离的一类乳化剂,是以羟基(-OH)或醚键(R-O-R’)为亲水基,高碳脂肪醇、脂肪酸、高碳脂肪胺、脂肪酰胺、酯类、硅油等为亲油基的两亲结构分子。
非离子乳化剂不受电解质、强酸、强碱的影响,耐硬水性强,与离子型表面活性剂复配还能够提高后者对硬水的耐受能力。
具有“浊点”,这一现象的产生是因为非离子表面活性剂在水中的溶解度随温度的升高而降低,当温度升高到一定程度时,体系的氢键受到破坏,非离子表面活性剂会从溶液中析出,使原来透明的溶液变浑浊。浑浊和相分离是可逆过程,当温度低于某一点时,混合物再次成为均相。
根据亲水基团的类型,非离子型乳化剂可分为聚乙二醇类、硅油类、甘油酯类、山梨醇类、聚甘油酯类和烷基糖苷等类型。
01聚乙二醇类
聚氧乙烯型非离子表面活性剂在水溶液中的稳定性高,具有良好的低温洗涤力、抗硬水能力和相容性,并且低泡、易生物降解,聚氧乙烯类乳化剂的主要种类和结构如下图:
脂肪醇聚氧乙烯醚类:包括硬脂醇聚醚-2(Brij-72)、硬脂醇聚醚-21(Brij-721)、油醇聚醚-10等,作为乳化剂的脂肪醇聚氧乙烯醚的碳链一般为C6~C8,其HLB值随EO(聚氧乙烯的聚合度)数增加而升高。其物理形态随着聚氧乙烯聚合度的增加从液体到蜡状固体,此类表面活性剂具有良好的润湿性能和乳化性能、耐硬水、易生物降解以及价格低廉等优点。如果碳链在C12左右,则适合做洗涤剂。常见的脂肪醇聚醚乳化剂和油醇聚醚乳化剂如下图:
聚乙二醇脂肪酸酯类:包括PEG-30-二聚羟基硬脂酸酯(P135)、PEG-100 硬脂酸酯等。此类乳化剂结构中含有聚乙二醇(丙二醇),由于其由脂肪酸乙氧基化制得,也可称作乙氧基化脂肪酸。聚乙二醇单脂肪酸酯含有少量得双酯和游离的聚乙二醇。常用的聚乙二醇脂肪酸酯类乳化剂如下图:
02硅油类
此类乳化剂比普通乳化剂具有更好的表面活性和铺展性,可以显著降低水的表面张力,一般为液体或凝胶状。其分子中具有很多支链结构,不易结晶。其特殊的分子结构具有良好的柔顺性,能获得更好的甲基堆积,降低分子间的相互作用力,在液体表面形成紧密的单分子膜,使其具有非常好的润湿性和润滑性。
此类乳化剂有ABIL EM90(鲸蜡基PEG/PPG-10/1聚二甲基硅氧烷)、ABIL EM97(双-PEG/PPG-14/14聚二甲基硅氧烷)、ES-5300(月桂基 PEG-10 三(三甲硅氧基)甲硅烷基乙基聚二甲基硅氧烷)、KF-6017(PEG-10聚二甲基硅氧烷)、KF-6038(月桂基 PEG-9 聚二甲基硅氧乙基聚二甲基硅氧烷)等。常见的有机硅乳化剂如下图:
03甘油酯类
甘油酯类乳化剂主要是指甘油单脂肪酸酯,由脂肪酸和甘油酯化而成,是非离子型乳化剂中重要的一种。其性能温和,广泛的用于化妆品和食品中。其结构式如下
此类乳化剂主要有单,双甘油脂肪酸酯(油酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈酸、山嵛酸、硬脂酸、月桂酸),常见的甘油酯类乳化剂如下图:
其中,乳化剂的乳化效果与其单酯含量密切相关,甘油硬脂酸柠檬酸酯产品中单酯具有高表面活性和优异的乳化性,而双酯几乎没有乳化作用,只有增稠效果。单酯含量越高,其表面活性越强,乳化能力越好,制备的乳液颗粒越细腻、越均匀,膏体半透性和稳定性越好。
04聚甘油脂肪酸酯类
聚甘油脂肪酸酯简称聚甘油酯(PGFE),是由聚甘油与脂肪酸形成的酯,是类高效、性能优良的多羟基酯类非离子型乳化剂,线性聚甘油酯比环状聚甘油酯有更高的HLB值,乳化性能更好。结构式:
聚甘油酯耐酸碱、耐高温、耐盐,由于其对人体皮肤和毛发无刺激,安全性高,可应用于食品行业。
聚甘油具有天然的保湿功能,其中聚甘油的聚合度越高,羟基越多,保湿性越好,还能在皮肤上形成一层保水透气的软膜,增加保湿性能。其能增加护肤品的白度,提高化妆品感官性能及理化指标。
可应用于卸妆、 清洁、化妆水、乳液、膏霜、彩妆等多种产品。常见的聚甘油酯类乳化剂如下图:
05山梨醇类
失水山梨醇脂肪酸酯:俗称司盘或Span,为W/O乳化剂。由于分子中长链烷基碳原子数的差异而形成一系列产品,它们共同的特点是均为白色或微黄色蜡状物的油溶性液体或蜡状物。不溶于水,但能分散于热水中。
聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯:俗称吐温或Tween,为O/W乳化剂。有异臭气味。一般呈淡黄色到琥珀色黏稠液体状,但因分子量差异而形态有所不同。对电解质、弱酸和弱碱稳定,有酸时易被氧化,遇强酸强碱逐渐皂化。吐温具有吸湿性,必要时需要干燥,而且存储时间过长容易产生过氧化物,应储存于密封容器内、避光、阴凉干燥处。
一般将两者搭配使用能发挥很好的乳化效果。此类乳化剂性质温和,通常被认为是无毒、无刺激的原料,在日化、医药、食品工业中常作为乳化剂、增溶剂、润湿剂、分散剂等。常见的山梨醇类乳化剂如下图:
06糖类衍生物
葡萄糖苷类:糖苷类乳化剂主要是以糖类为原料,在一定的催化条件下,与脂肪酸或醇类通过脱水聚合、分离纯化等工艺制备。具有很好的生物降解性,性质温和,在酸性、碱性和高电解质体系中表现出很好的相容性,对皮肤温和性好,对环境友好,特别是在孕妇、婴幼儿等敏感人群使用的化妆品中得到了广泛的应用。烷基糖苷类乳化剂常与鲸蜡硬脂醇复配使用。此类乳化剂主要有甲基葡糖倍半硬脂酸酯(SS)、PEG-20甲基葡糖倍半硬脂酸酯(SSE-20)等。
蔗糖酯类:其结构带有亲水的蔗糖基团和亲脂的脂肪酸基团,通称为糖酯;蔗糖共有8个羟基基团,可与脂肪酸结合成蔗糖脂肪酸单酯至蔗糖脂肪酸八酯等一系列产品。
蔗糖酯有极佳的生物降解性,对环境绝对温和无污染;
由于其羟基形成的水合远强于乙氧基化乳化剂中的水合能力,蔗糖酯更多的于较高温度时耐热稳定;
会在皮肤表面形成一层多孔类脂膜,可减缓皮下水分流失,使油脂分布更加均匀,增加皮肤的润滑感,被作为脸部、眼部化妆品的乳化剂和稳定剂;
由于脂肪酸链的存在,蔗糖酯具有一定的抗菌抑菌性,可以作为防腐剂加入化妆品中,防止化妆品中油脂沉淀和产品腐败变质,延长产品的保质期。
此类乳化剂安全、可靠、无毒、不会对皮肤过度脱脂。此类乳化剂主要有蔗糖二硬脂酸酯、蔗糖硬脂酸酯、蔗糖椰油酸酯等。
二离子型乳化剂
离子型乳化剂在溶液温度升高到一定程度时,溶解度急剧上升,此温度点为Krafft点。一般而言,Krafft点越低,越易溶解,使用性越好。
01阴离子乳化剂
其在水溶解之后电离成带有烷基或芳基的阴离子亲水基团,以羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐、磷酸酯盐等较为常见。此类乳化剂原料来源广泛、价格便宜、种类也较多,不足之处在于抗硬水能力差。作为乳化剂使用时不能与阳离子型乳化剂用于同一个乳化体系中。此类乳化剂有鲸蜡醇磷酸酯钾、月桂醇硫酸酯钠、异硬脂酰乳酸钠、硬脂酰谷氨酸钠等。常见的阴离子乳化剂如下图:
02阳离子乳化剂
阳离子乳化剂在水溶液中电离出带有烷基或芳基的阳离子亲水基团,它的电荷与阴离子乳化剂相反,大部分都是有机胺衍生物,如胺盐、季铵盐、杂环、盐等,其中季铵盐应用最广。
人体皮肤表面通常带负电荷,阳离子表面活性剂自身带有正电荷,因此在皮肤表面的吸附能力要大于阴离子和非离子表面活性剂。
主要用作护发素的乳化剂,除具有乳化作用外,还是抗静电和调理作用的主成分。
阳离子乳化剂的优点是耐硬水、酸性条件也可使用。缺点是种类少,刺激性较大。配方组分的相容性差,与阴离子乳化剂、带阴离子的增稠剂配伍性较差。
常用的阳离子乳化剂有西曲氨铵、硬脂基三甲基氯化铵、二硬脂基二甲基氯化铵、棕榈酰胺丙基三甲基氯化铵等。
03两性乳化剂
两性乳化剂狭义上是指同时具有阴离子和阳离子活性基团的用于乳化作用的表面活性剂。两性表面活性剂多用作清洁剂,在乳化剂应用比较少。常见的为磷脂乳化剂。
由于卵磷脂的两性分子结构, 经均质后由于高速剪切力作用,能够得到具有良好分散状态的纳米乳液,而且其接近皮脂结构的活性成分能增强皮肤和头发护理产品的功效。表现如下:
使皮肤更加柔软顺滑的同时不会使皮肤感到油腻;
是一种特殊的皮肤保护剂;
磷脂具有很强的锁水能力,可以改善皮肤的水分平衡;
卵磷脂还能吸附在头发表面,使其具有令人欣喜的防粘连效果,卵磷脂能够减少头发上的静电荷,使头发易于梳理。
三位阻型乳化剂
此类乳化剂是大分子物质,具有很大的空间位阻效应,被均质机强力分散的细小内相被稳定分散在一个个的凝胶网格里,有些还带有极性基团,可以插入内相起到进一步锚定作用。使得内向稳定在网状空穴内,达到稳定作用。这类乳化剂的显著特点是:兼具乳化和增稠作用,不用计算HLB值。
01辅助型
以卡波940、卡波941、黄原胶为主要代表,这类亲水性大分子物质可以在分散在水相中,形成致密的网状空间结构,产生屈服值,对内相有卡位、托举等作用,起到辅助乳化的功能。
02主导型
以AVC、EMT-10、TR-1、TR-2为代表,这类大分子凝胶剂的增加了许多的亲油性支链,在乳化时这些支链插入到油相之中,起到锚定的作用。这类原料可以单独使用,并且可乳化大量的油分。
INUTEC SL1(甘油、菊粉月桂基氨基甲酸酯)基于空间位阻屏障机理,将疏水链锚定在油滴内, 菊粉果聚糖主链则留在水相中,形成一个空间位阻屏障,以防止油滴重新聚合,无需完全覆盖界面仍能高效稳定液滴。
03混合型
以EG、305、G57等反转乳化剂为代表,是一类预先中和好的聚合物(如聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯/丙烯酰二甲基牛磺酸钠共聚物、丙烯酰胺丙烯酸铵共聚物),它存在于反转的乳液中,呈液态,遇水立即反转,聚合物网状结构迅速膨胀,快速形成一种稳定的凝胶。这类乳化剂极易使用,无需中和,可冷配,在很宽的pH范围内稳定,与其它原料相容性良好。
四生物乳化剂
生物乳化剂是由微生物产生的表面活性剂,一般利用酵母或细菌制造生物表面活性剂,具有化学合成表面活性剂无可比拟的优点:
具有复杂的空间结构,表面活性高,乳化能力强,多数生物表面活性剂可将表面张力降到30 mN/m;
具有良好的热稳定性和化学稳定性,在极端pH或温度条件下稳定;
低毒低刺激,可被生物完全降解, 一般不会导致过敏,可应用于化妆品、药品和食品等行业;
具有特殊官能团,专一性强。
根据化学结构,生物表面活性剂通常分为糖脂、脂肽、磷脂、脂肪酸和高分子化合物。化妆品和个人护理产品中使用最广泛的生物表面活性剂是糖脂,因为它们的理化特性、生物活性、生物相容性和生物降解性在化妆品配方中可作为多功能成分使用。化妆品中使用的潜在糖脂生物表面活性剂有槐糖脂,鼠李糖脂和甘露糖基赤藓糖醇脂。
五固体颗粒乳化剂
固体颗粒乳化剂中往往含有粒径微小的颗粒或粉末,这些微小的颗粒或粉末让乳化剂具有更加高效的乳化性能、同时还具对皮肤无刺激、无毒环保的特点。固体颗粒吸附在油水界面之间形成的稳定乳化剂为 Pickering 乳状液。目前用于制备乳液的固体颗粒乳化剂主要有无机颗粒、表面微粒、Janus 微粒以及经过表面改性的固体粒子。固体颗粒乳化剂可节约原料的用量和成本,同时不污染环境,对温度和 pH 等条件具有较高的耐受性,在化妆品研发领域具有广阔的应用前景。