化妆品工业用表面活性剂 2008-05-27 09:42

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化妆品工业用表面活性剂

一、前言

化妆品工业是衡量一个国家文明程度和生活水准的标志。1985年世界化妆品总消费额为450亿美元。1991年美国个人用清洁品与化妆品的销售额超过200亿美元。美国是世界化妆品的最大生产与消费国,有900多家企业,生产700多个类别,100多万个商品牌号产品。美国最大化妆品生产厂Avon Co有62条生产线,应用了电子技术,自动化程度很高。所以化妆品不仅是人们的生活必需品,同时也是一个重要产业。

表面活性剂在化妆品生产中起着重要的作用。它可以用作基料、乳化剂、洗净剂、漂清剂、润湿剂、渗透剂、分散剂、增溶剂、增稠剂、柔软剂、抗静电剂、杀菌剂、增光剂等。表面活性剂在化妆品原料消耗中占有重要的地位。以1985年为例,美国化总经理品生产总耗费额为3.78亿美元,其中购买表面活性剂的费用为2.8亿。1987年美国用于化妆品生产的表面活性剂为14万吨(不含洗涤品用)日本用于化妆品的表面活性剂为30万吨。1990年世界表面活性剂消费量为738万吨,其中家用占61%,个人保护用品8%,美国总消费量为222万吨,家用占38%,个人保护品用5%。表面活性剂在化妆品工业的市场仅次于纺织和橡胶,占第三位。这足以可见表面活性剂工业与化妆品工业的重要关系,没有表面活性剂就不可能有近代化妆品工业。

二、化妆品用主要表面活性剂品种

化妆品用主要表面活性剂品种

化妆品用表面活性剂品种,就国内情况说,由于品种多,生产分布于多个行业,加之有些品种产量小,新品种开发速度快,难以统计确切数字,据估计有100余种。就国外情况看,一些发达国家已将部分品种列入法规,尚有部分品种未列入。据1984年日本《化妆品原料基准第二版》载,在623种化妆品原料150多种是表面活性剂。根据估计,发达国家用于化妆品的表面活性剂多达近500种,不但品种多、质量好,而且规格全,配套好,选用方便。

现将国内外用于化妆品生产的主要表面活性剂品种性能及用途介绍如下:

(一)非离子型

1.脂肪醇聚氧乙烯醚

1.1 饱和脂肪醇醚

饱和醇醚分为伯醇醚与仲醇醚两类,伯醇醚包括天然醇醚与合成醇醚系列。

伯醇醚多为C12-18醇的聚氧乙烯醚,其HLB值从4.9-16.9,根据不同HLB值,可选择作为洗涤剂、乳化剂、润湿剂。

伯醚化合物低毒、低刺激性,生物降解性好,与其它表面活性剂及基料配伍性好。常用作香波、泡皂、清洁剂的配方。

1.2 不饱和脂肪醇醚

油醇EO2加成物用作化妆品制造时的W/O乳化剂及清洁用品的配方。

油醇的EO8加成物用作化妆品膏体基料。

蓖麻油与硬化蓖麻油的3-100EO加成物,其HLB值从3.0-16.5。主要用作香料油的增溶剂。

2.蜂蜡的聚氧乙烯醚,HLB值为7.5-9.5。主要用作自乳化基料的制备。

3.脂肪胺与脂肪酰胺的聚氧乙烯醚

HLB值为9-18,主要用于香波制造。其特点是稳泡效果好

4.多元醇的聚氧乙烯醚

山梨醇的EO20加成物,HLB值为17;甘油EO26加成物,HLB值为18。

这两种聚氧乙烯醚常用作化妆品基料。

5.聚氧乙烯吡咯烷酮PVP用于发胶定型剂。

6.脂肪醇聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段聚合物。日本的Nikkol有9个牌号这类产品。HLB值为8.7-16.4。主要用作化妆品基料。

7.硅酮的环氧丙烷环氧乙烷嵌段聚合物。主要用作化妆品基料。

8.酯类的聚氧乙烯醚

8.1  山梨醇酐脂肪酸酯的聚氧乙烯醚,各品种HLB如下:T20为17、T21为13、T40为16、T60为16、T65为11、T80为15。

以美国Atlas CO,产品最为著名,视牌号不同,可用作乳化剂、润湿剂、基料等。

山梨醇六油酸酯的EO聚合物,其热稳定性好,常用于自乳化油类的制备。山梨醇酐与羊毛脂反应产物的EO聚合HLB值14,主要用作乳化剂。

8.2  单甘油脂肪酸酯聚氧乙烯醚

国外生产十几种牌号产品,所用原料脂肪酸有月桂酸、硬脂酸、异硬脂酸、油酸等。HLB值为11.0-17.0。常用作O/W乳化剂及O/W乳化体系的增稠剂。

国内生产单甘酯的聚氧乙烯醚,环氧乙烷平均聚合度为5-15,已用于膏霜、奶液、胭脂、洗涤剂的制造。

8.3  羊毛脂类聚氧乙烯醚及聚氧丙烯醚

羊毛脂聚氧乙烯醚

国内征税羊毛脂EO75、EO60、EO45等牌号产品。国外还生产有羊毛脂聚氧丙烯醚,如PO2、PO5、PO10。主要用于发用品制造。如作为调理剂、光亮剂、化妆油等非水品的制造。

羊毛醇的聚氧乙烯醚:羊毛醇EO5、EO16、EO25。用作化妆品、清洗性化妆品、香波、气溶胶的制备,也可作为乳化剂。乙酰化羊毛脂聚氧乙烯醚:乙酰化羊毛脂EO9、EO10,前者用作香波配方,后者用作泡浴剂、清洁剂及乳化剂。

9.脂肪酸的聚氧乙烯酯类

常用原料脂肪酸有:椰油酸、油酸、月桂酸、硬脂酸以及牛脂等。由于使用脂肪酸以及环氧乙烷聚合度的不同,可以得到不同性能及不同HLBA值产品。可以作为基料、乳化剂或增溶剂。

10.脂肪酸的EO-PO-EO嵌段聚合物

11.烷基醇酰胺

烷基醇酰胺系由脂肪酸与醇胺反应而得。常见用于化妆品制造的有:椰油酸与一乙醇胺或二乙醇胺的反应产物,月桂酸或豆冠酸的二乙醇胺反应产物;油酸或亚油酸的一乙醇胺的反应产物。

随所用原灶酸的不同以及脂肪酸与醇胺配比的不同,可以制得不同性能的产品。这些产物的用途也不同。可以作为起泡剂、助泡剂、稳泡剂、乳化剂、清洗剂、润湿剂、粘度调整剂、分散剂、润滑剂、漂清剂等。这类活性剂与其它表面活性剂的配伍性好对皮肤刺激性小,是洗发剂,刮脸膏、中性洗涤剂中不可缺少的成份。

12.酯类

12.1  乙二醇与聚乙二醇的酯类

国外常见品种有:乙二醇单硬脂酸酯、二乙二醇单月桂酸酯、二乙二醇单硬脂酸酯、二乙二醇单油酸酯、聚乙二醇(200)单月桂酸酯、聚乙二醇(200)单油酸酯、聚乙二醇(200)二油酸酯以及聚乙二醇(400)、(600)、(1750)的上述酸的酯类。

国内生产有近10种乙二醇及聚乙二醇的酯类。主要用作珠光剂、增稠剂、乳化剂。高级脂肪胺聚乙二醇酯(商品牌号为PAC-901、PAC-902)对头发角质脘有很好的亲和性,有良好的调理作用。抗静电,使头发飘柔、光亮。

12.2  山梨醇酐脂肪酸酯(Span系列)

美国Atlas Chem Ind Ltd将Span系列中化妆品级相应商品命名为Arlacel,以示与一般工业级Span商品牌相区别。

这类活性剂十分著名,使用安全性好。常作为乳化剂、增溶剂、基料以及复盖物的组成。使用时常与相应的Tween配合使用。

12.3  甘油与聚甘油脂肪酸酯

单甘油脂肪酸酯

使用脂肪酸原料有椰油酸、月桂酸、硬脂酸、油酸及蓖麻油酸等。

国内主要生产品种是甘油硬脂酸酯,多数厂家产品单酯含量低。仅丹东、广州两家生产分子蒸馏级单甘酯,年处理总量约500吨。国外还有三甘油单硬脂酸酯。六甘油二硬脂酸酯、十甘油六硬脂酸脂、十甘油十硬脂酸脂酸酯。

聚甘酯比单酯有更强的W/O乳化力,并可用于粉状化妆品的制造。不饱和酸酯可作为香料油溶剂、基料和润湿剂。

目前国内使用较多的为单甘酯,主要用作乳化剂、成膜剂、基料、分散剂、稳定剂。三聚或六聚甘油的单硬脂酸酯亦有少量生产。

12.4  蔗糖脂肪酸酯

蔗糖酯的种类比较多。由于所用脂肪酸种类及糖酸配比的不同,可以者到不同种类及不同酯分布的产品。据报道,日本生产近20种牌号产品,HLB值1-16,可以任选一合适HLB值的产品使用。

我国轻工部日化所1981年即研制了单、双混合酯。

由于蔗糖酯的合成原料蔗糖与脂肪酸(脂)来自天然,产品无毒,对皮肤、粘膜无刺激,是化妆品的理想原料。常用作乳化剂、润湿剂,用于膏霜、化妆水、香波、牙膏、口红制造。用于膏霜制造,所得产品特点是对附着皮肤表面的污垢、灰尘、化妆料的脱除率高,皮肤后感好。用于牙膏生产可作为不产生后味的起泡剂,对微生物粘附性好,口腔安代表性高。

(二)阴离子型

1.脂肪醇及脂肪醇醚硫酸盐

1.1  脂肪醇硫酸盐

国外生产品种C12、C14以及混合醇的硫酸盐,其盐的形式有Na、K、NH4、醇胺、取代胺等。国内生产主要品种:十二烷基硫酸钠(K12)、十二烷基硫酸二乙醇胺盐(LSD)、十二烷基硫酸单乙醇胺盐(LSM)、十二烷基硫酸三乙醇胺盐(LST)。

醇胺盐比钠盐的水溶性好。K12曾流行于欧州香波配方中,由于醇醚工业的兴起,加之K12在含水配方中配伍性受到一定限制,胺盐的价格又较高,所以在香波配方中已逐渐为醇醚盐所代替。由于K12起泡性优异至今仍作为牙膏起泡剂。

1.2  醇醚硫酸盐

醇醚硫酸盐是洗涤剂工业的重要原料。就醇的来源,可分为天然与合成两类天然的为双C原子柏醇,合成的为单双C主要为伯醇,含少量异构醇。合成醇又分为伯醇与仲醇两类。由于性能等多方面的原因,合成伯醇衍生物在洗涤品工业的应用仍占主要份额。美国shell co.开发的Neodob(亦称Dobanol醇)醇占世界洗涤剂醇的主要地位。

目前总产量近40万吨/年,我国在抚顺建一套年产5万吨装置。

醇醚硫酸钠盐是洗涤品的重要单体。根据实验结果,C12-15醇的AEO3硫酸钠盐比单一的C12AES去油污、起泡、增稠性要好,水溶性好于C13-15及C14-15的AES。

AES是醇醚硫酸钠的统称。C12-15醇是按一定比例配合的,不是随意的搭配。国外一些公司生产的醇醚,有3克分子EO聚合物,有2.6克分子等接近3克分子EO聚合物,但在作为商品出售时都称之为AEO3。不同醇的搭配及搭配比例,不同环氧乙烷聚合度的硫酸钠,其性能显然是不同的。

2.烷基及烷基醚硫酸酯盐

烷基及烷基醚硫酸酯盐中的烷基C12为主,亦有C16、C8-12的。盐的形式有Na、K、NH4、三乙醇胺、二乙醇胺等。醚链常见的有AEO3、7、9。烷基醚硫酸酯盐比相应的烷基硫酸酯盐水溶性好。为便于使用,烷基硫酸酯盐,国外除出售K或Na单盐外,还将Na、K盐1:1复配,这样的产品形态便于应用。

硫酸酯盐在温度较高时的表面张力性质和渗透力比非离子好。起泡性介于非离子与硫酸盐或磺酸盐之间。防止再沉淀效果好。在化妆品配方中对植物油有优良的乳化作用。适合作透明胶状化妆品的溶剂及乳状化妆品的乳化剂。用于喷雾品的制造,可防止喷雾孔的堵塞。

这类活性剂,国内已生产多种牌号,并用于化妆品生产。

3.2  α-烯基磺酸盐(AOS)

C14-18的α-烯基磺酸盐适用作化妆品原料。AOS去污性、起泡生、乳化性、配伍性、抗硬水性,生物降解性好。对眼、皮肤无刺激性,特别适应于清洁品配方。价格低于AES。1990年印度销售AOS6.92万吨,日本销3.21万吨。预计1995年世界不含发展中国家)产量为7.8万吨。

4.羧酸酯阴离子型

4.1  磺基琥珀酸酯盐

磺基琥珀酸酯盐分为单酯与双酯盐。用于化妆品的主要为单酯盐。主要品种有脂肪醇酯盐、醇醚酯盐、羊毛醇酯盐等。由于所用醇等原料的不同,可以得到性能不同的产品。一般说,中等C链醇的单酯钠盐,其清洗性、润湿性、增溶性好。长链醇、醇醚、醇酰胺的单酯钠的增稠性比较好。

这类活性剂可用于透明胶体的制造。利用这一特性,可以改进香波、泡沫皂、香精和透明皂的外观。对钙皂分散能力强,某些牌号产品的容钙能力可达200PPM,是制造温和型和高档香波的重要原料。

国内生产品种比较多。主要品种有:

磺基琥珀酸十二醇酯二钠盐(202)、磺基琥珀酸十八醇酯二钠盐(203)、磺基琥珀酸十二醇聚氧乙烯醚(3)单酯二钠盐、(AEEN,AESS),磺化琥珀酸仲醇醚单酯二钠盐(MES)、十一烯基丁二酸单乙醇酰胺单酯二钠(NS)、十一烯基酰胺磺化琥珀酸酯二钠盐(BU-185)、油酰胺磺基琥珀酸单酯二钠盐(BG280)、蓖麻油磺基琥珀酸单酯二钠盐(SSS-8904)、脂肪酰胺聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠盐(BG-2C)、磺基琥珀酸硅氧烷等近20种。

4.2  吡咯烷酮酸钠(3Ca-Na)

吡咯烷酮酸钠是皮肤天然保湿因子,其保湿力超过甘油、山梨醇和丙二醇。无毒、无刺激,是近代护肤、护发品的重要组分。

4.3  脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐(AES)

主要用作乳化剂、起泡剂、洗涤剂、润湿剂。

4.4  聚丙烯桎

美国古立德公司生产聚丙烯酸盐系列产品。其中Good-riteK-7000树脂/Car-bopol600树脂适用于洗涤剂配方,在碱性配方中稳定。聚丙烯酸盐不仅有优异的增稠作用,同时可以提高洗涤性能,防止锰、钙离子的再沉淀,抗结垢,抗起斑和薄膜形成。常用作增稠剂、颗粒悬浮剂、乳液稳定剂等。

(三)阳离子型

1.季胺盐类

季铵盐类活性剂水中离解时,表现表面活性的离子为阳离子。它对阴电荷的硅酸盐、颜料粒子以及微生物为主的生物体成分的固体表面具有强烈的吸附特性。所以季铵盐具有很好的杀菌和脱臭能力。

主要品种有:

1.1  直接式季铵盐

十二烷基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵。主要用作调理剂、杀菌剂、增稠剂。

1.2  阳离子化聚合物

主要分两类:一类是季铵基的聚合物(嵌聚型);一类是纤维素的季铵基聚合物。这种化合物相容性好,能与阴离子复配,并能减轻阴离子型固有择皮肤的刺激作用。

国外使用的品种有:

阳离子化纤维素、阳离子化瓜耳胶、乙烯吡咯烷酮(VP)乙烯基咪唑啉(VI)氯化物共聚物、丙烯酰胺/甲基丙烯酰羟乙基三甲基氯化铵的共聚物、乙二酸/季铵化聚胺缩合物、阳离子化聚硅酮。

国内品种有:二甲基二烯丙基氯化铵——丙烯酰胺、聚纤维素季铵盐、聚二甲基二烯丙基氯化胺、半乳甘露糖羟丙基季铵盐等。

高分季铵盐比直接式季铵盐有更好的增稠性能。除用于香波外,还用于膏霜、面膜、洗面奶、发胶、定型剂、眼用化妆品的制造。

2.  吡啶盐

十二烷基氯化吡啶

用作发用香波调理剂。

(四)两性型

两性型表面活性剂在碱性区呈阴离子性,中性区呈两性,酸性区呈阳离子性。同一分子的两端可呈现不同离子性质,从而具有调节作用。

1.甜菜碱类

主要品种有:十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)、十八烷基二甲基甜菜碱(BS-18)、十二烷基二羟乙基甜菜碱、椰油酰胺基丙基甜菜碱、十二烷基羟丙基磺基甜菜碱、十六烷基二甲基甜菜碱(BS-16)、十二烷基二甲基羟丙基磷酸酯甜菜碱、油酰胺基丙基甜菜碱等。利用改变取代烷基或取代氨基,可以得到不同亲水亲油性、阴离子性和阳离子性平衡值从而使产品性能姓变化。由于甜菜碱具有调节作用,所以常用于温和型产品的配方,如婴儿香波。甜菜碱起泡性、稳泡性、增稠与润湿性好,有抗静电作用。用于含酶配方中可以防止酶失活。高分子量取代甜菜碱可以用作香精增溶剂。但也存在价格较高和配伍问题。

2.烷基咪唑啉类

常见品种:椰油基羧甲基钠型咪唑啉醋酸盐、月桂基羧甲基钠型咪唑啉醋酸盐、十一烷基咪唑啉磺酸盐。咪唑啉类活性剂生物降解性好,无毒无刺激性,具有优良的泡沫性质和润湿性以及宽范围pH的稳定性。它与季铵盐的配伍性好,常用于无刺激性香波的制造。据报道,美国的香波市场有50%是含咪唑啉配方。

3.卵磷酯

卵磷酯是硬脂酸、油酸、棕榈酸、亚油酸和有机胆碱生产的磷酸酯混合物,是一个很好的天然乳化剂。根据临界用水量的变化,它可以作为W/O型或O/W型乳化剂。磷酯的稳泡性好,并有一定的抗氧作用。添加膏霜等制品中,可以防止皮肤脱水,是很好的皮肤营养剂。

(五)其它

氨基酸及肽类有:N-月桂酰基谷氨酸钾(AGP)、N-月桂酰甘氨酸钠、N-月桂酰基谷氨酸钠、N-月桂酰基谷氨酸三乙醇胺(AGT)、月桂酰肌氨酸钠(S12)、N-月桂酰-L-天门冬氨酸钠、N-十六酰-L-天门冬氨酸钠、N-油酰-L-天门冬氨酸钠、N-油酰肌氨酸钠(DP18)、N-月桂酰-L(DL)-丙氨酸钠、N-十二烷基丙氨酸钠;肽类有:多肽盐与椰油酸的缩合物、多肽钾盐十一烯酸缩合物、多肽三乙醇盐、月桂酰基缩氨酸钠、EGF表皮生长因子(公牛颌下腺分离所得多组分多肽混合物)、酰化肽(蛋白质水解多肽与高级脂肪酸的缩合物。)

氨基酸、肽来自天然,安全性好,是发用香波的重要调理剂。EGF表皮生长因子、植物水解蛋白是有效的抗衰老剂,可以增加皮肤活力,加速新陈代谢。

2.氧化叔胺

国外氧化叔胺品种较多。其中长链烷基可以是C12、C14、C12-14、C16短链;可以是CH3取代物,亦可以是C2H5取代物。常见品种有:十二烷基二甲基氧化胺(OA-12)、十二烷基二乙基氧化胺、椰油基二乙基氧化叔胺(C12,70%,C14,29%)、十八烷基二甲基氧化胺(OA-18)、十二烷基二羟乙基氧化胺。

氧化胺泡沫性、清洗性好,可用于香波、泡浴剂、色料的制造。椰油基二乙基氧化胺具有优异的润湿性能和对矿油的乳化能力,可用作O/W体系化妆品配制时的乳化剂。

3.烷基多苷(APG)

烷基多苷类可由糖甙基衍生制得多种产品。如十二烷基甙(LPG)、甲甙硬脂酸酯(MS)、甲甙硬脂酸酯聚氧乙烯醚(MSE)等。国外尚有甲甙聚氧乙烯醚(20)与聚氧乙烯醚(10)、甲甙聚氧丙烯醚(20)与(10)等。

这类活性物的泡沫性质比醇醚好,介于阴离子与非离子之间,但受硬水影响。去污力与TX-10、LBS相等。增稠性好,可以作为粘度调整剂。C8-12烷基多苷具有抗菌活性,易漂洗,无毒无刺激性,是不含阴离子成分香波的生物活性物质。这类产品发展较快。西德Henkel已建2.5万吨/年装置,法国Sppic计划从1500吨/年扩产至10000吨/年。我国亦在研究开发中。

三、关于化妆品与化妆品原法规

由于化妆品是人体用品,并且与从本长期接触,所以对化妆吕的要求,首先是安全性和卫生指标。世界各国,特别是发达国家对化妆品及其原料都制定有专门的规定和检验方法。日本将化妆品及原料列入《药事法》,并在原则上规定,“化妆品必须是对人体作用温和的物品”。在日本,用于化妆品的表面活性剂包括以《日本药局处理方》、《化妆品原料基准》为参考。1979年日本药事法在修正中规定,要使用新的表面活性剂必须要有可靠的安全性数据,并说明其成份。1984年日本药事日报社出版的《化妆品原料基准》第二版中收载了523种化妆品原料,对每种的技术规格都作了具体的严格规定。

美国化妆品隶属于食品和医药局(FDA)所管辖。欧洲共同体亦有相应的管理机构与法规。我国于1988年颁布了《化妆品管理暂行条例》,尽管一些国家将化妆品及其原料甚至列入药物管理的范畴。但是化妆品不同于药物。正如前面所说“化妆品是长期与人体接触的物品”,而药物往往是短时期的。其二,化妆品是保护和美化用品,面部用品占有相当比例。因此,从某种意义上说,对化妆品和药物要求之严格,应该有不同的含义。所以国外一些公司将同一表面活性剂品种,在作为工业品、药物原料、化妆品原料出售时,是以不同的商品名命的,当然它们的技术规格是不同的。

用于化妆品生产的表面活性剂,首先要求对人是安全的。但它们并非是生理惰性的,如果在化妆品原料中存在某些有毒物质,将可促进和加强毒物对从本的致毒作用。

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