丙二醇單月桂酸酯的增稠性能

徐春濤(中山職業技術學院化學工程系, 廣東 中山 528404)

丙二醇單月桂酸酯(簡稱PGM)是一種優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、保濕和穩定性能，充氣能力非常優秀，形成的泡沫輕而穩定，對熱穩定、不易水解，有足夠的食用安全性，在食品，化妝，制藥等行業有著巨大的應用前景[3]。丙二醇酯的性質隨結構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]，其性能隨結構中的脂肪酸的種類不同而異[7]，可與熱水經強烈振蕩后乳化，為油包水型乳化劑[8]。

目前對于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]，還有采用環氧丙烷法[15]和酶催化法[16]。目前還沒有見到關于PGM在日化產品的增稠性能的研究報道。市場上常用的日化產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[19]。但是聚乙二醇類增稠劑是黃色液體影響產品外觀且容易在生產中產生二惡英；椰油酰胺類產生游離胺對人體健康有影響；pH值、不同中和劑和可溶性鹽對丙烯酸類鹽有較大影響；酯類增稠劑對泡沫影響較大。PGM是食品級乳化劑安全環保，如果能應用于日化產品增稠，是非常理想的增稠劑[20-22]。本研究主要集中對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PGM的發泡性能、低溫穩定性和相容性做了初步研究，發現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 實驗試劑

丙二醇單月桂酸酯(PGM)，理研維他精化食品工業(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)，廣東聯成化工原料有限公司；椰子油脂肪酸單乙醇酰胺(CME)，廣東聯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 儀器與設備

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

1.3 實驗方法

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

2 結果與討論

2.1 PGM對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)，添加量為配方質量分數的2%，4%和6%，結果發現，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，隨著增稠劑質量分數的提高，粘度增大。從實驗數據可以發現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。作為研究的比較對象CME目前常用的增稠劑之一，它的缺點是CME在使用時會產生游離胺對人體健康會產生影響，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泡沫的影響

在洗滌劑行業里，泡沫雖然與去污能力關系不大，但是消費者一直習慣性認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可以發現，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。研究還發現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具有一定的穩泡性能。

圖5 PGM在甜菜堿體系中對泡沫的影響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℃低溫保存一定時間，觀察洗滌劑是否會出現沉淀和渾濁，其結果如表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。但是AS-Na表面活性劑體系的洗滌劑在低溫條件下不穩定，出現渾濁現象。

表1 低溫下PGM在各種表面活性劑體系下的穩定性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其粘度有較大影響，而且可溶性鹽存在也會對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行增稠性能比較，添加量為質量分數3%，并進行溫度與粘度變化的比較研究。從圖9、圖10、圖11和圖12可以發現PGM在0～50℃范圍內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品中在0～20℃時增稠效果要比卡波-940好，25～50℃時粘度隨溫度升高的波動性要比卡波-940小。在日霜中PGM的增稠效果都要比卡波-940好，如圖11所示。研究還發現添加PGM增稠劑的膏體要比添加卡波-940的細膩潤滑。

圖9 溫度對添加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 溫度對添加PGM洗發水的粘度影響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 結論

本項目通過對PGM在洗滌劑和化妝品的增稠性能研究發現，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)做對比研究中發現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現，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。研究還發現添加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定不會變渾濁，而在AS-Na表面活性劑體系下不穩定會變渾濁。在對化妝品增稠性能的研究發現PGM在潔膚類、液洗類和護膚類化妝品中有良好的增稠性能。在與卡波-940最增稠性能對比試驗中發現，在洗面奶系列產品中在0～20℃時增稠效果要比卡波-940好，25～50℃時粘度隨溫度升高的波動性要比卡波-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的細膩。

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