木材纖維類原料在化妝品中的應用進展

林鎮孟 洪永順 黃壯安

摘 要： 介紹纖維素及微晶纖維素的來源結構等特性，以及在化妝品中應用的種類。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用、微晶纖維素柔粉的應用。

關鍵詞： 纖維素；微晶纖維素；摩擦劑

0前言

纖維素是植物細胞壁的主要成分，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生幾千億噸，是自然界中最豐富的綠色可再生的有機資源?，F如今纖維素及其衍生產品被視為最理想的綠色環保材料，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，在德國已有企業對木材纖維素進行精細化加工，并同時對木材產區的開采、種植、管理進行標準化的規定，從而形成企業的良性發展與社會責任相結合的可持續發展之路，下圖為光合作用合成纖維素簡易圖。

結構：纖維素為長鏈線型高分子化合物，它的結構單元是吡喃環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射線衍射研究發現纖維素大分子的聚集體中包括結晶區和無定型區，結晶區部分分子排列的比較整齊、有規則，晶胞結構為單斜晶胞模型；無定型區的分子排列不整齊、較疏松，因而密度較低，從結晶區到無定型區是逐步過渡的，無明顯界限。結構圖如下：

由于組成纖維素大分子的每個葡萄糖基環均具有3個醇羥基，從而使纖維素有可能發生各種酯、醚化反應，通過這些反應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中都廣泛應用。

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，用轉鼓式干燥器制成片狀，再經機械粉碎即得。粉狀纖維素的聚合度約為500，分子量約為2.43*10？。

性質：粉狀纖維素呈白色，無臭，無味，具有纖維素的通性，不同細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，它是比較穩定的。

微晶纖維素是天然纖維素經稀酸水解至極限聚合度（ LOOP） 的可自由流動的極細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，余下的結晶部分，經劇烈攪拌分散，噴霧干燥形成多孔粉末。

應用：通過工藝，可以將纖維素系列產品分為以下兩類，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 近年來隨著環境的惡化以及人們環保意識的逐步提高，越來越多的國家已經意識到PE、PP之類合成的塑料粒子對環境特別是海洋生態造成嚴重的影響，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嚴重污染了環境：據美媒體報道，如今五大湖區內沉有數千萬塑料微珠。不僅如此，在密歇根湖，紐約港、洛杉磯湖、太平洋內均有大量塑料微珠聚集?？茖W家表示，有毒塑料微珠被魚類、貝類等海洋生物食用后，將經由食物鏈返回至人類，對人類的健康構成威脅。《科學美國人》雜志2014年10月29日報道：塑料微粒已經污染中國的海鹽，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測，2050年，海洋中的塑料總量將超過魚類總量。面對日趨嚴峻的塑料垃圾的威脅，越來越多的國家和機構紛紛加入保護地球環境的行列中：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，韓國發布“化妝品安全指標規定”，從2017年7月開始禁止化妝品生產中使用塑料微球。

2016年11月4日，加拿大聯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塑料微球，禁令將在6個月內生效。

在社會公德和法律法規的驅使下，尋求更加安全可降解的粒子來替代塑料微球已經是大勢所驅，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，產品雜質較多，里面含有色素、果膠等，產品需要通過輻照來控制微生物的生長，并且產品所帶的色素應用到產品中經過一段時間后產品會有一定的色差，使得產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，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出來的纖維素粒子，產品質地純凈，色澤白，是替代塑料粒子的絕佳選擇，應用到產品中具有優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異的可塑性，可以通過切斷或壓制，制得各種不同的類型產品：有絲棒狀、顆粒狀、橢圓狀、球形狀、粉質狀等等，可以滿足不同產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注，對于中國牙膏市場的現狀，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，產品的差異化極低，而纖維類磨料具有軟質不損傷牙齒，同時安全可吞食的特點，必將越來越受到關注，現在在德國和日本已有品牌企業用纖維類磨料開發出新一代的牙膏產品，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。

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險，一直是科學家爭論的問題，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《化妝品安全技術規范2015》對原料重金屬要求大幅提高。由木材纖維開發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，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菌提供養分，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柔粉的粒徑在2-100um，這類超精細粉擁有柔滑的觸感、天然安全，吸水等獨到的特點，同時微晶纖維素柔粉具有優異的流動性，吸濕后其休止角較小，其優異的特點也將越來越受工程師們關注。

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外，在膏霜乳液以及彩妝上也得到很好的應用，同時也可以用于新一代的泥膏狀面膜中，由于傳統泥膏狀面膜中含有較多的礦物泥，而礦物泥含有的雜質較多，并且礦物泥中含有一定量的金屬離子，使得產品多偏堿性，產品的脫脂性較強，使用后皮膚往往會出現偏干的情況，而選用微晶纖維素柔粉作為泥膏狀面膜的填料，產品質地純凈，使得產品的一致性較好，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，隨著人類環保意識的提升，難以降解的化工合成類聚合原料正在被環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注和青睞，纖維素/微晶纖維素作為環?？稍偕木G色原料將會大有所為，同時我們也將繼續關注纖維素/微晶纖維素在表面處理系列產品以及纖維素改性系列產品的應用。

參考文獻

[1]楊淑惠. 植物纖維化學（第三版），輕工業出版社（2001）.

[2]劉綱勇.化妝品原料，化學工業出版社，2017.9.

[3]侯永發. 微晶纖維素的研究與應用[J]. 林產化學與工業，1993，（2）.