硅酸鎂鹽電荷乳化機理研究

金銘揚，楊銀

（上海泰敦生物科技有限公司，上海200060）

硅酸鎂鈉表面同時帶有正負兩種電荷，以其納米顆粒作為親油端，陽離子為親水端，可以將油分子與水分子結合在一起，從而達到類似乳化劑的效果。

硅酸鎂鈉是一種由硅-氧四面體和鎂-氧八面體在Z 軸方向上以2∶1 的周期性排列形成的層狀硅酸鹽礦物。硅酸鎂鈉的三八面體結構中，鎂-氧八面體中的一部分鎂離子被鈉離子取代，使晶層帶有負電荷，可交換的鈉離子存在于相鄰片晶之間，平衡其所帶的負電荷，使整個晶體呈中性[1～4]。

本文以硅酸鎂鈉作為研究對象，研究其對油脂、乳化劑和油包水顆粒表面的影響，進而提出電荷乳化理論，并探究硅酸鎂鈉在乳液及粉底中的應用加以證明電荷乳化理論。

圖1 層狀硅酸鹽的結構圖

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

乳酸、26# 白油、新戊二醇二（乙基己酸）酯、S21 (PEG-21 硬脂醇醚)、E-10 (PEG-10 大豆甾醇)、LE (PEG-30 二聚羥基硬脂酸酯)、粉漿、DC345、甘油、硅酸鎂鈉、漢生膠T、硅酸鎂鈉、去離子水、香精、杰馬-P、CREEMUL GT、氯化鈉，以上化學用品均來自上海恩飛化學品有限公司。HH.S21-8-S 電熱恒溫水浴鍋、JB-90D 型強力電動攪拌器、PHS-2F 數字pH 計、82-2 型恒溫磁力攪拌器、NDJ-1 旋轉粘度計、JA12002 電子天平。

1.2 實驗方法

由于屈服值是乳化的重要影響因素，而粘度又很大程度上反映了屈服值情況，因此研究中以粘度為控制變量，探索不同條件下硅酸鎂鈉粘度的變化。

實驗中首先用乳酸將2%硅酸鎂鈉的pH 調節至6.86，放置2d 后使pH 穩定在8.00 左右，模擬應用粉底產品的pH 值，再測定各因素對硅酸鎂鈉的粘度影響。

1.2.1 硅酸鎂鈉對油脂表面影響

在2%硅酸鎂鈉溶液中，分別加入0、3%、5%、7%、10%油脂，攪拌0.5h 后用旋轉粘度計測量其25℃時的粘度。油脂種類分別為26#白油和NGDO(新戊二醇二（乙基己酸）酯)。

1.2.2 硅酸鎂鈉對乳化劑的影響

在2%硅酸鎂鈉溶液中，分別加入0、0.5%、1.0%、1.5%乳化劑，攪拌0.5h 后用旋轉粘度計測量其25℃時的粘度。乳化劑種類分別為S21(PEG-21 硬脂醇醚)、E-10 (PEG-10 大豆甾醇) 及LE(PEG-30 二聚羥基硬脂酸酯)。

1.2.3 硅酸鎂鈉在乳液中的應用

試驗用油包水乳液配方如表1。

表1 油包水乳液配方

將表1 中油包水乳液分別以0、1%、5%、10%、20%、30%的比例加入1%硅酸鎂鈉溶液中，攪拌混勻后用旋轉粘度計測量其25℃時的粘度。

1.2.4 硅酸鎂鈉在粉底中的應用

表2 硅酸鎂鈉性能對比實驗

表2 配方中粉漿是一種油包水粉底液，將其稱為轉相粉底。

將油包水粉底分別以0、1%、5%、10%、20%、30%的比例加入1%硅酸鎂鈉溶液中，攪拌混勻后用旋轉粘度計測量其25℃時的粘度。

2 結果與討論

2.1 硅酸鎂鈉對油脂表面影響

由圖2 可知，油脂對粘度有較大影響作用，且各種油脂作用不同。非極性油脂（26# 白油）降低粘度，極性油脂（新戊二醇二異辛酸酯NGDO）增加粘度。

圖2 油脂對2%硅酸鎂鈉粘度的影響

極性油脂能增加體系的稠度，其原因是極性油脂具有極性，容易被極化吸附在硅酸鎂鈉的陰離子表面上，這種吸附增加了硅酸鎂鹽納米陰離子的厚度，在電性不變的情況下，減少了顆粒間距離，在總體積不變的情況下增加了體系電排斥力，從而表現為稠度的增加。白油以油滴的形式存在，降低了介電常數，從而降低了排斥力，降低稠度。從乳化角度上分析，一定量的極性油脂能被吸附穩定，即被乳化。

2.2 硅酸鎂鈉對乳化劑的影響

由圖3 可知，同樣乳化劑用量下，乳化劑的HLB 越高，體系的粘度越低，在一定范圍內用量增加粘度也增加。其中，具有高HLB 值的S21（PEG-21 硬脂醇醚）、中HLB 值的E-10（PEG-10大豆甾醇）及低HLB 值的LE（PEG-30 二聚羥基硬脂酸酯）對2%硅酸鎂鈉粘度的影響則很好地說明了這一點。這是因為水溶乳化劑降低了水相導電性，降低硅酸鎂鈉薄片間排斥力，從而降低粘度。疏水乳化劑則因其極性被吸附，其作用與極性油脂相同從而導致粘度增加。

圖3 乳化劑對2%硅酸鎂鈉粘度的影響

2.3 硅酸鎂鈉在乳液中的應用

圖4 油包水乳液對1%硅酸鎂鈉粘度的影響

由圖4 可知，油包水乳液加入硅酸鎂鈉溶液中，粘度隨乳液用量的增加而逐漸增加，在加入一定量的乳液后能形成膏體，且硅酸鎂鈉用量越多，形成膏體所需要的乳液越少。含2%硅酸鎂鈉時，10%的乳液加入即可形成膏體。

圖5 表明，含有乳化劑和油脂的油包水乳液對硅酸鎂鈉具有極強的增稠作用，遠大于兩者簡單增稠作用之和，近似高于一倍的增稠能力，顯示油包水乳化劑和極性油脂存在協同增稠作用。

圖5 含10%、30%硅酸鎂鈉的油包水乳液對比圖

這是由于硅酸鎂鈉顆粒吸附在油包水乳液上面，每個乳液顆粒表面都被帶上了負電荷，它們相互排斥，從而增加了體系的稠度。

同樣現象也發生在加入油包水粉底液中。不過同樣乳液用量下粘度有所下降。這可能是粉底本身的電性基數降低了油包水顆粒間的電排斥力，從而使顆粒間的排斥力降低，導致體系粘度降低。

圖6 油包水粉底對1%硅酸鎂鈉粘度的影響

圖6 表明，硅酸鎂鈉增加了體系的穩定性，所得膏體冷熱循環一個月后仍保持穩定，這種提供穩定性的性能，它可認為是硅酸鎂鈉的一種后乳化能力（穩定能力，區別于乳化劑增加表面積的前乳化能力）。

3 結論

1)極性油脂或含極性油脂的混合油脂能被硅酸鎂鈉吸附，使體系粘度增加，體現硅酸鎂鈉具有乳化作用。

2)硅酸鎂納能乳化和穩定油包水顆粒，具有類似乳化劑的乳化性能。

3)硅酸鎂納能穩定油包水乳液，形成分散體且具有很強的穩定性，所得體系能耐受長期高低溫考察，被稱之為“后乳化作用”。

此外，實踐表明，硅酸鎂鈉與油包水乳化劑的協同作用可以得到一個令市場滿意的革命性粉底產品。