月桂酰甲基羥乙基磺酸鈉在清潔產(chǎn)品中的性能研究

姜銘漢 王 凱 王亞如

1.上海兆衡實(shí)業(yè)有限公司，上海，200233;

2. 英諾斯派化學(xué)品（上海）有限公司廣州分公司，廣東廣州，510623

隨著消費(fèi)者對(duì)個(gè)人清潔產(chǎn)品的要求提高和對(duì)化妝品配方的了解越發(fā)深入，“無硫酸鹽”概念越來越受到消費(fèi)者重視。硫酸鹽類表面活性劑在個(gè)人清潔產(chǎn)品中的應(yīng)用非常廣泛，常見的硫酸鹽類表面活性劑有月桂醇硫酸酯鈉（SLS）和月桂醇聚醚硫酸酯鈉（SLES），其主要問題是刺激性較強(qiáng)且SLES可能存在二口惡烷殘留問題[1]。現(xiàn)在市面上宣稱無硫酸鹽的陰離子表面活性劑主要有皂基類，α-烯烴磺酸鹽（AOS）以及氨基酸鹽為代表的溫和表面活性劑等。

皂基類表面活性劑在世界范圍內(nèi)具有悠久的使用歷史，其洗后清爽、潔凈的膚感深受消費(fèi)者喜愛。皂基類表面活性劑的主要問題是不耐硬水，且刺激性接近硫酸鹽表面活性劑[2]。α-烯烴磺酸鹽（AOS）同樣具有與硫酸鹽類表面活性劑接近的刺激性[3]，而且合成過程中會(huì)形成有害的中間產(chǎn)物磺內(nèi)酯[4]，不同廠家對(duì)其控制的差異導(dǎo)致品質(zhì)良莠不齊。氨基酸表面活性劑通常具有低刺激性、發(fā)泡性能好、原料來源廣泛、與陽(yáng)離子聚合物兼容性良好等優(yōu)勢(shì)[5-6]，但因其分子結(jié)構(gòu)中親水基團(tuán)較大，易形成球狀膠束而難增稠，通常需要額外加入增稠劑幫助配方建立黏度[7]；也因其結(jié)構(gòu)中同時(shí)具有氨基和羧基，其水溶性會(huì)隨著pH值發(fā)生變化，導(dǎo)致制備透明配方時(shí)有一定限制。

針對(duì)現(xiàn)階段非硫酸鹽表面活性劑缺陷，INNOSPEC公司研發(fā)了溫和的陰離子表面活性劑月桂酰甲基羥乙基磺酸鈉（商品名ISELUX），已在2021年12月成功備案為化妝品新原料，是新法規(guī)下第6個(gè)備案成功的新原料，也是第2個(gè)進(jìn)口原料，分子結(jié)構(gòu)如圖1。其作為傳統(tǒng)溫和表面活性劑椰油酰羥乙磺酸酯鈉（SCI）的升級(jí)產(chǎn)品，不但具有SCI原有的綠色環(huán)保、易于生物降解、對(duì)皮膚溫和低刺激、泡沫性能較好等優(yōu)勢(shì)，親水基中的支鏈甲基還顯著提升了產(chǎn)品的水溶性[8-9]，在國(guó)外市場(chǎng)上已被廣泛應(yīng)用于成人及嬰童洗發(fā)、沐浴和潔面產(chǎn)品中，但在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)作為一款新原料，應(yīng)用并不多。現(xiàn)階段，關(guān)于其在個(gè)人清潔配方中性能特點(diǎn)的公開報(bào)道文獻(xiàn)較少，故本文在增稠能力、透明度、去污力三個(gè)方面對(duì)其性能進(jìn)行了研究并與幾種常見氨基酸表面活性劑進(jìn)行對(duì)比，為相關(guān)配方的開發(fā)提供參考。

圖1 月桂酰甲基羥乙基磺酸鈉

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和原料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

電子天平（CP2102，奧豪斯）；攪拌器（IKA RW 20，IKA）；pH劑（ST3100，奧豪斯）；電熱恒溫水浴鍋（HWS-12，上海一恒）；黏度計(jì)（DV-1，Brookfield）；立式去污試驗(yàn)機(jī)（RHLQ Ⅲ型立式去污測(cè)定機(jī)，中國(guó)日用化學(xué)工業(yè)研究院）；分光光度計(jì)（Ultra Scan VIS，HunterLab）。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)原料

月桂酰甲基羥乙基磺酸鈉[I S E L U X，INNOSPEC，80%（w/%）]；甲基椰油酰基牛磺酸鈉[Pureact WSCONC，INNOSPEC，30%（w/%）]；椰油酰胺丙基甜菜堿[Chembetaine CAD，Lubrizol，30%（w/%）]；月桂酰肌氨酸鈉[APLS-30，Lubrizol，30%（w/%）]；椰油酰羥乙磺酸酯鈉[Pureact I-78C，INNOSPEC，80%（w/%）]；月桂醇聚醚硫酸酯鈉[Texapon N70，BASF，70%（w/%）]；椰油酰谷氨酸二鈉[Amisoft ECS22SB，味之素，30%（w/%）]；苯氧乙醇和辛甘醇[Neolone PHCG，LanXess，100%（w/%）]；氯化鈉（國(guó)藥，AR）；EDTA二鈉（國(guó)藥，AR）；檸檬酸（國(guó)藥，AR）；氫氧化鈉（阿拉丁，AR）；皮脂污布（JB-03，山西日化學(xué)院）；椰油酰氨基丙酸鈉[YB02-30，普濟(jì)，30%（w/%）]；椰油酰甘氨酸鉀[YC03H-95，普濟(jì)，95%（w/%）]；月桂酰甲基氨基丙酸鈉[ALANINATE LN-30，日光，30%（w/%）]；椰油基葡糖苷[Pureact Gluco C，INNOSPEC，50%（w/%）]；氯化鈣（國(guó)藥，AR）；氯化鎂（國(guó)藥，AR）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 黏度

加入8%（w/%）活性物含量的陰離子主表面活性劑與4%（w/%）椰油酰胺丙基甜菜堿比例，調(diào)節(jié)pH值至6，分別加入0、0.5%、1%、1.5%、2%、3%、4%（w/%）氯化鈉后用黏度計(jì)測(cè)試黏度。具體配比見表1。

表1 黏度測(cè)試配方表（w/%）

1.2.2 透明度

6%（活性物含量）陰離子表面活性劑水溶液pH值分別調(diào)節(jié)至5、6、7、8，放置于室溫和4 ℃，1 d后觀察其透明度。具體配比見表2。

表2 透明度測(cè)試配方表（w/%）

1.2.3 去污力

參考GB/T 13174—2008《衣料用洗滌劑去污力及循環(huán)洗滌性能的測(cè)定》[10]，將皮脂污布剪裁為6 cm×6 cm大小的試片，取四個(gè)點(diǎn)測(cè)試白度，記錄并計(jì)算平均值。配制2500ppm硬水：用去離子水將16.70 g氯化鈣和20.37 g氯化鎂稀釋至10 L。配制表面活性劑溶液：0.05%表面活性劑（活性物含量），100 g 2500ppm硬水，用去離子水稀釋至1 L，具體配比見表3。倒入立式去污機(jī)對(duì)應(yīng)的浴缸中。向各浴缸分別投入6片測(cè)試過白度的試片，120 r/min攪拌速度下洗滌20 min后用1.5 L自來水漂洗30 s，脫水、晾干后測(cè)試白度。計(jì)算洗滌前后白度的差值。

表3 去污力測(cè)試配方表（w/%）

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

2.1 黏度

圖2為椰油酰胺丙基甜菜堿分別與不同的主表面活性劑復(fù)配后，鹽用量對(duì)黏度影響的曲線。通常情況下，少量鹽作用下即可達(dá)到較高黏度意味著對(duì)應(yīng)的表面活性劑容易增稠。

圖2 鹽-黏度曲線

由圖2可知，SLES、月桂酰甲基羥乙基磺酸鈉和椰油酰羥乙磺酸酯鈉可用少量（低于1%w）鹽增稠至5000 mPa·s以上；甲基椰油酰基牛磺酸鈉和椰油酰甘氨酸鈉需要較多鹽（高于3%w）才能增稠至5000 mPa·s以上，其中甲基椰油酰基牛磺酸鈉能達(dá)到12 500 mPa·s；月桂酰肌氨酸鈉、椰油酰氨基丙酸鈉和月桂酰甲基氨基丙酸鈉無法增稠至5000 mPa·s，其最高黏度分別僅為0 mPa·s、460 mPa·s和2420 mPa·s。

無機(jī)鹽增稠表面活性劑體系的機(jī)制及不同表面活性劑體系間的差異可以通過臨界排列參數(shù)理論解釋。該理論認(rèn)為膠束形態(tài)與表面活性劑分子的三個(gè)參數(shù)密切相關(guān)：表面活性劑極性基團(tuán)占據(jù)的最小面積ao，表面活性劑疏水尾鏈的體積v，表面活性劑疏水尾鏈完全伸展時(shí)的長(zhǎng)度lc。將這三個(gè)參數(shù)綜合考慮，得到臨界排列參數(shù)P，P＝v/aolc。P值與膠束形態(tài)關(guān)系為：P＜1/3形成球狀膠束，1/3≤P≤1/2形成棒狀膠束，1/2≤P≤1形成囊泡和層狀膠束，P＝1形成層狀膠束或液晶，P＞1形成反膠束[11]。通常情況下，球狀膠束黏度較低而棒狀膠束黏度較高。無機(jī)鹽中的反離子會(huì)壓縮膠束雙電層，降低親水基面積ao，從而使臨界排列參數(shù)P值升高。不同的初始P值導(dǎo)致各體系加入無機(jī)鹽后的黏度變化情況出現(xiàn)差異。

根據(jù)圖2推測(cè)，未加鹽時(shí)各體系均為球狀膠束狀態(tài)，即P值＜1/3，但SLES、月桂酰甲基羥乙基磺酸鈉和椰油酰羥乙磺酸酯鈉體系的P值高于其他表面活性劑體系且接近1/3，故少量的鹽即可幫助形成棒狀膠束，使黏度明顯上升。

2.2 透明度

觀察室溫狀態(tài)下，pH值分別處于5、6、7、8時(shí)6%w活性物含量表面活性劑水溶液透明度，并拍攝照片。其結(jié)果見表4。

表4 透明度結(jié)果圖片（室溫）

由表4可觀察到，室溫狀態(tài)下，月桂酰甲基羥乙基磺酸鈉、月桂酰肌氨酸鈉、椰油酰谷氨酸二鈉、甲基椰油酰基牛磺酸鈉在pH值為5～8時(shí)均透明無析出；月桂酰甲基氨基丙酸鈉pH值為5時(shí)析出，椰油酰甘氨酸鈉pH值為5、6時(shí)有析出，椰油酰氨基丙酸鈉pH值為5～7時(shí)出現(xiàn)不同程度的不透明現(xiàn)象。

觀察4 ℃狀態(tài)下，pH值分別處于5、6、7、8時(shí)6%w活性物含量表面活性劑水溶液透明度，并拍攝照片。其結(jié)果見表5。

表5 透明度結(jié)果圖片（4 ℃）

由表5可觀察到，4 ℃狀態(tài)下月桂酰甲基羥乙基磺酸鈉和月桂酰肌氨酸鈉在pH值為5～8時(shí)均透明無析出；椰油酰谷氨酸二鈉在pH值為5時(shí)有少量析出沉淀，在pH值為6～8時(shí)透明；月桂酰甲基氨基丙酸鈉在pH值為5、6時(shí)不透明，pH值為7、8時(shí)透明；椰油酰甘氨酸鈉和椰油酰氨基丙酸鈉在pH值為5～7時(shí)均有不同程度析出或不透明現(xiàn)象；甲基椰油酰基牛磺酸鈉在pH值為5～8時(shí)均不透明。

通過表4和表5可以發(fā)現(xiàn)，月桂酰甲基羥乙基磺酸鈉和月桂酰肌氨酸鈉容易制備透明配方，溫度和pH值對(duì)其透明度影響較小，而其他常見的氨基酸表面活性劑制備透明配方會(huì)有一定限制。

2.3 去污力

使用0.05%w活性物含量的表面活性劑水溶液清洗皮脂污布，洗滌前后白度的差值如圖3。數(shù)值越高說明洗滌前后白度差值越大，即表面活性劑對(duì)皮脂的去污力越強(qiáng)。

圖3 表面活性劑對(duì)皮質(zhì)的去污力

由圖3可見，按照去污力強(qiáng)弱可大致分為三組：去污力較強(qiáng)的表面活性劑為SLES、甲基椰油酰基牛磺酸鈉和月桂酰甲基羥乙基磺酸鈉，其中SLES具有最強(qiáng)的皮脂去污力，甲基椰油酰基牛磺酸鈉和月桂酰甲基羥乙基磺酸鈉稍弱于SLES但強(qiáng)于其他溫和表面活性劑；去污力中等的表面活性劑按照去污力強(qiáng)至弱排序依次為椰油基葡糖苷、椰油酰羥乙磺酸酯鈉、椰油酰甘氨酸鈉、椰油酰谷氨酸二鈉、月桂酰肌氨酸鈉、椰油酰甘氨酸鉀；去污力較弱的為椰油酰氨基丙酸鈉和月桂酰甲基氨基丙酸鈉。

3 結(jié)論

月桂酰甲基羥乙基磺酸鈉很容易在椰油酰胺丙基甜菜堿和少量鹽的協(xié)同下建立黏度，常見的氨基酸類表面活性劑通常需要添加較多的鹽才能達(dá)到較高黏度，部分氨基酸表面活性劑即使加入大量鹽也難以增稠；月桂酰甲基羥乙基磺酸鈉的水溶液在pH值為5～8時(shí)均具有高透明度，而氨基酸類表面活性劑中除月桂酰肌氨酸鈉外均有不同程度的不透明或析出現(xiàn)象；月桂酰甲基羥乙基磺酸鈉具有很好的去污力，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其去污力接近SLES和甲基椰油酰基牛磺酸鈉，明顯強(qiáng)于其他常見氨基酸表面活性劑。通過以上性能對(duì)比發(fā)現(xiàn)，月桂酰甲基羥乙基磺酸鈉是一款可以同時(shí)滿足易增稠、易做透明配方的要求且去污力強(qiáng)的溫和表面活性劑，為無硫酸鹽清潔配方的制備提供了便利。