丙烯酸聚合物改良香波和洁肤品的流变性及稳定性

近来,在香波和其他洁肤品中加入低泡温和的表面活性剂、去头屑剂、维生素和颜料等特殊成分已成为一种新的流行时尚,为美化产品的外观,在配方中还加入了珠光剂和包裹在胶囊中的活性物。

　　与此相反,在产品中起增稠和稳定作用的烷醇酰胺、氧化胺和盐等化学制剂,用量却在逐年减少。由于新成分普遍具有不可溶性,所以因其引起的产品稳定性问题其实是流变科学向配方科学提出了挑战。
   
　　目前,盐、特定表面活性剂、天然或半合成的胶体及丙烯酸聚合物等成分被大量用作香波增稠剂,其中丙烯酸交联聚合物最为典型,它具有良好的流动性、悬浮性和稳定性等,因它易于结合,所以在不溶阶段尤其适用于增加香波的稳定性。丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物（ＩＮＣＩ名称)是ＣＢＭ系列的一部分,其结构见以下分子式。在香波中该物质可为不溶物提供优越的悬浮条件,并能有效防止香波在有效期和正常ｐＨ值时发生沉淀和分层。

　　１增稠和悬浮机理
   
　　ＣＢＭ系列和丙烯酸／Ｃ1０～3０烷基丙烯酸酯均为交联聚合物,虽然酸性较醋酸更弱,但也可反应生成盐。丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物溶于水,因浓度高低不同,ｐＨ值将保持在２.８～３.５之间,并且浓度越大,羧基浓度就越高,ｐＨ值相反却越低。当香波和洁肤品水合或中和至ｐＨ值为４.５～７.５时,丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物就会发生膨胀,形成高度稳定的分散体系。膨胀后的ＣＢＭ和丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物中含有大量微凝胶体,可将悬浮微粒包容在内,此时悬浮液中的不溶物就可永久地保存于这些胶体的缝隙中,且具有易被剪切致碎的特性。一旦停止剪切,支离破碎的胶体瞬间又可凝成更大的胶体（图１）,因此搅拌或用泵输送这种高黏度的悬浮液非常容易,当停止搅拌和用泵输送时,它们瞬间即可复原,这种现象被称之为“剪切变稀”,这种独特性能使得设计可喷射啫喱配方成为易事。

２ＣＢＭ和丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物的特性
　　
　　ＣＢＭ和丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物在体积浓度极低时（０.７%～１.０%）可在表面活性剂中起到有效的增调、稳定和悬浮作用,并具有流动特性且黏度变化范围大,其他增稠剂如纤维素则不能提供其特有的悬浮性,而ＣＭＣ、ＨＥＣ和汉生胶等的使用浓度又都很高（约高２%）。ＣＢＭ和丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物悬浮液的一个关键特性是具有高流变值,能使非溶成分在低浓度体系中永久悬浮,若悬浮颗粒和重力小于液体浮力,就不会下沉。在中性胶体中很容易测定ＣＢＭ和丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物的流变值,虽然这些胶体本身很硬,但只要施以足够外力,它们就能够流动起来,并极易被搅拌、用泵输送、乳化和分散。过去人们曾有一种误解,误认为高黏度是产生稳定悬浮体系所必备的条件之一,其实黏度只能降低沉降速率,特定的流变值却是产生稳定悬浮体系所必须的。
   
　　下面列出了４种水基胶体:
　　Ａ:０.４%丙烯酸交联聚合物
　　Ｂ:２.３%羧甲基纤维素
　　Ｃ:２.１%瓜尔胶
　　Ｄ:６.０%汉生胶
  
　　 选定可参照的浓度是因为此时它们具有相似黏度（３３０００×１０-３Ｐａ·ｓ）。把４个不同密度、不同直径的球体放入上述凝胶中,显而易见,左侧低密度的塑料球比右侧高密度的钢球更易于悬浮。

　表１记录了几个平均直径为０.６ｍｍ的硅沙颗粒在不同稠度和浓度的凝胶体中的悬浮情况,悬浮性的重要性也由此可见一斑。大量数据表明,悬浮性是决定永久悬浮的主要因素,而并非黏度。在大部分测试范围内,ＣＢＭ或丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物的有效性都高达10倍～50倍,有时甚至更高,有效性最小临界值在９０～２０２之间。如果一种胶体能够同时具有它们所特有的悬浮和剪切变稀特性,它将会很黏,遇有外力作用便极易流动。高度交联的ＣＢＭ的最高与最低黏度值之间有很大区别,实际上,低浓度ＣＢＭ下隙间液体的最低黏度值近似于纯水,而隙间液体的量和其微黏性值则在由不同浓度ＣＢＭ和丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯提供的增益值中起着重要作用。因之有较好的悬浮特性,目前ＣＢＭ已被广泛地应用于洗液和面霜等产品中,用以增加传统乳化剂的稳定性。另外它所具有的易分散特性,一经对外公布,也立即引起世人的高度重视。由于使用后可增加液体的稠度,提高悬浮液和泡沫的稳定性,所以可使表面活性剂的性能及美感都得以加强,如今ＣＢＭ和丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物在浴液、清洁产品和多功能香波等表面活性剂体系中的应用都已大大增加,如ＣＢＭＥＴＤ２０２０。

　　３在香波和洁肤品中丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物的优点
   
　　丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物尤其适用于液体增稠,并能赋予离子表面活性剂体系优良的悬浮性,因它集多种优点于一身,所以时下市场上销售的多种香波都添加了该物质。
   
　　（１）不刺激人类的皮肤和眼睛。经过大量毒理学研究,人们发现它比盐更具温和性,这些聚合物历时久长,久经考验可安全使用。
   
　　（２）使香波具有高效、持久的悬浮性和稳定性。丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物尤其适用于提高硅油的悬浮性。一般来说,在增强胶体的悬浮性方面,它比纤维素或自然橡胶更为有效,可提高１０倍～５０倍,而且用它做成的悬浮剂稳定性也很高。
   
　　（３）能提高低泡体系中的泡沫稳定性。在表面活性剂温和的香波中能明显增加泡沫数量,延长显泡时间。
   
　　（４）可作为不与盐发生反应的表面活性剂体系中的增稠剂。
   
　　（５）易于配制,能增强配制物在冷冻和解冻时的稳定性。
   
　　（６）是合成物,防腐性好,不易被微生物分解,纤维素和天然橡胶则恰恰相反。
   
　　（７）具有优良的流变特性,没有纤维素醚和天然橡胶所表现出的黏性流变。
   
　　（８）是阴离子,不会粘于头发。
   
　　（９）在特定的表面活性剂体系中能显出优良的纹理和清晰度。
   
　　（１０）低分散黏度。

　　４如何使用ＣＢＭ和丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物
   
　　过去,人们在研究传统的ＣＢＭ和丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物时面临两个挑战,其一是其难以分散,其二是对离子的敏感性。为此,人类曾采用多种办法以降低对二者的控制难度,不久被称为ＥＴＤ的物质出现了,它的诞生使人类在轻松控制二者特性方面有了第一个突破,而后一种可降低二者对离子敏感性,专门用于表面活性剂等高盐环境中的聚合物也诞生了。

　　５易分散型（ＥＴＤ）ＣＢＭ
   
　　新型ＣＢＭ与传统ＣＢＭ相比,其最大优点是可节省大量时间和金钱,因为新型ＣＢＭ在水中极易浸湿、分散,并不需要精密复杂的机械设备辅助。为产生最佳效果,我们建议使用喷射器。新型ＣＢＭ的一个典型特性是分散黏度低,这与传统ＣＢＭ大为不同,以前要将传统ＣＢＭ完全分散,约需要５ｈ甚至更多时间,同时需要强力搅拌辅助。使用新型ＣＢＭ后,整个过程尤其是水合作用时间都将大幅缩短,同时由于分散黏度大大降低,在构思配方时加入其他成分易如反掌,反应时间也明显缩短。传统ＣＢＭ在其浓度达到２%时就已非常黏稠,而新型ＣＢＭ在更高浓度时也能分散,并有很好的流动特性和可输送性。
   
　　做分散试验时,应首先将去离子水加热至５５℃,然后将新型ＣＢＭ加入通过高剪切搅拌产生的水涡中,混合搅拌２０ｍｉｎ以上,再加超过总量１０%的中和剂进行预中和,以强化它与表面活性剂的相溶性,几分钟后中和剂完全浸湿并溶于水中,约５ｍｉｎ后,干燥的白色粉末将全部无影无踪,分散过程到此结束。为了优化性能,在试验前应将之全部浸湿（白色粉末不可见）,这一点尤为重要,完全浸湿后,再在低剪切搅拌下缓慢加入其他成分（除表面活性剂外）。我们建议在加入表面活性剂前先将它部分或全部中和,一旦加入中和剂,料浆将变稠,而加入表面活性剂则可能降低料浆黏度,此时可通过再加入中和剂来调整产品的ｐＨ值。在低剪切搅拌速度下继续混合５ｍｉｎ～２０ｍｉｎ或直接通过静态混合器,可使香波或洁肤品看起来外观均匀。

　　６ＣＢＭ的特性
   
　　新型ＣＢＭ具有更高的抗离子性、高黏稠状态下优越的可输送性和低黏稠状态下的长时间悬浮性,它的其他特性同传统ＣＢＭ、丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物１３４２及潜溶剂ＣＢＬ１３８２类似。新型ＣＢＭ是一种在非离子表面活性剂体系中比其他ＣＢＭ为更加有效的增稠剂和悬浮剂,它的增稠特性与ＣＢＬ１３８２的水体系极其相似,耐电解质的量也与ＣＢＬ１３４２和ＣＢＬ１３８２非常相似,这意味着它比ＣＢＬ１３４２更为有效,而前面提到的ＣＢＬＥＴＤ２０２０则比ＣＢＬ均聚物具有更强的抗盐性.

　　７配制建议
   
　　使用丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物配制香波和洁肤品时,须谨记下列重要建议。

　　７.１普通香波和洁肤品
   
　　（１）应避免造成黏度损失,在阴离子或高盐含量的表面活性剂中加入额外电解液会造成无黏度,应使这种可能性降至最低。某些盐类可抑制丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物完全膨胀,应选择盐残留量极低的非离子或阴离子表面活性剂。建立如ＳＬＳ（月桂基硫酸钠）、ＳＬＥＳ（月桂基醚硫酸钠）等阴离子钠盐表面活性剂的使用规范,为优化其特性,建议使用ＴＥＡ（三乙醇胺）或ＴＥＡＬＳ（月桂基硫酸三乙醇胺）、ＡＬＳＥ（月桂基醚硫酸铵）等阴离子胺盐表面活性剂。
  
　　（２）在中和前应加入大量阴离子活性物以防止液体变稠。进行预中和时应在加入阴离子表面活性剂前加入少部分中和剂（至少为所需中和剂的１０%）,然后再完全中和,如此可使聚合物产生部分膨胀。通常,丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物的使用浓度为０.７%～１.０%。
   
　　（３）消除多余泡沫和因混合不正确而埋留的气泡。因搅拌方式不正确,将会在与ＣＢＭ结合的低表面能表面活性列溶液中存留空气,使用新型ＣＢＭ后则可避免这种现象,因其分散黏度低,气泡可自由冒出。中和前应使气泡升至表面,在聚合物浸湿后再降低搅拌速度,使气泡冒出,完成中和后加入表面活性剂。
   
　　（４）分散ＣＢＭ前,先加入丙二醇,加热使混合温度达到５０℃,可避免使产品产生“鱼眼”现象和透明冻胶颗粒,如果在较低温度下把阴离子表面活性剂加入物料中,将会发生上述问题,加热醚硫酸盐和物料可避免结块。

　　７.２透明香波和洁肤品
   
　　（１）要想获得最佳透明度,使用丙烯酸／Ｃ１０～３０烷基丙烯酸酯交联聚合物时必须用软化水或无离子水,使用硬水会使产品出现浑浊现象,加入少量螯合物（如ＥＤＴＡ）