泡沫型洗净剂的开发动向及配方设计

柿泽恭史

泡沫型洗净剂的开发动向及配方设计

柿泽恭史

最近，泡沫型洗净剂凭借着使用便利和性质温和等优点，在个人护理用品领域正越来越多地取代液体型产品。泡沫型洗净剂的设计分为容器和洗涤溶液两个方面。本文总结了其设计要点，指出控制洗涤剂溶液的黏度是获得精细泡沫的要点。

泡沫型洗净剂；动向；容器设计；配方

洗净剂的使用范围包括衣料、身体、居室、工业制品等对象的清洁护理，其中用于人体皮肤和毛发清洁护理的化妆品类洗净剂，除了对洗净力有要求外，快速发泡性能和冲洗时的良好感触也是产品的重要使用感性能指标。近年来，此类洗净剂大多为液体制剂，使用时需要借助手和毛巾的搓擦作用才能获得必需的泡沫。为了改善洗净剂的快速出泡性，许多洗净剂生产商已经完成了容器直接出泡的产品改造工作。

洗净剂的快速发泡过程是起泡性和泡沫稳定性紧密结合的复杂现象，起泡性与反映表面活性剂在气－液界面吸附速度的动态表面张力有关，泡沫稳定性则以气－液间的液膜厚度与表面粘性为重要指标。

改用泡沫型洗净剂后，使用洗手液时无需反复揉搓即可达到快速起泡的目的，而且洗手后洗手液不易在手上残留；沐浴液则可利用细腻的泡沫获得较佳的洗净效果。

1 泡沫型洗净剂的开发动向

1.1 面部洗净剂

快速发泡性对获得优异的面部洗净效果非常重要。近年来，由于洗净剂在脸部清洁时的快速发泡性能欠佳，影响泡沫作为缓冲垫作用的发挥，由此伤及使用者面部皮肤的事例时有发生。为了实现面部洗净剂短时间内快速发泡的要求，研究者已经研制出既具有快速发泡性能，又能获得优异面部洗净效果的新原料，并已将其添加至过去常用的香皂和膏状的面部洗净剂中。

1.2 卸妆剂

对于卸妆剂的要求，除了对肌肤温和使用感舒适外，洗净力也是一项重要性能。此外，卸妆剂使用时应该极易与脸部化妆品中的油连续相融合，以便在冲洗时获得良好的使用感。目前，利用表面活性剂的转相法制成的W/O乳液，以及专用于去除耐水性的油性化妆品的新型油剂都已被开发出来。

现在使用较多的凝胶状和膏状卸妆剂都存在使用不便的弊病，经常受到消费者的抱怨。而泡沫型卸妆剂具有紧密贴合肌肤、嘴唇和眼睛周围凹凸部分的显著特点，可以给予使用者特别的使用感受，因此受到研究者的极大关注。有关厂商通过优化表面活性剂和油剂成分的种类及配合量，生产出了泡沫型卸妆剂产品。

1.3 洗手液

图1是近年来日本市场液体型和泡沫型洗手液使用比例的变化情况。图中显示，泡沫型洗手液的市场份额呈现出快速增长的势头。这是因为，洗手液的主要机能是去除手上沾染的污垢、细菌和病毒，但由于人们的洗手时间往往在10秒内，这么短的时间很难实现洗手液泡沫的最佳化，对于老年人而言更是如此。这很易造成洗手液在指尖、手腕等处的残留现象。泡沫型产品则没有这些缺陷。

1.4 沐浴液

以前人们大多使用香皂作为沐浴剂，现在则以洗净性能和使用性能均得到大幅提高的沐浴液为主流。随着敏感肌肤人群数量的增加，对沐浴液温和性的要求也在不断增长。为了获得奶油状泡沫，过去多使用尼龙材质的搓澡巾以达到快速起泡的目的，如果能够只用手进行沐浴，无疑是一种理想的沐浴感受。图2的对比正好说明了此点。图中显示，两种不同的沐浴方法存在明显差异：用尼龙搓澡巾沐浴后，使用者皮肤的水分蒸发量要高于洗净前的水平；用手洗后，皮肤的水分蒸发量则低于洗净前的值。由此看来，使用尼龙搓澡巾和沐浴刷等强力洗涤方法会伤及皮肤的角质层，而用手洗则可实现温和沐浴的目的。

1.5 发用香波

液体香波的使用性远高于粉状香波，现在液体香波是主流的香波产品。女性频繁染发会对毛发造成损伤，为了护理受损毛发，香波中往往加入头发干燥后仍具有调理性能的成分，同时减少香波快速起泡期间头发间的摩擦性。异戊烷等高沸点溶剂是经常采用的此类油剂，即使在香波起泡过程中也可降低头发间的摩擦系数。

为了改善香波冲洗时的调理性，配方师通常会在产品中添加功能性聚合物，而油剂和硅油的组合则可提高头发干燥后的触感。这是两全的调理方法，但同时也造成了香波发泡性不佳的问题。

2 配方设计

泡沫洗净剂的配方与液体洗净剂存在很大差异，下面将叙述洗手液、沐浴液泡沫型产品的设计要点。

2.1 泡沫形状

洗净剂的快速发泡其实就是在洗净剂中混入空气并将其微细分散的“起泡”过程，泡沫会随时间推移而消失。因此，这是“起泡”和“消泡”相互竞争的过程。在使用泡沫洗净剂的场合，消费者会对挤出的泡沫、洗涤时的泡沫和洗净后至冲洗前的泡沫进行即时评价。一般认为，泡沫洗净剂理想的泡沫形状为：泡沫粒径细腻均一，呈奶油状且泡沫量丰富。此外，洗净时泡沫的感触应达到易于铺展、有弹性、与皮肤接触性好等要求。

2.2 容器

2.2.1 泡沫容器的构造

通常使用的泡沫容器分为三类（见图3）：

容器①的泵体部位存在筛网和空气室，当挤压泵头时，空气与洗净液同时通过筛网，形成泡沫。它属于泵型容器，通过挤压泵体就可简单出泡，适用于高龄人群及大多数消费者，是目前多数商品采用的泡沫型容器。

容器②通过挤压瓶体，使瓶内洗净液与吸入的空气同时经过筛网眼，形成泡沫。它属于挤压型容器，吐出泡沫量易于调整，且没有复杂的泵体分散机构，成本较低。

容器③中的压缩气体与洗净液从容器中排除时，洗净剂在压缩气体的作用下产生泡沫，它属于气雾剂型容器，产生的泡沫细腻且硬，可以满足连续出泡的需求。

本文重点介绍非气雾剂型的泡沫容器。

2.2.2 泡沫容器的构成要件

设计泡沫容器时，要根据洗净剂的起泡力和黏度数值，选择合适的筛网目数和气-液混合比。泵型容器使用时，挤压泵头会使洗净液从吸管进入，同时与来自空气室的空气接触，挤压的力量使洗净液与空气强制混合并快速通过筛网，从而形成细腻、稳定的泡沫。一般地，100～300目的组合型筛网用得较多，网眼大小会影响泡沫的细腻程度，泵体压力也是影响泡沫细腻性的重要因素。对女性及体弱者而言，不宜使用过细的筛网，而且挤压力要适度。

气－液混合比指的是泵型容器的吸液量与空气室的容积比，该数值因洗净液的物性不同而不同，一般以气－液比为5∶1～50∶1为宜。空气比率过小或过大，泡沫的质量均不理想。

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2.3 洗净剂

2.3.1 主表面活性剂

泡沫型洗净剂使用的表面活性剂，要求在泡沫表面的吸附速度要快。阴离子表面活性剂是泡沫洗净剂常用的主表面活性剂，代表性的品种有烷基聚氧乙烯醚硫酸盐和脂肪酸盐。烷基聚氧乙烯醚硫酸盐宜选择EO加成数为1～4、烷基链长C12～14的品种；脂肪酸盐则可使用月桂酸盐、肉豆蔻酸盐、棕榈酸盐、椰子油酸的钾盐和乙醇胺盐。在冲洗性等洗浴的感触方面，脂肪酸盐比烷基聚氧乙烯醚硫酸盐更易获得爽快感。酰基谷氨酸盐之类的氨基酸型表面活性剂、烷基磷酸盐具有对皮肤刺激性低的优点，常用作温和性配方的成份。

2.3.2 增泡剂

泡沫洗净剂使用的泡沫性能提高剂与液体洗净剂大不相同，这完全是由于其使用了“辅助表面活性剂＋聚合物”的组合。泡沫洗净剂使用的辅助表面活性剂包括月桂基酰胺丙基甜菜碱等两性表面活性剂和月桂基二甲基氧化铵等半极性表面活性剂，它们与前述的主表面活性剂复配，使亲水基紧密化，从而增强了表面活性剂在表面的填密程度。泡沫型洗净剂使用的聚合物包括：阳离子纤维素，氯化二甲基二芳基铵·丙烯酰胺的共聚物，最近研究者又开发出了阳离子单聚物/阳离子单聚物/丙烯酸酯单聚物的三元复合体，用于改善泡沫洗净剂的性能。

2.3.3 内容液的物性

使用泵型泡沫容器时，洗净液的黏度是一项关键指标。洗净液黏度过高，通过筛网受到的阻力就大，挤压泵头排出的液体量就少，这直接导致洗净液与空气的混合效率低下，形成的泡沫大且呈现水样的外观，黏度过大还使泡沫的排出变得不畅。因此，泡沫洗净剂的黏度一般控制在20mpa·s以下。

泡沫洗净剂对于黏度较低的要求限制了表面活性剂的配合量，同时要求聚合物的分子量也不宜过大。除此以外，配方中还会加入乙醇、乙二醇等减黏剂，同时尽量选用亲水基较大的表面活性剂，以获得小粒径的球状胶束，这种黏性特征才是泡沫洗净剂期待的。

在冬天气温较低的环境中，洗净液的黏度会显著上升，对于表面活性剂/盐组合的增稠体系，日本的专利文献“特开平08-143899”报告了一项限制洗净剂在低温环境中黏度上升的技术。

2.3.4 使用性

由于洗净剂会在差别较大的温度、湿度环境中使用，因此需要在保证产品的泡沫稳定性方面采取有效措施。在夏天高温环境中使用，残留在筛网眼上的洗净液会干燥、固化，引起筛网孔堵塞。为此，研究者在研制泡沫型洗净剂时，需要适量配入丙二醇和甘油等多元醇，防止产品由于水分蒸发导致使用不便。

配方中使用脂肪酸盐成分时，需要格外注意pH变化对产品使用性的影响。残留在筛网孔上的洗净液会吸收空气中的CO2，使水溶性的脂肪酸盐变成水不溶性的脂肪酸，在冬季低温条件下，常常会发生脂肪酸析出堵塞筛网孔的现象。

3 评价方法

起泡力与泡沫稳定性是泡沫的两大物理性质。下面介绍针对起泡力与泡沫稳定性的常用物理化学评价方法。

3.1 起泡力

起泡力的评价通常以反映气泡表面能降低速度的动态表面张力为重要指标。动态表面张力的测定方法有振动喷射法、悬浊法、滴容法、威廉敏法、最大泡沫压力法等等，其中最大泡沫压力法是最广泛使用的一种测定方法，它反映的是1秒钟内洗净剂形成稳定液膜，直至影响液膜稳定性、测定液膜覆盖性的方法。

图4是最大泡沫压力的测定装置，泡沫由插入洗净剂溶液中的毛细管产生，从毛细管顶端半球状气泡的压力可求出溶液的动态表面张力。近年来，高感应度压力计已可检测到毫秒级的压力变化。

图5是对两种洗手液样品的动态表面张力测定结果，图6是试样泡沫的显微镜图像。从两个图中看到，动态表面张力较低的A样，形成的泡沫更加细腻。

3.2 泡沫稳定性

影响泡沫稳定性的重要因素是泡沫膜的排液速度。排液会导致泡沫膜薄化，从而使泡沫遭到破坏。据测定，泡沫膜破裂的临界膜厚是50～100•。评价泡沫稳定性的方法很多，最简单的方法是用框架拉起液体作出液膜，通过观察毛细现象发生时产生的干涉色，评价膜的薄化举动。定量评价泡沫稳定性的方法有光干涉法、FT-IR法、喇曼散射法、X射线衍射法等。图7是用FT-IR法测定泡沫膜厚的装置。在图7的装置中，红外光通过装有泡沫膜的光栅，通过水分子的OH伸缩振动系数，可评价液膜厚度的变化情况。

4 结论

泡沫型洗净剂具有比液体型高效起泡并稳定泡沫。

改进泡沫性能，提高洗净剂的洗净力、杀菌力和调理性等机能是现阶段泡沫洗净剂的主要技术特点。今后，要加强泡沫表面与肌肤相互作用及泡沫膜中有效目标成分引入性的研究，为泡沫洗净剂增加特殊的机能，从而实现个人清洁护理用品的高附加值化，充分满足消费者的实际需求。产品更优异的舒适感和肌肤温和性。在经过气体分散后，个人清洁护理用洗净剂更易于发挥其清洁性能。由于洗净剂的起泡性和稳定性受泡沫膜表面的界面吸附速度和表面黏性、疏水性相互作用等物化特性的支配，通过适当的容器和配方技术，可以实现快速

萧越编译自Fragrance Journal，2009.11，作者单位：日本狮子公司。