功能性聚二甲基硅氧烷共聚醇的结构、性质及应用

高志红，裘炳毅

（华南师范大学实验中心，广东广州，510006）

功能性聚二甲基硅氧烷共聚醇的结构、性质及应用

高志红，裘炳毅

（华南师范大学实验中心，广东广州，510006）

介绍了聚二甲基硅氧烷共聚醇的结构、性质特点及其在个人护理品方面中的应用。

聚二甲基硅氧烷共聚醇；结构；性质；应用；个人护理品

聚硅氧烷衍生物自20世纪90年代开始在化妆品洗涤用品和个人护理品配方中使用，至今已在香波、护发素、各类护发品和彩妆化妆品方面获得十分广泛的应用，它们独特的物理化学性质不仅非常有效地调理和保护了头发和皮肤，而且改善了产品的感观特性，同时使用时无毒无刺激[1-2]。

1　聚二甲基硅氧烷共聚醇的结构

聚二甲基硅氧烷是二甲基硅氧烷重复单元组成的杂化无机-有机均聚物，即聚合物由每个硅原子带有二个甲基（-CH3）的一个无机硅氧烷骨架（-Si-O-）组成[3]，其中硅原子可接受不同的取代基团，和硅氧烷骨架有不同的结构组合，从而衍生出有不同性质和功能的庞大的衍生物体系。聚氧乙烯/聚氧丙烯-n/m聚二甲基硅氧烷（PEG/PPG-n/m Dimethicone）就是这个体系中的一小部分[4]。

聚氧乙烯/聚氧丙烯-n/m聚二甲基硅氧烷（PEG/PPG-n/m Dimethicone）是含有聚氧乙烯聚氧丙烯基团的聚二甲基硅氧烷共聚醇（Dimethicone Copolyol，简称DMC），根据取代基团的位置，其化学结构（图1）可分为：支链型（或称梳型），ABA型和AB型。

图1　PEG/PPG-n/m 聚二甲基硅氧烷的化学结构

2　聚二甲基硅氧烷共聚醇的化学结构分析、性质及应用

从PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷的化学结构可看出，乙氧基-丙氧基（n/m）的位置和数目、a值（图2中D的数目）和b值（图2中D*的数目）比值、端基种类等都影响其性质，这也是构成此类化合物性质多样性的原因[5]。

2.1结构式中a与b的比例与性质及应用相关性

PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷的水溶性由其分子结构中的a和b的比值决定。如果a与b的比值太小，尽管结构中含有EO（乙氧基）基团，其性质依然是不溶于水的。能够溶于水的b最小单位数用下式表示：b =（0.17）（a实际的单位数）+1，这也解释了为什么能够溶于水的、有用的PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷数量那么有限的原因。表1列出根据上述公式得出的a与b的比例与溶解性的关系。另外，其性质直接与分子量大小相关。低分子量的PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷倾向于润湿表面渗透入组织，具有优异的润湿性能，随着分子量提高，润湿性能逐渐消失，调理性能及乳化性能成为主导。

PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷另一有趣的功能是它们可将水带入油相。即使本身是水不溶性的，也具有这功能。实验时将2g受试DMC溶于100g异丙醇中，在不断搅拌情况下，慢慢地加入去离子水直至出现混浊，记录至浑浊时所需的水量，可获得PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷容忍的水量，图2示出几种DMC对水的容忍度实验结果，（其中D的数目代表图1中的a值，D*的数目代表b值，M代表端基为三甲基硅氧烷）[5-6]。利用这性质可将少量水加入到含颜料的彩妆化妆品和唇膏中，改善产品的肤感。

图2　几种DMC对水的容忍度试验结果

2.2结构式中m与n的数值与性质及应用的相关性

当结构单元b中只含有8mol的EO(n)，不含PO(m)时，被称为PEG-8聚二甲基硅氧烷，常用作发用及皮肤的调理剂。表2列出PEG-8聚二甲基硅氧烷系列中不同a/b单元与分子量、浊点、润湿性、临界胶束浓度（CMC）、表面张力、溶解性的关系。

表1　a与b比例与PEG / PPG-n / m聚二甲基硅氧烷溶解性的关系（10%水溶液）

表2　PEG-8聚二甲基硅氧烷系列性质

PEG-n系列中常见的物质还有PEG-3聚二甲基硅氧烷（发用及皮肤调理剂）、PEG-6聚二甲基硅氧烷（润滑剂、增塑剂）、PEG-7聚二甲基硅氧烷（成膜剂）、及用作发用及皮肤调理剂的PEG-9、PEG-10、PEG-12、PEG-14、PEG-17聚二甲基硅氧烷。如PEG-12聚二甲基硅氧烷（PEG-12 Dimethicone）为半透明黄至棕色液体，浊点95～100℃，可做乳化剂、起泡剂、润湿剂、增塑剂、保湿剂、润肤剂，与大多数化妆品原料配伍，在体系中低用量就可降低表面张力，并能产生稠密稳定的泡沫，且赋予头发柔软润滑的感觉。又由于它溶于水、乙醇和水-醇系统，在水系统中十分稳定，也常用于发胶和其他免洗护发产品、香波、护肤乳液、剃须皂，也适用于系列汽车和家用清洁产品，玻璃清洁防雾剂等。

表3　PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷及其复配物的性质和应用

当结构中b单元只含有PO(m)，不含有EO(n)， 则被称为PPG-m聚二甲基硅氧烷，市场可见的有PPG-2、PPG-12、PPG-27聚二甲基硅氧烷，这类表面活性剂的极性和亲水性更强，用于化妆品配方中减弱亲脂性、有非离子调理剂的作用。如PPG-2聚二甲基硅氧烷（PPG-2 Dimethicone）为琥珀色液体，溶于乙醇和异丙醇。可做悬浮剂、润肤剂，用于彩妆、唇部化妆品、抑汗/祛臭制品，特别适用于洗发护发产品，赋予头发柔润的感觉，并且在染发产品中起着良好的固色作用。

2.3与其他溶剂复配的性质及应用

PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷也可与其他聚二甲基硅氧烷或溶剂复配使用，起协同作用。表3列出3种PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷产品及复配物的性质和应用。

3　结语

目前市场上出现了宣称无需硅油的个人护理产品，但基于聚二甲基硅氧烷共聚醇的性质，其在个人护理品中的应用依然有广泛的目标市场需求。

[1] Förster T. Cosmetic Lipids and the Skin Barrier [M].New York: Marcel Dekker. Inc., 2002:255-271.

[2] Sun J.Z，Parr J.W，Travagline D. Stable Conditioning Shampoos Containing High Molecular Weight Dimethicone[J]. C & T, 2002, 117(11): 41-46.

[3] Fevola M.J. Ingredient Profile: Dimethicone[J]. C & T, 2012, 127(4): 252-258.

[4] Dietz T. A Novel Silicone-based O/W Emulsifier with Skin Smoothing Sensation[J].C & T, 2002, 117(5): 71-81.

[5] O'Lenick A.J. Silicones for Personal Care [M].Garol Stream: IL 60188-2787 USA,Allured Publishing Corp, ,2003: 41-53.

[6] Newton J，Postiaux S，Stoller C，etc.Silicone-Based Vesicle Delivery Systems[J].C & T, 2004, 119(12): 53-60.

Structure, Property and Application of Functional Dimethicone Copolyol

Gao Zhihong，Qiu Bingyi
(Research Center, South China Normal University, Guangzhou, Guangdong, 510006)

Structure, property and application of dimethicone copolyol in the personal care products are introduced.

dimethicone copolyol；structure；property；application；personal care products

TS03；TQ658

A

1672-2701（2016）10-56-05

高志红女士，理学硕士-工学硕士，高级实验师，主要从事仪器分析、精细化工产品质量分析及研发工作。E-mail:jxhg@scnu.edu.cn。