椰油酰甲基牛磺酸牛磺酸钠的性能研究

陈 梅 李真真 许明力

科莱恩化工科技（上海）有限公司，上海，201108

近年来，敏感肌人群越来越多，人们对温和型清洁产品的需求越来越多。目前，市面上常用的温和表面活性剂按照亲水端的不同，可以分为肌氨酸型、甘氨酸型、谷氨酸型、羟乙基磺酸钠型、甲基牛磺酸型等。不同的亲水端，对表面活性剂的性能影响比较大，比如水溶性、泡沫性能、冲洗感、洗后的肤感等。肌氨酸型表面活性剂，市面上以月桂酰肌氨酸钠为主。这种表面活性剂水溶性比较好，相对容易增稠，泡沫丰富，洗感偏清爽，非常适合透明型产品，比如洗发水、沐浴露等[1-3]。甘氨酸型表面活性剂，市面上以椰油酰甘氨酸钠或钾为主，洗感与皂基比较接近，很容易冲洗干净，但是洗后没有皂基的紧绷感，主要用来做洁膏型或慕斯剂型的产品[4-6]。谷氨酸型表面活性剂常见的有月桂酰谷氨酸钠、椰油酰谷氨酸钠或二钠。这种类型的表面活性剂洗后会有滋润感，对皮肤的温和性很好，在洗发、洁面、沐浴等产品中的应用比较广泛[7-9]。羟乙基磺酸钠型表面活性剂常见的是椰油酰羟乙基磺酸钠，这种表面活性剂对皮肤屏障功能的影响较小，洗后有保湿感[10]，常用来做固体剂型的清洁产品，如沐浴皂、洗发皂、洁面皂等。甲基牛磺酸型表面活性剂常见的有椰油酰甲基牛磺酸钠和月桂酰甲基牛磺酸钠等，这种类型的表面活性剂泡沫丰富，具有良好的耐油、耐硬水性能，对皮肤及毛发会有滋润感，在洗发水、沐浴露、洁面等产品中都有广泛的应用。椰油酰甲基牛磺酸牛磺酸钠是在椰油酰甲基牛磺酸钠的基础上引入牛磺酸，使之成为双牛磺酸型的温和表面活性剂。这种双牛磺酸型的表面活性剂不仅保留了单牛磺酸型优异的泡沫性能，而且具有更好的温和性[11-12]，但目前国内报道较少。

本文主要研究了椰油酰甲基牛磺酸牛磺酸钠的一些性能，包括温和性、去离子水中的泡沫性能、耐硬水性能、皮脂清洁能力及其在香波中的应用。希望给研发工程师提供一些数据基础。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

1.1.1 原料

Hostapon® CDT（椰油酰甲基牛磺酸牛磺酸钠，约30%活性物，Clariant），JR 400（聚季铵盐-10，约100%，Dow），Texapon® N70（月桂醇聚醚硫酸酯钠，约70%，BASF），Genagen® CAB LF（椰油酰胺丙基甜菜碱，约30%活性物，Clariant），Genagen® CME（椰油酰胺MEA，约100%固含量，Clariant），Genamin® PQ7 C-PF（聚季铵盐-7，约9%活性物，Clariant），Nipaguard®S C P（山梨坦辛酸酯，苯氧乙醇，1 0 0%，Clariant），柠檬酸及氯化钠（100%，国药）。

1.1.2 仪器

C-MAG HS 7加热磁力搅拌器：德国IKA；ME4002E分析天平，S210 pH计：梅特勒-托利多；Eurostar60 Control 顶置式搅拌器：德国IKA；DKS22数显恒温水浴：上海精宏实验设备有限公司；DFA 100动态泡沫分析仪：德国Kruss；SK-7A毛发柔顺度测试仪：TECHNO HASHIMOTO CO.LTD.；发束类型：中国人自然发束，20 cm×5.5 cm，15 g；WSD-3C全自动白度仪：北京康光光学仪器有限公司；RHLQ Ⅲ型立式去污测定机：中国日用化学工业研究院。

1.2 测试样品配置

硬水的配制：参考GB/T 29679-2013 6.2.6.2。称取无水硫酸镁（MgSO4）3.7 g和无水氯化钙（CaCl2）5 g，充分溶解于5 000 ml蒸馏水中，得到1500 mg/kg硬水。然后用去离子水稀释，分别得到450 mg/kg、250 mg/kg及150 mg/kg的硬水。

2 结果与讨论

2.1 温和性：红细胞溶血试验和鸡胚

2.1.1 红细胞溶血试验

参照GB/T 16886.4—2003《医疗器械生物学评价 第4部分：与血液相互作用试验选择》、GB/T 16886.12—2017《医疗器械生物学评价 第12部分：样品制备与参照材料》进行测试。测试浓度为1%活性物，用柠檬酸或氢氧化钠水溶液调节至pH值为7左右。

2.1.2 鸡胚（HET-CAM）

鸡胚方法参考SN/T 2329—2009《化妆品眼刺激性/腐蚀性的鸡胚绒毛尿囊膜试验》。测试浓度为1%活性物，用柠檬酸或氢氧化钠水溶液调节至pH值为6.5左右。

化妆品及原料的温和性体外测试方法有多种。常用的包括红细胞溶血试验（red blood cell lysis assay）[13]、鸡胚绒毛尿囊膜试验（HET-CAM test）[14]、玉米醇溶蛋白试验（zein test）等。本文主要采用前两种方法来测试Hostapon® CDT的温和性。

红细胞溶血试验的主要原理是化学物质会损伤细胞膜，改变其渗透性，引起血红蛋白的漏出和变性，进而导致溶血的发生。表面活性剂主要通过破坏血红蛋白和脂质结构导致溶血现象。因此可用溶血率和血红蛋白变性指数来表明表面活性剂的温和性。溶血率、变性度越低，说明表面活性剂越温和。

由图1可知，在本测试条件下，样品Hostapon®CDT的溶血率为75%，SLES的溶血率为86%，说明样品Hostapon® CDT及SLES均具有溶血作用，但Hostapon® CDT的溶血率低于SLES及SLS，说明温和性较SLES及SLS好。

图1 pH值为6.5左右时，Hostapon® CDT的红细胞温和性

鸡胚绒毛尿囊膜试验的主要原理是利用孵化的鸡胚中期绒毛尿囊膜血管系统完整、清晰和透明的特点，将一定量受试物直接与鸡胚尿囊膜接触，作用一段时间之后观察绒毛尿囊膜毒性效应指标（如出血、凝血和血管融解）的变化，这些指标反映血管及血管网的形态结构、颜色和通透性的变化，以及反映绒毛尿囊膜蛋白质变性等现象及其受损程度[14]。

由图2可知，1%活性物浓度的Hostapon® CDT的刺激性评分较SLES低，说明Hostapon® CDT比传统的硫酸盐类表面活性剂更加温和。

图2 pH值为6.5左右时，Hostapon® CDT的HET-CAM温和性

2.2 泡沫性能

泡沫性能是用Kruss DFA 100动态泡沫分析仪测试的，包括在去离子水和硬水中的泡沫性能。具体的测试条件如下。

2.2.1 去离子水中的泡沫性能

每个样品测试3 次，求取平均值。温度：（25±1）℃。浓度：1%活性物，去离子水。光源：IR。溶液量：50 ml。转速：3 000 r/min。起泡时间：搅3 s停3 s，持续30个周期。消泡时间：15 min。

由图3可知，Hostapon® CDT在不同pH值下的泡沫总高度由高到低依次为：6.5＞5.5＞7.5＞8.5＞9.5。91 s以前是起泡阶段，以后是泡沫稳定阶段。泡沫高度下降越快，说明泡沫稳定性越差。由此可推断，Hostapon® CDT在不同pH值下的泡沫稳定性依次为：6.5≈5.5＞7.5≈8.5＞9.5。

图3 Hostapon® CDT在去离子水中、不同pH值下的泡沫性能

泡沫高度-时间图可以全面分析泡沫量和泡沫稳定性。除此之外，泡沫个数半衰期（图4）、泡沫体积变化率（图5）、泡沫个数变化率（图6）等也可以用来评估泡沫的稳定性。泡沫个数半衰期越长，泡沫体积变化率和泡沫个数变化率越小，说明泡沫越稳定。由图5可知，在弱酸性范围内，pH值为5.5和6.5时，Hostapon® CDT的泡沫体积变化率较在中性偏碱性范围内（pH值为7.5～9.5）小，说明稳定性更好。

图4 Hostapon® CDT在去离子水中、不同pH值下的泡沫个数半衰期

图5 Hostapon® CDT在去离子水中、不同pH值下的泡沫体积变化率

图6 Hostapon® CDT在去离子水中、不同pH值下的泡沫个数变化率

泡沫照片可以直观地看到泡沫大小。由图7可知，Hostapon® CDT这款表面活性剂的泡沫尺寸在相同的时间点随pH值的变化较小，但随着时间的延长，泡沫逐渐增大。

图7 Hostapon® CDT在去离子水中、不同pH值、不同时间下的泡沫大小情况

2.2.2 硬水中的泡沫性能

测试条件：温度：（25±1） ℃。浓度：1%活性物，硬水（150 ppm、250 ppm、450 ppm Ca2+、Mg2+）。光源：IR。溶液量：50 ml。转速：3 000 r/min。起泡时间：搅3 s停3 s，持续30个周期。消泡时间：15 min。

在150 ppm硬水条件下，Hostapon® CDT的泡沫-时间曲线如图8所示。其泡沫规律与在去离子水中类似，即泡沫总高度由高到低依次为：6.5＞5.5＞7.5＞8.5＞9.5。

图8 Hostapon® CDT在150ppm硬水中、不同pH值下的泡沫性能

由图9可知，Hostapon® CDT在硬水条件下、弱酸至碱性范围内的泡沫个数半衰期与在去离子水中相当，其中pH值为6.5时，双牛磺酸型表面活性剂的泡沫个数半衰期较在去离子水更长，说明双牛磺酸型表面活性剂在弱酸性pH值范围内具有更好的耐硬水性能。

图9 Hostapon® CDT在150ppm硬水和去离子水中、不同pH值下的泡沫个数半衰期对比

由图10可知，与在去离子水中类似，Hostapon®CDT的泡沫体积变化率在弱酸性范围内较小，说明耐硬水性能较好。在碱性范围内，泡沫体积变化率较大，说明泡沫性能相对较差。

图10 Hostapon® CDT在150 ppm硬水中和去离子水、不同pH值下的泡沫体积变化率对比

由图11可知，Hostapon® CDT的泡沫尺寸不论是在去离子水中，还是在硬水中，其尺寸随pH值的变化较小。

图11 Hostapon® CDT在150ppm硬水中、不同pH值、不同时间下的泡沫大小情况

由图12及图13可知，pH值为5.5时，Hostapon®CDT的泡沫高度及泡沫个数半衰期随着硬水浓度的增加而增加，说明Hostapon® CDT具有良好的耐硬水性能。另外，从泡沫高度的下降速率可知，Hostapon® CDT的泡沫稳定性在不同硬水浓度下依次为：450 ppm＞250 ppm＞150 ppm＞去离子水。这表明Hostapon® CDT具有良好的耐硬水性能。

图12 pH值为5.5时，Hostapon® CDT在不同硬水浓度下的泡沫性能

图13 pH值为 5.5时，Hostapon® CDT在不同硬水浓度下的泡沫个数半衰期

综上可知，Hostapon® CDT在广泛的pH值范围内适用。其中，在弱酸性至中性的pH值范围内，具有良好的泡沫性能及耐硬水性能。

2.2.3 与传统硫酸盐类表面活性剂SLES对比

目前，传统的硫酸盐类表面活性剂在市售洗去型产品中仍然被广泛使用。主要是因为它具有良好的泡沫性能和清洁能力。由图14可知，与传统硫酸盐类表面活性剂SLES相比，Hostapon® CDT在酸性范围内的泡沫性能，如泡沫高度，较SLES更高，且具有相当的泡沫个数半衰期，见图15。说明Hostapon® CDT的泡沫性能较SLES更优，在洗去型产品中可以用来替换或者部分替换传统SLES，不会减弱体系的泡沫性能。

图14 pH值为5.5时，Hostapon® CDT与SLES在去离子水中的泡沫性能对比

图15 pH值为5.5时，Hostapon® CDT与SLES在去离子水中的泡沫个数半衰期对比

2.3 皮脂污布清洁能力

表面活性剂对皮脂的清洁能力是通过测试对皮脂污布的清洁能力来体现的。方法参考GB/T 13174—2008《衣料用洗涤剂去污力及抗污渍再沉积能力的测定》。

测试条件为浓度：0.4%活性物，150ppm硬水，pH值为5.5，立式去污机转速120 r/min，温度40 ℃。污布为JB-03皮脂污布，裁剪为6 cm×6 cm的正方形，4片/个样品。

由图16可知，在弱酸性范围内，Hostapon®CDT的皮脂洗脱能力较传统硫酸盐SLES弱。

图16 pH值为5.5时，Hostapon® CDT与SLES在150ppm硬水中的皮脂清洁能力

2.4 在香波中的应用研究

洗发水配方制作工艺：将A相混合并搅拌至透明；将B相加热至80 ℃，混合均匀后，投入A相中，搅拌均匀；降温至室温后，将C相原料依次投入A、B相中，并调节pH值至5.5～6.0（表1）。

由图17可知，将2%活性物的SLES替换为Hostapon® CDT后，洗发水的梳理力在起泡、冲洗、湿冲及干发阶段都有所降低，并且干发阶段的静电力（图18）也较SLES体系降低，说明Hostapon® CDT具有良好的调理性。

图17 Hostapon® CDT与SLES在洗发香波中的梳理性能对比（累积3次）

图18 Hostapon® CDT与SLES在洗发香波中的干发静电性能对比（累积3次）

此外，笔者邀请10位评估专家对发束进行了干发手感评估，具体评价方法为受试者根据自己的感受，两两比较，相似各得0.5分，有明显差异则为0分和1分（好的一方得1分，差的不得分，即0分）。由图19可知，发束经CDT体系的香波处理三次后，其梳理性、顺滑度、柔软感及接受度评分均优于SLES体系，其中，顺滑度、柔软感及接受度有显著性差别。说明将Hostapon® CDT部分替代SLES后，头发的调理性有明显的改善。这点与动态梳理仪的干发梳理结果一致。

图19 Hostapon® CDT与SLES在洗发香波中的干发手感评估结果（累积3次）

3 总结

本文主要研究了椰油酰甲基牛磺酸牛磺酸钠的一些性能，包括温和性、去离子水中的泡沫性能、耐硬水性能及皮脂清洁能力。数据表明，双牛磺酸型表面活性剂比传统的硫酸盐类表面活性剂具有更好的温和性；在去离子水中，椰油酰甲基牛磺酸牛磺酸钠在弱酸性范围内的泡沫性能（包括起泡和泡沫稳定性）较在碱性范围内优秀；在弱酸性范围内，双牛磺酸型表面活性剂具有良好的耐硬水性能及皮脂清洁能力；在弱酸性范围内，与传统硫酸盐类表面活性剂SLES相比，Hostapon® CDT具有更高的泡沫高度和相当的泡沫稳定性；在香波中使用时，椰油酰甲基牛磺酸牛磺酸钠部分替代传统硫酸盐类表面活性剂，具有更好的顺滑度、柔软感和消费者接受度。

综合来说，椰油酰甲基牛磺酸牛磺酸钠作为一款阴离子表面活性剂，温和性好、泡沫量丰富、耐硬水，对于皮脂有适中的清洁力，不会造成皮脂的过度洗脱，适用于开发温和型的洗去型产品，如洗发水、沐浴露、洁面产品等。