氨基酸表面活性剂及多元醇对月桂醇聚醚-6羧酸钠泡沫性能的影响

宋冬冬 董朝春

舒蕾生物科技股份有限公司研发中心，江西南昌，330000

随着生活水平的提高，洁面产品逐渐成为人们生活中不可缺少的一部分。洁面产品的类型也日益增多，包括洁面膏、洁面乳、洁面泡泡、洁面粉等，其中洁面泡泡因其丰富细腻的泡沫、便捷的使用感而深受消费者喜爱。皂基体系产品具有起泡性好、清洁力强、洗后清爽的特点，然而较强的脱脂力带来的洗后紧绷感导致了应用的局限性。氨基酸体系洁面产品因其低刺激性、洗后不紧绷等优点深受消费者欢迎[1-2]，但其清洁能力较弱，特别对于油性皮肤无法达到清除油脂的效果。何广文等[3]对皂基/氨基酸复配型洁面产品的性能进行了研究，表明皂氨型洁面产品实现了洗净力、温和性和使用感的良好平衡。

脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠是一种新型阴离子表面活性剂产品，从其化学结构上看既有皂基的羧酸结构，又嵌有聚氧乙烯醚，使其具有非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的双重表面化学性能[4-5]。李芳芳等[6]将月桂醇聚醚-6羧酸钠与皂基复配，结果表明月桂醇聚醚-6羧酸能够明显改善皂基洁面泡沫洗后的干涩肤感，促进了皂基洁面泡沫的应用。冷新建等[7]研究了常用多元醇对氨基酸洁面泡沫体系的泡沫性能的影响，结果表明不同的多元醇对氨基酸洁面的泡沫有不同影响。本文以月桂醇聚醚-6羧酸钠为主，通过复配不同的氨基酸表面活性剂及多元醇，研究对其泡沫的影响，为选择合适的搭配提供基础支持。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

月桂醇聚醚-6羧酸钠，w＝24%，上海花王化学有限公司；椰油酰甘氨酸钾，w＝30%，上海中狮科技发展有限公司；月桂酰肌氨酸钠，w＝30%，广州天赐高新材料股份有限公司；椰油酰氨基丙酸钠，w＝30%，南京华狮新材料有限公司；椰油酰谷氨酸二钠，w＝30%，上海中狮科技发展有限公司；甘油，w＝100%，P.T.Musim Mas；丙二醇，w＝100%，陶氏化学（上海）有限公司；麦芽糖醇，w＝100%，罗盖特（中国）营养食品有限公司；聚乙二醇-8，w＝100%，陶氏化学（上海）有限公司；甲基丙二醇，w＝100%，stearinerie dubois；YZ-PM型超级恒温水浴锅，上海银泽仪器设备有限公司；2151型罗氏泡沫仪，上海银泽仪器设备有限公司；C-MAG HS 7型搅拌机，德国IKA公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品的制备

将适量水和甘油混合溶解后，根据表1中的配方比例，将月桂醇聚醚-6羧酸钠分别与不同类型的氨基酸表面活性剂复配加入，搅拌均匀，制备出不同的基础配方。

表1 复配不同氨基酸表面活性剂对泡沫影响的配方

1.2.2 发泡力测试

使用罗氏泡沫仪进行泡沫高度测试。测试过程包括硬水的制备和测试。

硬水的制备：取在105 ℃烘箱中恒重4 h的无水氯化钙5 g和无水硫酸镁3.7 g，用蒸馏水溶解并定容至5 L。

测试：参考GB/T 29679—2013《洗发液、洗发膏》[8]测试方法，称取2.5 g样品，加蒸馏水900 mL溶解，再加入1 500 mg/kg硬水100 mL。用漏斗吸取部分试液，润洗泡沫仪管壁，然后移取适量试液至泡沫仪，使泡沫仪底部液面对标准刻度50 mL处，然后用200 mL定量漏斗，准确吸取200 mL试液，固定漏斗中心位置，在标准刻度位置打开漏斗旋钮，使试液流入泡沫仪底部，待试液全部流入底部，开始计时。记录试液在0 s、2 min、5 min时的泡沫高度。

1.2.3 泡沫稳定性测试

将等量的样品用相同的泡沫泵头泵出泡沫，置于同一桌面，观察不同配方的泡沫状态及变化情况，主要观察泡沫绵密程度和泡沫体积，观察时间点为0 s、2 h。

1.2.4 配方稳定性测试

配方稳定性测试是在高温（45±1）℃、常温（25±1）℃、低温（4±1）℃三种存储条件下测试样品在1个月的稳定状态。测试过程中，分别将样品置于3种条件的恒温箱中，分别存储4周，在第1天、第7天及第28天时观察样品在3种不同条件下的配方稳定状态。

2 结果与讨论

2.1 不同氨基酸表面活性剂对月桂醇聚醚-6羧酸钠性能的影响

本实验配方中月桂醇聚醚-6羧酸钠与氨基酸表面活性剂的总质量分数为15%，考察月桂醇聚醚-6羧酸钠与不同类型的氨基酸表面活性剂在不同复配比例下对泡沫高度和泡沫稳定性等性能的影响。

2.1.1 不同基酸基酸表面活性剂复配月桂醇聚醚-6羧酸钠对发泡力的影响

通过复配不同比例的氨基酸表面活性剂，研究其对发泡力的影响，实验结果见图1～图4。

图1 不同比例椰油酰甘氨酸钾对发泡力的影响

图2 不同比例椰油酰谷氨酸二钠对发泡力的影响

图3 不同比例月桂酰肌氨酸钠对发泡力的影响

图4 不同比例椰油酰氨基丙酸钠对发泡力的影响

从图中可以看出，随着椰油酰甘氨酸钾含量的增加，配方泡沫高度呈明显下降趋势，并且泡沫在5 min内变大破裂消失的速度也越快，泡沫持久性较差。椰油酰谷氨酸二钠含量增加到20%时，发泡力开始明显减弱，但相比椰油酰甘氨酸钾，5 min中内泡沫量没有明显改变，只有当含量增加至40%时，泡沫持久性会明显减弱。这可能与它们抗硬水能力较差有关[9]，硬水中的钙镁离子促使椰油酰谷氨酸二钠及椰油酰甘氨酸钾质子化，从而减弱其发泡能力。月桂酰肌氨酸钠和椰油酰氨基丙酸钠分别与月桂醇聚醚-6羧酸钠复配时，对其发泡力影响不大，并且5 min内泡沫持久性表现也较好。综上所述，月桂酰肌氨酸钠、椰油酰氨基丙酸钠与月桂醇聚醚-6羧酸钠复配优于椰油酰谷氨酸二钠、椰油酰甘氨酸钾。

2.1.2 不同氨基酸基酸表面活性剂复配月桂醇聚醚-6羧酸钠对泡沫稳定性的影响

通过使用同一泡沫泵，在相同条件下泵出同等量的泡沫，分别比较泵出泡沫的起始状态及放置2 h后泡沫状态。

图5为月桂醇聚醚-6羧酸钠复配不同比例椰油酰甘氨酸钾的结果，其中A' ～E' 分别为A～E静置2 h后的照片。由此可以看出，当配方只有月桂醇聚醚-6羧酸钠时，泵出的泡沫比较松散且伴随有大泡泡，椰油酰甘氨酸钾的加入使得泵出的泡沫变得细腻坚挺。但是随着椰油酰甘氨酸钾添加量的增多，泡沫稳定性有所下降，2 h后泡沫量减少，这也与其发泡力测试结果相一致。

图5 复配不同比例椰油酰甘氨酸钾的洁面泡沫2 h前后照片

图6为月桂醇聚醚-6羧酸钠复配不同比例月桂酰肌氨酸钠的结果，其中F' ～J' 分别为F～J静置2 h后的照片。从图中可以看出，月桂酰肌氨酸钠的加入也可以改变泡沫泵出的质地，使得泡沫细腻坚挺。并且通过比较2 h后的泡沫状态发现，随着添加量的增加，泡沫的稳定性也有逐步提升。

图6 复配不同比例月桂酰肌氨酸钠的洁面泡沫2 h前后照片

图7为月桂醇聚醚-6羧酸钠复配不同比例椰油酰氨基丙酸钠的结果，其中K' ～O' 分别为K～O静置2 h后的照片。从图中可以看出，椰油酰氨基丙酸钠的加入可以改变泵出泡沫的质地，使得泡沫细腻坚挺。但是在泡沫稳定性上没有明显改善，2 h后泡沫的变化程度基本相同。

图7 复配不同比例椰油酰氨基丙酸钠的洁面泡沫2 h前后照片

图8为月桂醇聚醚-6羧酸钠复配不同比例椰油酰谷氨酸二钠的结果，其中P' ～T' 分别为P～T静置2 h后的照片。从图中可以看出，椰油酰谷氨酸二钠的加入可以改变泵出泡沫的质地，使得泡沫细腻坚挺。随着添加量的增加，泡沫的稳定性也有所改善，当添加量在30%时，2 h后泡沫量虽有所减少但泡沫质地仍为细密小泡。

图8 复配不同比例椰油酰谷氨酸二钠的洁面泡沫2 h前后照片

综上所述，当配方只有月桂醇聚醚-6羧酸钠时，泵出的泡沫比较松散且伴随有大泡，加入氨基酸表面活性剂可以显著改善泵出泡沫的质地，使得泡沫细腻坚挺。从泡沫稳定性来看，复配不同氨基酸表面活性剂带来的效果也有所差异，复配后的配方稳定性由强到弱依次为：椰油酰谷氨酸二钠＞月桂酰肌氨酸钠＞椰油酰氨基丙酸钠＞椰油酰甘氨酸钾。目前普遍认为泡沫的衰变机制有两个，一个是液膜的排液，另一个是气体透过液膜的扩散。决定泡沫稳定性的关键因素是液膜的强度，而液膜的强度主要取决于表面吸附膜的坚固性[10-11]。氨基酸表面活性剂带有含负电荷的羧酸根，羧酸根的加入使得气泡膜两侧离子头基间的电性排斥增强，从而阻止膜变薄有利于气泡的稳定性。另外，氨基酸表面活性剂中的酰胺基团具有较强的氢键作用，能够与周围的水分子形成水化层，水化层体积增大，液膜的排液速度降低，进一步提高了泡沫的稳定性[12]。从结构上看，椰油酰谷氨酸二钠相比其他三个氨基酸表面活性剂，其结构中含有两个羧酸根，具有较强的电荷排斥力和亲水性，因此泡沫稳定性更强。月桂酰肌氨酸钠与椰油酰氨基丙酸钠在结构上相似，相比于椰油酰甘氨酸钾在酰胺基团上多了一个烷基取代，从而增大了疏水基团，疏水基团越大，分子在气液界面上的排列越紧密，小气泡中的气体穿过液膜向大气泡中扩散的越慢，从而有利于气泡的稳定性[13-14]。

2.1.3 不同比例氨基酸基酸表面活性剂复配月桂醇聚醚-6羧酸钠的配方稳定性

为了验证复配不同氨基酸表面活性剂对体系的稳定性影响，将配方分别置于不同温度条件下考察配方的稳定性，实验中各配方的样品在（25±1） ℃和（40±1） ℃条件下均为透明液体，没有异常，而在低温（5±1） ℃条件下稳定性见表2。

表2 复配不同氨基酸表面活性剂对配方低温稳定性影响

从表2中可以看出，复配不同的氨基酸表面活性剂，样品在低温条件下稳定性表现也不同。当配方只有月桂醇聚醚-6羧酸钠时，低温下样品有白色不溶物析出，样品为白色混浊状态。而当体系复配10%的月桂酰肌氨酸钠时，体系低温稳定性得到改善，低温下仍为澄清透明液体。其他氨基酸表面活性剂的改善效果也有所差异，椰油酰氨基丙酸钠需要添加至20%，椰油酰甘氨酸钾和椰油酰谷氨酸二钠则需要添加至30%才可提升低温稳定性。因此，月桂醇聚醚-6羧酸钠复配少量的月桂酰肌氨酸钠即可达到较好的低温稳定性。

2.2 不同多元醇对月桂醇聚醚-6羧酸钠泡沫的影响

本实验以月桂醇聚醚-6羧酸钠的质量分数为15%，多元醇的添加量为20%，考察不同种类的多元醇（甘油、丙二醇、甲基丙二醇、聚乙二醇-8、麦芽糖醇）在相同添加量下对体系发泡力的影响，实验配方见表3。

表3 复配不同多元醇对泡沫影响的配方

由图9可以看出，多元醇的加入并不会显著地改变体系的发泡力，在泡沫持久性上也没有很大区别。而在泡沫稳定性上，图10为月桂醇聚醚-6羧酸钠加入不同多元醇后的泵出泡沫结果，图10中U'～Z' 分别为U～Z静置2 h后的照片。从图中可以看出，空白样品及添加不同多元醇的样品，泵出的泡沫起始状态都较松散。经过2 h的放置后，空白样品的泡沫稳定性最佳，其次为添加甘油、麦芽糖醇，而添加甲基丙二醇、聚乙二醇-8、丙二醇的稳定性较差，放置后泡沫明显减少。

图9 不同多元醇对月桂醇聚醚-6羧酸钠发泡力的影响

图10 添加不同多元醇的泡沫2 h前后照片

3 结论

本文以月桂醇聚醚-6羧酸钠为研究对象，考察了不同种类的氨基酸表面活性剂在不同含量下对该体系泡沫性能的影响，以及不同多元醇对其泡沫的影响。结果表明：

（1）在体系发泡力上，月桂酰肌氨酸钠、椰油酰氨基丙酸钠与月桂醇聚醚-6羧酸钠复配优于椰油酰谷氨酸二钠、椰油酰甘氨酸钾，这可能与不同氨基酸表面活性剂的抗硬水能力有关。

（2）在泡沫稳定性上，氨基酸表面活性剂加入能够提高月桂醇聚醚-6羧酸钠的泡沫稳定性，这可能是因为氨基酸表面活性剂带有含负电荷的羧酸根，不仅增加了气泡膜两侧离子头基间的电性排斥，而且增加了水化层的体积，从而阻止膜变薄，有利于气泡的稳定性。复配后配方稳定性由强到弱依次为：椰油酰谷氨酸二钠＞月桂酰肌氨酸钠＞椰油酰氨基丙酸钠＞椰油酰甘氨酸钾。

（3）在配方稳定性上，复配10%的月桂酰肌氨酸钠即可改善月桂醇聚醚-6羧酸钠的低温稳定性，使得样品在低温下仍为透明澄清液体，而其他氨基酸表面活性剂则需添加至20%以上。

（4）不同多元醇的添加不会影响月桂醇聚醚-6羧酸钠的发泡力，而在泡沫稳定性上，添加甘油、麦芽糖醇则优于甲基丙二醇、聚乙二醇-8、丙二醇。