月桂酰甲基羟乙基磺酸钠在清洁产品中的性能研究

姜铭汉 王 凯 王亚如

1.上海兆衡实业有限公司，上海，200233;

2. 英诺斯派化学品（上海）有限公司广州分公司，广东广州，510623

随着消费者对个人清洁产品的要求提高和对化妆品配方的了解越发深入，“无硫酸盐”概念越来越受到消费者重视。硫酸盐类表面活性剂在个人清洁产品中的应用非常广泛，常见的硫酸盐类表面活性剂有月桂醇硫酸酯钠（SLS）和月桂醇聚醚硫酸酯钠（SLES），其主要问题是刺激性较强且SLES可能存在二口恶烷残留问题[1]。现在市面上宣称无硫酸盐的阴离子表面活性剂主要有皂基类，α-烯烃磺酸盐（AOS）以及氨基酸盐为代表的温和表面活性剂等。

皂基类表面活性剂在世界范围内具有悠久的使用历史，其洗后清爽、洁净的肤感深受消费者喜爱。皂基类表面活性剂的主要问题是不耐硬水，且刺激性接近硫酸盐表面活性剂[2]。α-烯烃磺酸盐（AOS）同样具有与硫酸盐类表面活性剂接近的刺激性[3]，而且合成过程中会形成有害的中间产物磺内酯[4]，不同厂家对其控制的差异导致品质良莠不齐。氨基酸表面活性剂通常具有低刺激性、发泡性能好、原料来源广泛、与阳离子聚合物兼容性良好等优势[5-6]，但因其分子结构中亲水基团较大，易形成球状胶束而难增稠，通常需要额外加入增稠剂帮助配方建立黏度[7]；也因其结构中同时具有氨基和羧基，其水溶性会随着pH值发生变化，导致制备透明配方时有一定限制。

针对现阶段非硫酸盐表面活性剂缺陷，INNOSPEC公司研发了温和的阴离子表面活性剂月桂酰甲基羟乙基磺酸钠（商品名ISELUX），已在2021年12月成功备案为化妆品新原料，是新法规下第6个备案成功的新原料，也是第2个进口原料，分子结构如图1。其作为传统温和表面活性剂椰油酰羟乙磺酸酯钠（SCI）的升级产品，不但具有SCI原有的绿色环保、易于生物降解、对皮肤温和低刺激、泡沫性能较好等优势，亲水基中的支链甲基还显著提升了产品的水溶性[8-9]，在国外市场上已被广泛应用于成人及婴童洗发、沐浴和洁面产品中，但在国内市场作为一款新原料，应用并不多。现阶段，关于其在个人清洁配方中性能特点的公开报道文献较少，故本文在增稠能力、透明度、去污力三个方面对其性能进行了研究并与几种常见氨基酸表面活性剂进行对比，为相关配方的开发提供参考。

图1 月桂酰甲基羟乙基磺酸钠

1 实验部分

1.1 仪器和原料

1.1.1 实验仪器

电子天平（CP2102，奥豪斯）；搅拌器（IKA RW 20，IKA）；pH剂（ST3100，奥豪斯）；电热恒温水浴锅（HWS-12，上海一恒）；黏度计（DV-1，Brookfield）；立式去污试验机（RHLQ Ⅲ型立式去污测定机，中国日用化学工业研究院）；分光光度计（Ultra Scan VIS，HunterLab）。

1.1.2 实验原料

月桂酰甲基羟乙基磺酸钠[I S E L U X，INNOSPEC，80%（w/%）]；甲基椰油酰基牛磺酸钠[Pureact WSCONC，INNOSPEC，30%（w/%）]；椰油酰胺丙基甜菜碱[Chembetaine CAD，Lubrizol，30%（w/%）]；月桂酰肌氨酸钠[APLS-30，Lubrizol，30%（w/%）]；椰油酰羟乙磺酸酯钠[Pureact I-78C，INNOSPEC，80%（w/%）]；月桂醇聚醚硫酸酯钠[Texapon N70，BASF，70%（w/%）]；椰油酰谷氨酸二钠[Amisoft ECS22SB，味之素，30%（w/%）]；苯氧乙醇和辛甘醇[Neolone PHCG，LanXess，100%（w/%）]；氯化钠（国药，AR）；EDTA二钠（国药，AR）；柠檬酸（国药，AR）；氢氧化钠（阿拉丁，AR）；皮脂污布（JB-03，山西日化学院）；椰油酰氨基丙酸钠[YB02-30，普济，30%（w/%）]；椰油酰甘氨酸钾[YC03H-95，普济，95%（w/%）]；月桂酰甲基氨基丙酸钠[ALANINATE LN-30，日光，30%（w/%）]；椰油基葡糖苷[Pureact Gluco C，INNOSPEC，50%（w/%）]；氯化钙（国药，AR）；氯化镁（国药，AR）。

1.2 实验方法

1.2.1 黏度

加入8%（w/%）活性物含量的阴离子主表面活性剂与4%（w/%）椰油酰胺丙基甜菜碱比例，调节pH值至6，分别加入0、0.5%、1%、1.5%、2%、3%、4%（w/%）氯化钠后用黏度计测试黏度。具体配比见表1。

表1 黏度测试配方表（w/%）

1.2.2 透明度

6%（活性物含量）阴离子表面活性剂水溶液pH值分别调节至5、6、7、8，放置于室温和4 ℃，1 d后观察其透明度。具体配比见表2。

表2 透明度测试配方表（w/%）

1.2.3 去污力

参考GB/T 13174—2008《衣料用洗涤剂去污力及循环洗涤性能的测定》[10]，将皮脂污布剪裁为6 cm×6 cm大小的试片，取四个点测试白度，记录并计算平均值。配制2500ppm硬水：用去离子水将16.70 g氯化钙和20.37 g氯化镁稀释至10 L。配制表面活性剂溶液：0.05%表面活性剂（活性物含量），100 g 2500ppm硬水，用去离子水稀释至1 L，具体配比见表3。倒入立式去污机对应的浴缸中。向各浴缸分别投入6片测试过白度的试片，120 r/min搅拌速度下洗涤20 min后用1.5 L自来水漂洗30 s，脱水、晾干后测试白度。计算洗涤前后白度的差值。

表3 去污力测试配方表（w/%）

2 实验结果和讨论

2.1 黏度

图2为椰油酰胺丙基甜菜碱分别与不同的主表面活性剂复配后，盐用量对黏度影响的曲线。通常情况下，少量盐作用下即可达到较高黏度意味着对应的表面活性剂容易增稠。

图2 盐-黏度曲线

由图2可知，SLES、月桂酰甲基羟乙基磺酸钠和椰油酰羟乙磺酸酯钠可用少量（低于1%w）盐增稠至5000 mPa·s以上；甲基椰油酰基牛磺酸钠和椰油酰甘氨酸钠需要较多盐（高于3%w）才能增稠至5000 mPa·s以上，其中甲基椰油酰基牛磺酸钠能达到12 500 mPa·s；月桂酰肌氨酸钠、椰油酰氨基丙酸钠和月桂酰甲基氨基丙酸钠无法增稠至5000 mPa·s，其最高黏度分别仅为0 mPa·s、460 mPa·s和2420 mPa·s。

无机盐增稠表面活性剂体系的机制及不同表面活性剂体系间的差异可以通过临界排列参数理论解释。该理论认为胶束形态与表面活性剂分子的三个参数密切相关：表面活性剂极性基团占据的最小面积ao，表面活性剂疏水尾链的体积v，表面活性剂疏水尾链完全伸展时的长度lc。将这三个参数综合考虑，得到临界排列参数P，P＝v/aolc。P值与胶束形态关系为：P＜1/3形成球状胶束，1/3≤P≤1/2形成棒状胶束，1/2≤P≤1形成囊泡和层状胶束，P＝1形成层状胶束或液晶，P＞1形成反胶束[11]。通常情况下，球状胶束黏度较低而棒状胶束黏度较高。无机盐中的反离子会压缩胶束双电层，降低亲水基面积ao，从而使临界排列参数P值升高。不同的初始P值导致各体系加入无机盐后的黏度变化情况出现差异。

根据图2推测，未加盐时各体系均为球状胶束状态，即P值＜1/3，但SLES、月桂酰甲基羟乙基磺酸钠和椰油酰羟乙磺酸酯钠体系的P值高于其他表面活性剂体系且接近1/3，故少量的盐即可帮助形成棒状胶束，使黏度明显上升。

2.2 透明度

观察室温状态下，pH值分别处于5、6、7、8时6%w活性物含量表面活性剂水溶液透明度，并拍摄照片。其结果见表4。

表4 透明度结果图片（室温）

由表4可观察到，室温状态下，月桂酰甲基羟乙基磺酸钠、月桂酰肌氨酸钠、椰油酰谷氨酸二钠、甲基椰油酰基牛磺酸钠在pH值为5～8时均透明无析出；月桂酰甲基氨基丙酸钠pH值为5时析出，椰油酰甘氨酸钠pH值为5、6时有析出，椰油酰氨基丙酸钠pH值为5～7时出现不同程度的不透明现象。

观察4 ℃状态下，pH值分别处于5、6、7、8时6%w活性物含量表面活性剂水溶液透明度，并拍摄照片。其结果见表5。

表5 透明度结果图片（4 ℃）

由表5可观察到，4 ℃状态下月桂酰甲基羟乙基磺酸钠和月桂酰肌氨酸钠在pH值为5～8时均透明无析出；椰油酰谷氨酸二钠在pH值为5时有少量析出沉淀，在pH值为6～8时透明；月桂酰甲基氨基丙酸钠在pH值为5、6时不透明，pH值为7、8时透明；椰油酰甘氨酸钠和椰油酰氨基丙酸钠在pH值为5～7时均有不同程度析出或不透明现象；甲基椰油酰基牛磺酸钠在pH值为5～8时均不透明。

通过表4和表5可以发现，月桂酰甲基羟乙基磺酸钠和月桂酰肌氨酸钠容易制备透明配方，温度和pH值对其透明度影响较小，而其他常见的氨基酸表面活性剂制备透明配方会有一定限制。

2.3 去污力

使用0.05%w活性物含量的表面活性剂水溶液清洗皮脂污布，洗涤前后白度的差值如图3。数值越高说明洗涤前后白度差值越大，即表面活性剂对皮脂的去污力越强。

图3 表面活性剂对皮质的去污力

由图3可见，按照去污力强弱可大致分为三组：去污力较强的表面活性剂为SLES、甲基椰油酰基牛磺酸钠和月桂酰甲基羟乙基磺酸钠，其中SLES具有最强的皮脂去污力，甲基椰油酰基牛磺酸钠和月桂酰甲基羟乙基磺酸钠稍弱于SLES但强于其他温和表面活性剂；去污力中等的表面活性剂按照去污力强至弱排序依次为椰油基葡糖苷、椰油酰羟乙磺酸酯钠、椰油酰甘氨酸钠、椰油酰谷氨酸二钠、月桂酰肌氨酸钠、椰油酰甘氨酸钾；去污力较弱的为椰油酰氨基丙酸钠和月桂酰甲基氨基丙酸钠。

3 结论

月桂酰甲基羟乙基磺酸钠很容易在椰油酰胺丙基甜菜碱和少量盐的协同下建立黏度，常见的氨基酸类表面活性剂通常需要添加较多的盐才能达到较高黏度，部分氨基酸表面活性剂即使加入大量盐也难以增稠；月桂酰甲基羟乙基磺酸钠的水溶液在pH值为5～8时均具有高透明度，而氨基酸类表面活性剂中除月桂酰肌氨酸钠外均有不同程度的不透明或析出现象；月桂酰甲基羟乙基磺酸钠具有很好的去污力，实验发现其去污力接近SLES和甲基椰油酰基牛磺酸钠，明显强于其他常见氨基酸表面活性剂。通过以上性能对比发现，月桂酰甲基羟乙基磺酸钠是一款可以同时满足易增稠、易做透明配方的要求且去污力强的温和表面活性剂，为无硫酸盐清洁配方的制备提供了便利。