磺基琥珀酸酯鹽的配方研究

李伏益 史立文 鐘 凱 雷小英 劉煒康 毛雪彬 洪 鄭

（1.贊宇科技集團(tuán)股份有限公司，浙江杭州，311300；2.浙江省贊宇表面活性劑重點(diǎn)企業(yè)研究院，浙江杭州，311300）

磺基琥珀酸酯鹽是一種性能優(yōu)異的陰離子表面活性劑，其具有良好的乳化性、潤(rùn)濕性和滲透性等特點(diǎn)，故廣泛用于日用化工、涂料、印染、農(nóng)藥、礦山、造紙、皮革、感光等領(lǐng)域[1]。磺基琥珀酸酯鹽是始于1939年由美國(guó)開(kāi)發(fā)以商品的形式出現(xiàn)在合成表面活性劑市場(chǎng)[2]，早期所開(kāi)發(fā)的主要是雙酯二辛基琥珀酸酯鈉，由于其具有優(yōu)良的表面性能，其作為滲透劑和分散劑被廣泛應(yīng)用；在20世紀(jì)80年代中期這類(lèi)表面活性劑不論在產(chǎn)品的數(shù)量還是種類(lèi)上都有巨大的突破，單酯二鈉鹽因其良好的溫和性、潤(rùn)濕性和對(duì)皮膚的低刺激性、低毒性，也被廣泛應(yīng)用于日用化學(xué)品如護(hù)膚護(hù)發(fā)的化妝品、浴用品、香波、洗滌劑等[3]。根據(jù)Transparency Market Research最新發(fā)布的一份名為“2015—2023年磺基琥珀酸酯市場(chǎng)—全球行業(yè)狀況、規(guī)模、市場(chǎng)份額、增長(zhǎng)、趨勢(shì)分析及預(yù)測(cè)”的報(bào)告顯示全球磺基琥珀酸酯表面活性劑市場(chǎng)在2013年的市值為2.715億美元，預(yù)計(jì)到2023年，將達(dá)到4.462億美元，2015—2023年間的復(fù)合增長(zhǎng)率為5.3%。此外這類(lèi)表面活性劑具有合成工藝簡(jiǎn)單、無(wú)三廢、價(jià)格低、不需要較大的基建投資、生物降解性好、抗硬水能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，促使人們對(duì)其進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)，故其發(fā)展應(yīng)用前景廣闊。

本文主要研究了以磺基琥珀酸酯鹽為主表活的浴液配方和潔面膏基礎(chǔ)配方應(yīng)用研究，通過(guò)外觀、穩(wěn)定性、黏度、泡沫等評(píng)價(jià)手段對(duì)配方進(jìn)行優(yōu)化，篩選出浴液和潔面膏配方。解決了氨基酸增稠困難等問(wèn)題，對(duì)指導(dǎo)日化基礎(chǔ)配方應(yīng)用以及氨基酸配方應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的理論和實(shí)際指導(dǎo)意義。

1 . 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料與儀器

磺基琥珀酸酯鹽，w=50%，實(shí)驗(yàn)室自制；椰油酰丙氨酸鈉（SCA），w=30%；椰油酰胺丙基甜菜堿（CAB-30），w=30%；脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES（N2EO）），w=70%；烷基糖苷（C1214APG），w=50%；椰油酸單乙醇酰胺（CMEA）均來(lái)自于贊宇科技集團(tuán)股份有限公司；甘油，分析純，杭州油脂化工有限公司；氯化鈉（NaCl），分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水。

電子天平，奧豪斯國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司；pH計(jì)，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；黏度計(jì)，美國(guó)BROOKFIELD；R-2000動(dòng)態(tài)泡沫測(cè)試儀，德國(guó)SITA；恒溫水浴鍋。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 黏度測(cè)定

測(cè)試前將樣品置于25 ℃下恒溫24 h，然后選擇合適的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)速，使用黏度計(jì)進(jìn)行測(cè)試。

1.2.2 泡沫測(cè)定

用150 mg/kg的硬水配制樣品質(zhì)量濃度為0.02%的溶液，用自動(dòng)泡沫儀測(cè)定樣品溶液的發(fā)泡力及泡沫衰減曲線(xiàn)。儀器參數(shù)設(shè)定為：進(jìn)液量250 ml，轉(zhuǎn)速1000 r/min，攪拌次數(shù)40次，間隔10 s/次，衰減曲線(xiàn)測(cè)量時(shí)間10 min，測(cè)量間隔為1 min。

1.2.3 穩(wěn)定性測(cè)試

（1）熱儲(chǔ)穩(wěn)定性：將樣品放置于401 ℃的恒溫箱中24 h后，取出恢復(fù)至室溫，觀察樣品有無(wú)分層現(xiàn)象，與原樣對(duì)比，有無(wú)明顯差異。

（2）冷藏穩(wěn)定性

浴液配方：將樣品放置于-51 ℃的冰箱中24 h后，取出觀察樣品有無(wú)沉淀出現(xiàn)，恢復(fù)至室溫后與原樣對(duì)比，有無(wú)明顯差異。

潔面膏配方：將樣品放置于-81 ℃的冰箱中24 h后，取出觀察樣品有無(wú)沉淀出現(xiàn)，恢復(fù)至室溫后與原樣對(duì)比，有無(wú)明顯差異。

2 . 產(chǎn)品配方設(shè)計(jì)優(yōu)化及性能測(cè)試

2.1 浴液配方設(shè)計(jì)及優(yōu)化

本項(xiàng)目以磺基琥珀酸酯鹽表面活性劑為主表活進(jìn)行基礎(chǔ)配方開(kāi)發(fā)，選用公司自生產(chǎn)的脂肪醇磺基琥珀酸酯鹽AEMES為主表活，與椰油酰胺丙基甜菜堿CAB、烷基糖苷APG、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉AES這些綠色表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，配方設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 浴液配方設(shè)計(jì)表

由于配方體系的黏度較低，需要通過(guò)添加增稠劑來(lái)進(jìn)行增稠，選用了氯化鈉、羥丙基甲基纖維素HPMC、椰油脂肪酸單乙醇酰胺CMEA、甲基葡萄糖三油酸酯PEG-120以及季戊四醇四硬脂酸酯PEG-150來(lái)作為增稠劑，分別應(yīng)用于配方體系中，樣品的外觀情況統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 不同增稠劑對(duì)體系增稠性能

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：HPMC不適用于透明型產(chǎn)品的增稠，會(huì)影響產(chǎn)品透明度，而且HPMC增稠在低溫條件下會(huì)出現(xiàn)凝膠狀態(tài)；使用CMEA能夠?qū)ξ覀兯芯康捏w系進(jìn)行增稠，需要添加量至3%才能達(dá)到增稠效果，且產(chǎn)品在低溫下放置時(shí)呈乳白色牛奶狀；使用PEG-120作為增稠劑時(shí)，需要添加量2%以上才有增稠效果，但在低溫下渾濁。因此，選擇以PEG-150作為配方的增稠劑，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定PEG-150的添加量為1.5%，增稠效果好，且低溫透明。選用表1中配方10作為基礎(chǔ)配方，分別加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG-150的配方黏度如表3所示。

表3 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PEG-150對(duì)體系黏度的影響

由表3可以看出，隨著PEG-150質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，樣品的黏度會(huì)逐漸增加，說(shuō)明PEG-150與體系的協(xié)同作用明顯；在PEG-150加入達(dá)到1%以上時(shí)，配方體系的黏度呈現(xiàn)倍數(shù)上升，但是配方體系的黏度不是越大越好，黏度過(guò)大，產(chǎn)品配方流動(dòng)性差且易凝膠；綜上所述，該浴液配方增稠劑PEG-150的加入量在1.2%~1.5%之間（表4）。

表4 優(yōu)化后的浴液配方設(shè)計(jì)表

將樣品在25℃恒溫水浴中放置24h后，對(duì)樣品的黏度進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如表5所示。

表5 浴液產(chǎn)品黏度

將a1、a2、a3、a4、a5號(hào)樣品置于40 ℃和-5℃條件下24 h，取出恢復(fù)至室溫觀察樣品與初始狀態(tài)下的對(duì)比情況，結(jié)果如表6所示。

表6 樣品的高低溫穩(wěn)定性

由表6可以看出，a1、a2、a3、a4、a5號(hào)樣品的高低溫穩(wěn)定性都是恢復(fù)至室溫?zé)o分層現(xiàn)象，說(shuō)明其穩(wěn)定性好。

對(duì)表4中樣品的泡沫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，用150 mg/kg的硬水配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%的不同配方樣品的溶液，用動(dòng)態(tài)泡沫儀測(cè)定起泡及穩(wěn)泡性能，測(cè)試結(jié)果如圖1～圖4所示。

圖1 浴液產(chǎn)品在25℃下發(fā)泡性能

圖2 浴液產(chǎn)品在25 ℃下穩(wěn)泡性能

圖3 浴液產(chǎn)品在40 ℃下發(fā)泡性能

圖4 浴液產(chǎn)品在40℃下穩(wěn)泡性能

通過(guò)泡沫性能測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)，5號(hào)配方體系的發(fā)泡力均較好，泡沫的總體積均在500ml以上；在25℃下，樣品發(fā)泡力最好的一號(hào)是a5，由于a5號(hào)的活性物含量最高，所以發(fā)泡力最好；在40℃下，5號(hào)樣品的發(fā)泡力差別不大，而且最高發(fā)泡體積基本上都在550ml以上，發(fā)泡力較好，這是由于在40℃下泡沫的體積達(dá)到極限了，所以5號(hào)配方的泡沫總體積基本相同，說(shuō)明該浴液配方在40℃可以較好使用。

2.2 潔面膏配方設(shè)計(jì)及優(yōu)化

由于磺基琥珀酸酯鹽在常溫下為膏狀，去污性好，性能溫和，凍點(diǎn)高，極易適合用在潔面膏的配方體系中，故本文以磺基琥珀酸酯鹽表面活性劑為主表活進(jìn)行基礎(chǔ)配方開(kāi)發(fā)，選用實(shí)驗(yàn)室自制的磺基琥珀酸酯鹽為主表活，與月桂酰基丙氨酸鈉SCA、椰油酰胺丙基甜菜堿CAB、烷基糖苷APG這些綠色表面活性劑進(jìn)行復(fù)配，基礎(chǔ)配方設(shè)計(jì)如表7所示。

表7 洗面奶配方設(shè)計(jì)表

2.2.1 配方工藝

洗面奶的制備：將A相和B相分別加熱到80℃攪拌混合均勻，在攪拌情況下將B相緩慢加入到A相中，攪拌均勻30min后，降溫到45℃結(jié)膏出料。

將樣品在25℃恒溫水浴中放置24 h后，對(duì)樣品穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試，2000 r/min結(jié)果如表8所示。

表8 AEMES對(duì)配方的影響

由表可以看出磺基琥珀酸酯鹽表面活性劑加量在10%～15%，配方耐熱性能不穩(wěn)定，磺基琥珀酸酯鹽表面活性劑加量在20%~25%之間，配方穩(wěn)定性良好。

2.2.2 椰油酰胺丙基甜菜堿CAB的篩選

按照表7編號(hào)b4的基礎(chǔ)配方，分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、3%、5%的CAB，并分別編號(hào)為b5、b6、b7。根據(jù)步驟“2.2.1”制成的三種潔面乳，進(jìn)行感官測(cè)試與理化測(cè)試，選出最佳的CAB表面活性劑添加量。

由表9可以看出，b5、b6、b7號(hào)穩(wěn)定性均良好，洗凈力b6、b7號(hào)明顯好于b5號(hào)，但是b7號(hào)CAB含量過(guò)高，樣品洗完有一點(diǎn)殘留，不易洗凈。b7號(hào)樣品產(chǎn)生的泡沫體積最大最穩(wěn)定，b6、b7號(hào)泡沫穩(wěn)定程度差距不大，b5號(hào)泡沫穩(wěn)定程度較低。綜合各方面測(cè)試結(jié)果，從最優(yōu)角度考慮，本次實(shí)驗(yàn)b6號(hào)配方中的CAB含量較為合適。

表9 CAB對(duì)配方的影響

3 . 研究結(jié)論

本文研究了磺基琥珀酸酯鹽表面活性劑與其他表面活性劑（脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽AES、烷基糖苷APG、椰油酰胺丙基甜菜堿CAB）的復(fù)配，通過(guò)外觀、穩(wěn)定性、黏度、泡沫等評(píng)價(jià)手段對(duì)配方進(jìn)行篩選和優(yōu)化，篩選出浴液、洗面奶基礎(chǔ)配方，具體結(jié)論如下：

（1）浴液較好的配方為：磺基琥珀酸酯鹽為8%、烷基糖苷APG7%、椰油酰胺丙基甜菜堿CAB8%、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽AES為5%~6%、PEG-150為1.2%~1.5%，在該條件下，配方穩(wěn)定性好，浴液的黏度適中，泡沫多且穩(wěn)定。

（2）潔面膏較好的配方為：以磺基琥珀酸酯鹽為主表活，加入量為20%~25%、椰油酰胺丙基甜菜堿CAB為3%。