低雜質陽離子瓜兒膠在調理性香波中的應用趨勢

瞿欣 吳曉慧

香波的調理修復功能主要通過香波中的發用調理劑達到調理功效。發用調理劑包括陽離子聚合物，比如聚季銨鹽、陽離子纖維素、陽離子瓜兒膠、陽離子決明膠等;發用硅油類調理劑，比如氨基改性硅油、水溶性硅油等;可用于無硅洗護產品的油脂類，比如甘油、高碳醇、羊毛脂等;蛋白質類，比如絲肽，水解小麥蛋白等[1]。每個種類的調理劑都有各自獨特的作用和機理，所以通常不同調理功能的香波都采用不同種類的調理劑進行復配，然后再添加到香波中，以此達到比較好的調理效果。

陽離子瓜兒膠（瓜兒膠羥丙基三甲基氯化銨）是調理性香波中應用最廣泛的功能性調理聚合物之一。它在香波中通過過量陰離子表面活性劑的增溶作用形成透明溶液，但在清洗稀釋過程中，由于陰離子表面活性劑濃度降低，陽離子瓜兒膠析出形成絮膠，不溶于水的絮膠將會沉積陽離子瓜兒膠和被包裹其中的小粒徑硅油/油脂到頭發上[2]（圖1）。沉積的陽離子瓜兒膠、硅油/油脂可以在沖洗時改善發質，比如改善濕/干梳性發質及減少頭發纏結，修復受損頭發，使頭發表面更疏水，感覺更柔軟，以及令光澤度更好[3]等。

陽離子瓜兒膠的來源及生產工藝

陽離子瓜兒膠是從1年生豆科草本植物天然多糖瓜兒豆中衍生獲取的。天然瓜兒膠在水中的溶解速度慢、水不溶物含量高、分散性能差，而且透光率較差，通常都要經過化學改性才能應用到日化產品中。陽離子化是一種常見的化學改性方法，通過帶正電的陽離子基團引入，賦予其調理性能。瓜兒豆種子的胚乳部分富含甘露半乳聚糖（又稱瓜兒豆片），在堿性催化條件下，瓜兒豆片可以與小分子陽離子醚化劑、環氧丙基三甲基氯化銨（QUAB-151）或3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨（QUAB-188）反應制得陽離子瓜兒膠（圖2），后期再使用酸中和生產工藝過程中添加的堿，形成鹽分或灰分殘留，同時也會存在小分子陽離子醚化劑殘留。此外，目前市場上大多數陽離子瓜兒膠在生產工藝過程中會加入硼化物，以提高陽離子瓜兒膠在水中的分散性能，這樣得到的陽離子瓜兒膠還會存在硼化物殘留。不同生產廠家通過不同的洗滌純化工藝來減少陽離子瓜兒膠中的各種雜質殘留量，以滿足香波或其他化妝品應用的需求。

從上述生產工藝可以看出，陽離子瓜兒膠中的主要雜質是醚化劑、灰分和硼化物，這三種雜質的殘留量是衡量陽離子瓜兒膠品質的三個重要指標。

亞什蘭公司是陽離子瓜兒膠全球主要的供應商之一，有多款不同分子量、陽離子電荷密度的陽離子瓜兒膠（表1）。2017年，亞什蘭公司委任外部機構依照ISO9001標準對三家瓜兒膠供應商進行了兩輪SMETA和品質保障審核，均獲得了“GMP許可”評級。在生產工藝上，亞什蘭公司應用了獨特的水劑型衍生技術，相比于傳統的溶劑型生產工藝，陽離子瓜兒膠產品更加綠色、環保，天然指數（ISO）在85%以上，并獲得COSMOS認證。同時，亞什蘭公司通過定制的純化工藝，可以制備低雜質的陽離子瓜兒膠產品，在三種雜質即醚化劑、灰分及硼化物殘留量的控制上有著非常嚴格的質量把控。

醚化劑殘留量

陽離子瓜兒膠的產物中不可避免地會有各種醚化劑殘留，特別是QUAB-151與QUAB-188。這兩種醚化劑經研究發現都存在一定的致癌性和致機體突變性。在德國，這兩種醚化劑寫入了有害物質的技術法規TRGS905。相應地，國外各大日化企業都對日化用添加劑中的陽離子醚化劑殘留量提出了要求，國際大型日化企業將QUAB-151與QUAB-188殘留含量定為低于50ppm。國際日化行業公認，醚化劑殘留水平越低，其潛在毒害危險越低。隨著化妝品監督管理條例的頒布，不管從日化產品的質量控制考慮，還是從人類健康與環境安全等方面來考慮，化妝品控制并減少醚化劑殘留量都是有重要意義的[4]。

陽離子瓜兒膠中醚化劑的殘留量可以通過使用高效液相色譜儀聯用線性離子阱質譜（LC-MS）來測得[5]。由表2可知，通過定制純化工藝制備的N-Hance?3197陽離子瓜兒膠的陽離子醚化劑殘留量，比目前市售的類似分子量和電荷密度的陽離子瓜兒膠小4倍以上，因此安全性更好。

灰分殘留量

陽離子瓜兒膠中的灰分殘留是由反應后期使用酸中和生產工藝過程中添加的堿形成的。不同生產廠家通過不同的洗滌純化工藝來減少灰分雜質的殘留。在相同工藝配方條件下，洗滌工藝越科學，洗滌次數越多，則灰分含量控制也就越低，醚化劑殘留去除也更徹底。因此在分子取代度和摩爾取代度（含氮量也具有一定參考意義）基本一致的情況下，灰分含量越高，則醚化劑殘留量也相應增加;反之亦然。陽離子瓜兒膠的硫酸鹽灰分可以通過使用濃硫酸和樣品反應，并在高溫（600攝氏度）下灼燒至少6小時后測得。由表3可知，通過定制純化工藝制備的N-Hance?3197陽離子瓜兒膠的硫酸鹽灰分含量，比目前市售的類似分子量和電荷密度的陽離子瓜兒膠小4倍以上，純度更高。

硼化物殘留量

在陽離子瓜兒膠生產工藝過程中會加入硼化物以提高陽離子瓜兒膠在水中的分散性能，用硼酸交聯的目的是通過硼酸根陰離子在陽離子瓜兒膠多糖鏈之間形成鍵，使產物不能溶于水，這些鍵在堿性pH下是穩定的，在酸性條件下，與硼酸根形成的鍵消失，產物能溶于水，可以表現其增稠及調理的性能。隨著化妝品新規的頒布，從日化產品的質量控制考慮，減少硼化物殘留量有著重要的意義。

陽離子瓜兒膠的硼化物（硼酸和硼酸鹽）可以通過《化妝品安全技術規范》（2015版）中甲亞胺-H分光光度法進行測試。由表4可知，通過定制純化工藝制備的N-Hance?3197陽離子瓜兒膠的硼化物含量，比目前市售的類似分子量和電荷密度的陽離子瓜兒膠小3倍以上，純度更高。而無硼化物處理的N-Hance?BF13中的硼化物含量則更低，僅是微量殘留，為68.6（微克/克），可以滿足市場對無硼陽離子瓜兒膠的應用需求。

結論

陽離子瓜兒膠（瓜兒膠羥丙基三甲基氯化銨）是調理性香波中應用最廣泛的功能性調理聚合物之一。醚化劑、灰分及硼化物殘留量是衡量陽離子瓜兒膠品質的三個重要指標。通過定制純化工藝制備的低雜質陽離子瓜兒膠，可以同時具備高天然指數、低醚化劑、低灰分及低硼化物殘留的優點。在調理香波中應用，可以提供順滑的調理性能，廣泛適用于各種類型的發質護理，同時還能減輕因各種雜質殘留導致的頭皮負擔。