大家應該都聽過「表活」這個詞,「表活」的全稱是表面活性劑,它是日化用品中重要的輔助原料。我們日常用的洗潔精、洗衣粉、洗衣液、肥皂等主要成分都是表面活性劑,除了這些洗滌產品,大部分化妝品中也都含有它,比如清潔類的洗面奶、洗髮水、沐浴露等,護膚類的化妝水、潤膚乳、精華液等,彩妝類的唇彩、睫毛膏等。
今天小編就帶大家認識一下這種最常見的化妝品輔助原料——表面活性劑,看看它在化妝品中都起到什麼作用。
肥皂是一種最常見且典型,也是歷史最悠久的表面活性劑,高中化學都學過肥皂的相關知識,我們先來複習一下。
肥皂的主要成分都是硬脂酸鈉,其分子式是C17H35COONa (也可以寫成RCOONa,由氫氧化鈉和鹼合油脂發生反應產生),制皂的基本化學反應是油脂和鹼相互作用生成肥皂和甘油。
肥皂去汙是高級脂肪酸鈉起作用。從結構上看,它的分子可以分為兩部分,一部分是極性的—COONa,或—COO-,它可以溶於水,叫親水基;另一部分是非極性的鏈狀的烴基—R,這一部分不溶於水,叫做憎水基。
憎水基具有親油的性質。在洗滌的過程中,汙垢中的油脂跟肥皂接觸後,高級脂肪酸鈉分子的烴基就插入油汙內。而易溶於水的羧基部分伸在油汙外面,插入水中。這樣油汙就被包圍起來。再經摩擦、振動,大的油汙便分散成小的油珠,最後脫離被洗的纖維織品,而分散到水中形成乳濁液,從而達到洗滌的目的。
了解了肥皂的結構,就很容易理解表面活性劑的特點了。表面活性劑指的是一類能夠降低液體的表面張力,或液-液,液-固相的界面張力的化合物。它是一類在分子中同時含有親水基與憎水基的有機化合物。
由於表面活性劑的這種特性,在適當濃度時,它們在水中能形成膠束:親水的頭部被水吸引朝外,親油的尾部被水排斥從而朝裡。在肥皂去油汙過程中,油漬就是被親油基團拉到膠束的內部,而整個膠束又被水帶走。如果是在油性環境中,它們又可以形成反膠束,即頭在內尾在外。
表面活性劑分子中親水基和親油基之間的大小和力量平衡程度的量,定義為表面活性劑的親水親油平衡值,即HLB值(Hydrophile-Lipophile Balance Number),也稱水油度。1949年由 W.C.Griffin 率先提出。HLB值是由分子的化學結構、極性強弱或分子中的水合作用決定的,HLB值高表示它的親水性強;反之,則表示親油性強, HLB值一般在1 ~ 40之間。親水親油轉折點HLB為10,HLB小於10為親油性,大於10為親水性。
表面活性劑種類很多,按極性基團的解離性質分類,可分為陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑和非離子表面活性劑。
①陰離子型表面活性劑是應用最廣泛的一類合成洗滌劑,它的組成和肥皂相似,溶於水時形成具有表面活性作用的陰離子。其中一端是憎水的烴基,另一端是親水基。較常見的有烷基磺酸鈉和烷基苯磺酸鈉。
②陽離子表面活性劑是指溶於水時形成具有表面活性作用的是陽離子。屬於這一類的主要為季銨鹽,還有某些含硫或含磷的化合物。
③兩性離子表面活性劑的分子結構中同時具有正、負電荷基團,在不同pH值介質中可表現出陽離子或陰離子表面活性劑的性質,常見的有卵磷脂、胺基酸型和甜菜鹼型。
④非離子表面活性劑在水中不離解,是中性化合物,其親水部分都含有羥基及多個醚鍵。不與金屬離子或硬水作用,對酸鹼也較穩定。可由醇或酚與環氧乙烷反應合成。
表面活性劑是從20世紀50年代開始隨著石油化工飛速發展與合成塑料、合成橡膠、合成纖維一併興起的一種新型化學品,是精細化工品的重要門類之一,在日常生活、工業生產和科技領域有著非常重要的作用和廣泛的應用,被譽為「工業味精」。
表面活性劑在化妝品行業應用非常廣泛,它是化妝品原料中常見的輔助原料,在化妝品中起著去汙、增溶、洗滌、潤溼、分散、發泡、消泡、殺菌、乳化、抗靜電等重要作用。
(1)去汙作用
前面我們回顧了肥皂的去汙原理,也就不難理解表面活性劑的去汙作用了,去汙作用可以說是表面活性劑降低表面張力引起潤溼、滲透、分散、乳化、增溶、起泡等多種作用的綜合結果。具有去汙作用的主要是陰離子表面活性劑,其次是非離子表面活性劑及兩性離子表面活性劑。
(2)乳化、分散作用
表面活性劑的特殊結構能夠使互不相溶的油和水兩類物質均勻地混合在一起,並形成一個相對穩定的分散體系,這個作用就稱為乳化、分散作用,當分散相為液體時,稱為乳化,當分散相為固體時,稱為分散。化妝品中以乳化體居多。例如我們常用的膏霜、乳液類護膚品中既含有油性成分,又含有大量的水分,它們已經形成了一個混合非常均勻的分散體系,即油性成分以微小液滴的形式均勻地分散在水中,或水以微小液滴的形式均勻地分散在油性成分中,前者我們稱為水包油,後者稱為油包水。
(3)起泡、消泡作用
表面活性劑分子在液膜上、下兩側的氣-液界面作定向排列。伸向氣相的碳氫鏈段之間相互吸引,使活性劑分子形成相當堅固的液膜;伸入液相的極性基團由於水化作用,具有阻止液膜流失的能力,即為起泡、穩泡作用,亦為降低表面張力的作用。同樣,若加入相反性質的表面活性劑則破壞薄膜層,而使氣泡消失,為消泡作用。
(4)增溶作用
表面活性劑能使一些不溶於或難溶於水的物質在水中的溶解度增大,使其完全溶解於水中,最終形成透明狀態,這個作用就稱為增溶作用,發揮增溶作用的表面活性劑又稱為增溶劑。通過表面活性劑的增溶作用,能使油性成分呈透明溶解狀,但通過增溶作用來溶解油性成分的量是有限的,較大量的油性成分是很難通過增溶的方式完全溶解於水中的。
(5)潤溼及滲透作用
當表面活性劑加入溶液體系時,由於降低了表面張力,使其潤溼角θ變小,表現為液滴展開,即可使物質被水等溶劑快速潤溼或滲透,因此使用表面活性劑可以控制液、固之間的潤溼程度。
(6)殺菌作用
表面活性劑有某種程度的殺菌或抑制微生物的作用,其原理在於它們與細菌生物膜蛋白質的強烈相互作用使之變性或失去功能。表面活性劑的殺菌作用其中尤以陽離子表面活性劑和兩性離子表面活性劑為代表。
(7)抗靜電作用
表面活性劑的抗靜電原理為通過表面活性劑上的極性基團與物體表面作用中和物體表面電荷,或在物體表面形成一層分子膜,分子膜的作用為兩種:①有機親油基形成的分子膜通過減少材料間的摩擦疏散電荷;②極性親水基形成的分子膜通過形成表面親水性消除靜電。表面活性劑的抗靜電作用主要用於改善毛髮外觀,以陽離子型表面活性劑為主。
表面活性劑還具有其他方面的作用,如柔軟、緩釋、穩泡等等。
化妝品中常用的表面活性劑主要品種和用途如下表所示:
化妝品中常用的表面活性劑
表面活性劑的用量雖小,但其在化妝品原料體系中起著非常重要的作用,通過這篇文章系統了解表面活性劑的知識,你是否對化妝品的原料溝通有了更深入的認識呢?