丙二醇单月桂酸酯的增稠性能

徐春涛(中山职业技术学院化学工程系, 广东 中山 528404)

丙二醇单月桂酸酯(简称PGM)是一种优良的非离子表面活性剂[1]，一种良好的油包水型乳化剂[2]，具有乳化、润滑、增溶、保湿和稳定性能，充气能力非常优秀，形成的泡沫轻而稳定，对热稳定、不易水解，有足够的食用安全性，在食品，化妆，制药等行业有着巨大的应用前景[3]。丙二醇酯的性质随结构中的脂肪酸的种类不同而异[4]，可得白色至黄色的固体或粘稠液体，无臭味，具有温和气味和味道[5]。不溶于水，溶于乙醇、乙酸乙酯、氯仿和其它氯化烃[6]，其性能随结构中的脂肪酸的种类不同而异[7]，可与热水经强烈振荡后乳化，为油包水型乳化剂[8]。

目前对于PGM的主要研究主要集中在食品防腐方面、乳化剂方面[9]和合成制备方面。国内外合成PGM的方法主要是直接酯化法[10-13]和醇解法[14]，还有采用环氧丙烷法[15]和酶催化法[16]。目前还没有见到关于PGM在日化产品的增稠性能的研究报道。市场上常用的日化产品增稠剂有聚乙二醇类[17]、椰油酰胺类[18]、丙烯酸类和其他一些酯类物质[19]。但是聚乙二醇类增稠剂是黄色液体影响产品外观且容易在生产中产生二恶英；椰油酰胺类产生游离胺对人体健康有影响；pH值、不同中和剂和可溶性盐对丙烯酸类盐有较大影响；酯类增稠剂对泡沫影响较大。PGM是食品级乳化剂安全环保，如果能应用于日化产品增稠，是非常理想的增稠剂[20-22]。本研究主要集中对PGM在洗涤剂和化妆品方面的增稠和乳化性能做了一定的研究，并对PGM的发泡性能、低温稳定性和相容性做了初步研究，发现PGM具有良好的增稠性能和良好的亲油性化妆品的乳化性能。

1 材料与方法

1.1 实验试剂

丙二醇单月桂酸酯(PGM)，理研维他精化食品工业(上海)有限公司；卡波-940(CAB-940)，广东国陵化工原料有限公司； 月桂醇聚醚硫酸酯盐(AES)，广东国陵化工原料有限公司；月桂醇硫酸酯钠(AS-Na)，广东联成化工原料有限公司；椰子油脂肪酸单乙醇酰胺(CME)，广东联成化工原料有限公司；十二烷基二甲基氨基乙酸甜菜碱(Betaine)，广东联成化工原料有限公司；月桂醇聚醚硫酸酯乙醇胺(AES-TEA)，广东国陵化工原料有限公司。

1.2 仪器与设备

NDJ-1旋转粘度计：上海精密仪器公司；1L真空均质乳化机：上海贝特化工有限公司；C-MAG HS10数显加热磁力搅拌器：杭州汇尔仪器设备有限公司；DHG-9245A型电热鼓风干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司；2152罗氏泡沫仪：上海耶茂仪器仪表有限公司。

1.3 实验方法

本实验采用NDJ旋转粘度计在常温下(25℃)对PGM在洗涤剂和化妆品的常用乳化体系的增稠效果进行研究[23]。采用罗氏泡沫仪对PGM在多种表面活性剂下的起泡作用进行研究[24-25]。对PGM和丙烯酸类增稠剂在不同温度下对洁肤类化妆品、护肤类化妆品、液洗类化妆品的增稠效果进行比较研究。对添加PGM的化妆品进行低温稳定性试验。

2 结果与讨论

2.1 PGM对硫酸酯盐表面活性剂和甜菜碱类表面活性剂洗涤剂的增稠效果

在相同的洗涤剂配方体系中分别添加增稠剂PGM和椰油酰胺(CME)，添加量为配方质量分数的2%，4%和6%，结果发现，PGM和CME在甜菜碱表面活性剂体系(如图1所示)，AES-TEA体系(如图2所示)，AES-Na体系(如图3所示)和AS-Na体系(如图4所示)中都具有很好的增稠性能。在相同添加量下PGM的增稠性能要好于CME，随着增稠剂质量分数的提高，粘度增大。从实验数据可以发现PGM在甜菜碱表面活性剂体系和硫酸酯盐表面活性剂体系下的洗涤剂都具有明显的增稠作用，在AES-TEA体系下增稠作用最为明显。作为研究的比较对象CME目前常用的增稠剂之一，它的缺点是CME在使用时会产生游离胺对人体健康会产生影响，而PGM可以很好的取代它。

图1 PGM在甜菜碱体系中的增稠效果Fig.1 The effect of PGM in the system of betaine thickening

图2 PGM在AES-TEA体系中的增稠效果Fig.2 The effect of PGM in the system of AES-TEA thickening

图3 PGM在AES-Na体系中增稠效果Fig.3 The effect of PGM in the system of AES-Na thicking

图4 PGM在AS-Na体系的增稠效果Fig.4 The effect of PGM in the system of AS-Na thicking

2.2 PGM在洗涤剂的表面活性剂体系下对泡沫的影响

在洗涤剂行业里，泡沫虽然与去污能力关系不大，但是消费者一直习惯性认为洗涤剂的泡沫要好才有效。那么PGM在不同表面活性剂体系的洗涤剂泡沫性能如何呢？本研究选取PGM、CME和没有添加增稠剂的三种情况下进行起泡性能的比较，并且比较了即刻起泡性能和5分钟后泡沫的高度。从图5、图6、图7和图8可以发现，PGM在甜菜碱体系、AES-Na体系和AS-Na体系中都有增泡的效果，而在AES-TEA体系中则有消泡的作用；CME在这四个表面活性剂体系中都有增泡作用，并且增泡效果要好于PGM。研究还发现5分钟后泡沫高度有小幅度下降，但是下降速度要比空白样要慢一些，说明PGM具有一定的稳泡性能。

图5 PGM在甜菜碱体系中对泡沫的影响Fig.5 Influence of PGM in betaine system on the bubble

图6 PGM在AES-TEA体系中对泡沫的影响Fig.6 Influence of PGM in AES-TEA system on bubble the bubble

图7 PGM在AES-Na体系中对泡沫的影响Fig.7 Influence of PGM in AES-Nasystem on the bubble

图8 PGM在AS-Na体系中对泡沫的影响Fig.8 Influence of PGM in AS-Na system on the bubble

2.3 PGM在洗涤剂中的低温稳定性研究

PGM在洗涤剂的增稠效果好坏还要看增稠体系在低温下是否保持稳定。本研究在不同表面活性剂体系的洗涤剂中添加3%的PGM，在3℃低温保存一定时间，观察洗涤剂是否会出现沉淀和浑浊，其结果如表1所示。在研究的的四种表面活性剂体系中，甜菜碱表面活性剂体系和AES表面活性剂体系的洗涤剂保存25天情况下，洗涤剂保持纯清透明状态。但是AS-Na表面活性剂体系的洗涤剂在低温条件下不稳定，出现浑浊现象。

表1 低温下PGM在各种表面活性剂体系下的稳定性Tab.1 Tstability of low temperature PGM in all kinds of surface active agent

2.4 PGM在化妆品中的增稠稳定性研究

丙烯酸类增稠剂是化妆品常用增稠剂之一，且效果很好，但是该类增稠剂在不同的pH值和不同的中和剂对其粘度有较大影响，而且可溶性盐存在也会对增稠体系有较大影响。本研究采用常用的丙烯酸类增稠剂卡波-940(CAB-940)与PGM在不同的化妆品中进行增稠性能比较，添加量为质量分数3%，并进行温度与粘度变化的比较研究。从图9、图10、图11和图12可以发现PGM在0～50℃范围内增稠效果可以和卡波-940一样好。如图9所示在洗面奶系列产品中在0～20℃时增稠效果要比卡波-940好，25～50℃时粘度随温度升高的波动性要比卡波-940小。在日霜中PGM的增稠效果都要比卡波-940好，如图11所示。研究还发现添加PGM增稠剂的膏体要比添加卡波-940的细腻润滑。

图9 温度对添加PGM洗面奶的粘度影响Fig.9 Effect of temperature on the viscosityof the addition of PGM Cleaning Cream

图10 温度对添加PGM洗发水的粘度影响Fig.10 Effect of temperature on the viscosity of he addition of PGM Shampoo

图11 温度对添加PGM日霜的粘度影响Fig.11 Effect of temperature on the viscosity of the addition of PGM Day Cream

图12 温度对添加PGM晚霜的粘度影响Fig.12 Effect of temperature on the viscosity of the addition of PGM Night Cream

3 结论

本项目通过对PGM在洗涤剂和化妆品的增稠性能研究发现，PGM在甜菜碱表面活性剂体系和硫酸酯盐表面活性剂体系的洗涤剂中有良好的增稠性能，并且随着PGM添加比例的加大，增稠效果越好。在于与椰子油脂肪酸单乙醇酰胺(CME)做对比研究中发现PGM的增稠性能在相同条件下要好于椰子油脂肪酸单乙醇酰胺(CME)增稠剂。在起泡性能的研究中发现，在甜菜碱表面活性剂体系和硫酸酯盐表面活性剂体系的洗涤剂中PGM具有良好起泡性能。研究还发现添加PGM的洗涤剂在低温条件下，在甜菜碱、AES-Na和AES-TEA表面活性剂体系下稳定不会变浑浊，而在AS-Na表面活性剂体系下不稳定会变浑浊。在对化妆品增稠性能的研究发现PGM在洁肤类、液洗类和护肤类化妆品中有良好的增稠性能。在与卡波-940最增稠性能对比试验中发现，在洗面奶系列产品中在0～20℃时增稠效果要比卡波-940好，25～50℃时粘度随温度升高的波动性要比卡波-940小。在日霜中PGM的增稠效果都要比卡波-940好。在化妆品中使用PGM的膏体要比卡波-940的细腻。

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