中性皂的性能与配方机理

刘伟毅

（上海制皂有限公司，上海，200331）

中性皂的性能与配方机理

刘伟毅

（上海制皂有限公司，上海，200331）

提出普通肥皂由天然油脂与氢氧化钠水溶液加热皂化而成，呈碱性，在硬水中易于形成不溶于水的钙皂或镁皂，降低洗涤力，沾污织物，附着在皮肤上，容易引发皮肤疾病。中性皂不仅洗涤能力良好，泡沫丰富，且具保湿、护肤等功能，是发展的趋势。中性皂（复合皂与合成皂）由表面活性剂改变肥皂的结构和特性，文章阐明了表面活性剂组成和配方，综合中性皂的特性、检测评估及标准要求。推荐了中性皂的工艺流程、成型工艺和设备，汇集了中性皂的发展实例、经典品牌中性皂的配方和特点。

洗涤皂；中性合成；结构；配方；洗涤能力

1 中性皂的涵义和特性

肥皂品种繁多，包括透明皂、不透明皂和半透明皂，还有些特殊基质的肥皂如皂片（shaving）、块状不透明皂(nonmarring opaque)、皂膏(cream/paste)、皂粉和皂液。

普通肥皂有两个缺点，一个是肥皂溶解在水中会释放出苛性碱，在肥皂制作过程中保留在肥皂中的碱会增加水的pH值，高pH值的香皂会影响皮肤表层的酸碱度（一般在5~6.5）。虽然皮肤对pH值的恢复能力较强，但这仍是一个负面因素；另一个缺陷是在硬水和盐水中的影响。当水质很硬或水中含有高电解质（如海水）时，肥皂和硬水中的钙镁离子会形成不溶于水的脂肪酸钙盐和镁盐，肥皂的起泡性和洗涤力会受到很大影响［1］。

2RCOONa+Mg2+→（RCOO）2Mg + 2Na+

2RCOONa+Ca2+→（RCOO）2Ca + 2Na+

此外，这些不溶性盐附着在浴缸上很难清除。同时在沐浴时附着在皮肤上，容易引发皮肤疾病。毛发等天然和合成蛋白纤维，在碱性溶液中会受到损害。丝绸、洗发、羊毛等织物适用中性皂洗涤。

表面活性剂制成的中性皂，没有上面所述的缺陷而成为皮肤病治疗时推荐的香皂，它也被称作弱酸性肥皂。

中性皂是以合成表面活性剂为主体的复合皂，不含游离碱；可以呈中性也可以调节pH值低于7的弱酸性，以解决肥皂碱性不适应问题。在各种水硬度情况下发泡和清洁均良好，而且不会形成凝乳状物或沉淀；并能与大量的添加剂兼容［2］。

制皂行业为摆脱市场日趋饱和以及肥皂品种受到其他洗涤用品冲击的困境，为了增强肥皂品种的市场竞争力，着重对皂中加入添加剂进行大量的新品开发，从而使新颖肥皂品种不断上市，加速产品的升级换代，但其总的发展特点可概括成肥皂的改性改质，注重研究皮肤的生理，产品趋向功能性和专用化以及商品形态多样化等方面。中性皂（复合皂与合成皂）具有明显的低刺激性特征，弱酸性pH5.5，既能温和地洁净肌肤又有护肤保湿等功能，沐浴后如同乳液在肌肤上得到了良好的保护，带来了持久的化妆品的功效。

2 中性皂配方结构

2.1 表面活性剂的化学性质

表面活性剂具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列。表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为疏水基团；亲水基团常为极性基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团；而疏水基团常为非极性烃链。

表面活性剂根据他们的亲水强度可分为4种类型：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子表面活性剂。阴离子表面活性剂带一个负电，与碱或其他原料中和形成洗涤剂。阳离子表面活性剂带一个正电，与强酸中和而具有表面活性剂的性能。两性表面活性剂分子结构中存在阴离子（负电荷）和阳离子（正电荷）根据溶液的pH值的变化，显示出阴离子或阳离子的特性。非离子表面活性剂没有离子成分，不带电荷(见图1)。

图1 表面活性剂类型和电荷分布图解

肥皂本身是一种简单的阴离子表面活性剂，由天然油脂通过水解和皂化而制成，通常被认为是天然的表面活性剂，而其他的通过合成反应制得的表面活性剂都被称为合成表面活性剂。而大多数用作个人洗涤中性皂的表面活性剂都是阴离子表面活性剂。表1列出了在中性皂中使用的阴离子表面活性剂的活性成分。

2.2 表面活性剂组分

非离子和两性表面活性剂也被使用并不时出现在专利之中(见表2)。非离子表面活性剂作为清洁剂和塑化剂。具有良好的发泡力、温和去污、产品中性的特性。表3列出最新中性皂中表面活性剂的成分。

表1 中性皂中使用的阴离子表面活性剂成分

一些专利提出使用新的表面活性剂，比如一种非离子糖脂表面活性剂（乙醛糖酰胺）浓度在20%~75%，由15%~65%的聚烷基乙二醇（相对分子质量6000～10000的聚乙二醇）和不超过15%脂肪酸（Massaro et al.,1995）组成。遗憾的是，建议制备的优点被一种经济的正烷基乳糖基酰胺的缺点抵消了。表面活性剂的选择和它们的比例不仅决定了清洁和泡沫特性，而且影响到沙粒感、塑化度和肤感。

2.3 中性皂的配方

大多数中性皂都添加了多种化合物，从而实现所需的功能和市场定位，成为肥皂配方的焦点。国家食品药品监督管理总局（2014年第11号）对我国上市化妆品已使用原料开展了收集和梳理，编制了《已使用化妆品原料名称目录》，原则上以《国际化妆品原料标准中文名称目录（2010年版）》为准，包含了很多这些功能性材料的信息。涵盖了润肤剂、保湿剂、乳化剂、封闭剂、磨擦剂、药物成分、抗过敏成分、增泡剂，等不同性质的化合物。

为了达到所有的要求和性质，适合中性皂的配方成分如表4所示的一系列组分复合而成。一个成分可以有多种或者可以互换的功能，如粘结剂吸收了一些水分，把一些组分粘结在一起，塑化物料被当作软化剂，高分子量的聚乙二醇可被定义成结构组分［3］（Fair & Farrell,1995），保湿剂和软化剂同样地被使用。

表2 非离子和两性离子表面活性剂成分

表3 中性皂中表面活性剂的组成

3 中性皂的特性和检测评估

3.1 肥皂的pH值

传统的肥皂由强碱弱酸盐组成水溶液pH值10~11，如力士、佳美等香皂是可用较温和的氨基有机化合物（如三乙醇胺）中和至pH值8.5~10（露得清），根据这个制作了pH值在8.5~10的复合皂（利华2000、爵士、妮维雅等香皂）甚至有只加入少量肥皂的pH值低于7.5的复合皂（多芬、玉兰油等香皂）。

表4 中性皂配方的成分

纯合成皂的pH5.5~7，是与我们的皮肤相匹配的（如Neca 7、Eubos、Sebamed等），由于这个原因，我们认为，合成皂对皮肤的酸碱度平衡影响非常小，使其作为化妆品和婴儿皂的首选。特定的应用如皮肤治疗时使用pH值在3.5~5.0之间的肥皂，含碘的清洁皂（如Neca Polydine），因为碘的结构只有在酸性的介质中稳定。这个特性使合成皂在很广的pH值范围内都可以使用。图2显示了各种肥皂的pH值范围。

图2 常用清洁配方的pH值范围

3.2 中性皂的标准要求

3.2.1 感官、理化指标

中性皂的感官和理化指标见表5和表6。

3.3.中性皂性能评估

根据表3配方要求可筛选出数个复合中性皂的配方，中性皂配方在筛选组分时包含了对表面活性剂性质的理解和特性［9］。

表5 中性皂的感官指标

表6 中性皂的物理化学指标

为了满足消费者的体验，对于中性皂提出了一系列的要求。化妆肤感和环境意识，美容功能，皮肤生理特性等。中性皂配方变成了多重挑战，该产品的性能，效果评估的主要参数列于表7。

表7 产品性能评估

4. 中性皂工艺流程

4.1 常用工艺流程

中性皂的生产工艺流程为：捏和搅拌→精制→研磨→真空出条→切块打印→包装［10］。以此制造步骤生产出的中性润肤洁肤香皂皂体，在理化指标上完全符合要求，在使用过程中能够呈弱酸性，在洗涤皮肤的同时不刺激皮肤。更为突出的是，皂体不容易出现糊烂、粗糙、皂体表面不存在气泡和自芯等现象，外观美观［11］。要在生产线顺利地生产出中性皂，除了优化原料及其配比外，还必须对生产工艺进行有效控制。

中性皂工艺比复合皂或者传统皂要困难得多。中性皂有个非常窄的温度范围，其塑化程度适用于精研和出条。并且由于粘性和有时候松软的出条产品，不利于后续的打印速度。有多种成型线，但是对于合成洗涤皂最好包含有搅拌混合器、单联精制机、三滚碾磨车和一个双联真空出条机，主冷水机供应成型的冷却水，而每一个单独机器应当有独立的冷却水温度控制装置。皂的打印必须有低温丙二醇/水模具冷却器和每组模具独立的低温控制器。

4.2 成型工艺和设备

中性皂成型工艺和设备见图3。

●将主要的大多是颗粒或片状的固体表面活性剂和以少量的液体和固体成分进行混合。

●将全配方混合物精制成均匀的，同质的产品。

●将精制后的产品挤压成紧凑的预定形状和尺寸的皂条（坯）。

●将挤出的皂条切割成肥皂打印模型需要的单个长度。

●将切割好的皂条打印成指定的重量和形状。

●包装打印好的皂块。

图3 中性皂成型工艺和设备

4.3. 关键控制点

4.3.1 捏和搅拌

捏合机是由两个相切的西格玛桨叶和出料挤出螺杆组成，挤出机安装在捏合机底部的输送槽，装备类似于螺杆挤压机的造粒头。两个西格玛桨叶的选装可产生强烈的混合/捏合作用。混合/捏合作用通过西格玛桨叶的反向旋转（一个桨叶的旋转速度是另一个的2倍）产生，在捏合周期结束时，螺杆反转促进产品出料。通过捏和搅拌，添加剂充分覆盖固体表面活性剂的表面，有助于成分渗透到中性皂料内部，从而实现强力或精制混合。捏和搅拌的目的有几点：

●中性皂成分较多，也比较复杂，其结构细晶粒物质的塑性转化有赖于强烈的捏和力。

●固、液均化充分，有利于水分的添加和控制。

●皂料温度易控制，避免皂料熔融。

●具有良好的皂料塑性，易成型。

4.3.2 精制

肥皂的精制是挤压和剪切的联合作用，精制的目的有以下几点：

●生产完全均匀和均质的产品。

●消除低溶解度的硬颗粒来改善中性皂的使用手感。

●通过皂料结构的改变，来提高产品的泡沫、溶解度和硬度。

●精制通过挤压、碾磨或者两种方式共同使用来进行。

4.3.3 研磨机

肥皂研磨机通常有三个、四个和五个辊筒。肥皂的研磨通过挤压达到均化和均质的产品，提供皂料的塑性。研磨的目的有几点：

●有足够的面积来保证产品的精制和冷却。

●大部分的功率被吸收，也就是说输送到肥皂的热量发生在最后的两个辊筒之间。

●间隙设定的调整和控制更加容易。

●由于比较低的功率和冷冻水要求，三辊研磨机运行成本较低。

5 中性皂的发展历程和产品示例

欧洲和以色列配方基于混合烷基硫酸盐和烷基磺基琥珀酸酯，表面活性剂含量达到大约40%-50%。肥皂的pH被调整在5.5~7.0。发现钾盐比钠盐有更好的去砂粒和塑化性能，有一个优化的钾-钠比来消除砂粒感［12］。

美国主要市场品牌使用另外的表面活性剂。它们依据合成皂1940年代专利的理念（皂基+LABS+淀粉）［13］，肥皂配方基于烷基丙二醇醚磺酸盐，钠/镁皂和粘结剂［14］。领先者是多芬，基于脂肪酸羟乙基磺酸盐，特别是SCI（椰油酰基羟乙基磺酸钠）。配方包括25%~27%脂肪酸（主要是硬脂酸和过量的椰子油酸）和脂肪酸皂，大多数被中和最终pH为7.2~7.5［15］，脂肪酸控制反应平衡的转移，产生总体美观并鲜明地显示出含有25%的保湿乳成分。产品包含一些十二烷基苯磺酸盐（1%~2%）作为泡沫增强剂。表面活性剂的混合使用降低了配方的最终成本，但是由于椰油羟乙基磺酸盐的价格，成本仍旧相对较高。SCI皂的配方根据联合利华专利清单宽泛的SCI范围是44%~60%和较高电解质含量（5%）的硫酸钠。1990年美国多芬配方和2008年的配方见表8。

中性皂品质包含宽泛的功能性成分，它影响着中性皂的性质，比如无气味、工艺性、粘性、脆性、砂粒度、泡沫质量，和它们之间的组合。表9列出了SCI皂的组分由3个主要成分组成：SCI、增塑剂和粘结剂。附加一个温和表面活性剂组合（见表10）。

在美国配方中，主要表面活性剂用的是椰油甘油醚磺酸钠，用在P&G ZEST复合皂和玉兰油中性皂。在日本，酰基谷氨酸是基础表面活性剂用于MIGNON是一个价贵的无皂基中性皂。经典的中性复合皂，比如LEVER2000和ZEST（见表10）。

表8 多芬香皂的配方［16］

表9 椰油酰基羟乙磺酸钠皂条的组分

表10 复合皂配方

表11 中性皂基础合成原料

表11为囊括了当前中性皂的基础合成原料。

大多数原料供应商给出了有价值的技术支持并提供了建议配方来解决合成洗涤剂和复合皂粒工艺问题。科莱恩推出HOSTAPON SCI用于复合皂和合成洗涤剂皂［17］。“颗粒感”是SCI皂的一个特征问题，关于其相关参数的研究较多。

最近，ZSCHIMMER和SCHWARZ通过使用ZETESAP ST 5251，扩展了合成洗涤剂组分，推荐了一系列的配方。合成洗涤剂基料是固体乳液体系和导致的液晶结构并结合了高级配方，当作是理想的基体赋予平滑的触感和杰出的乳霜泡沫［18］。

消费者期望稠密的泡沫优于大泡泡的泡沫，受到更加关注。

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Performance and Formulation System of Neutral Soap

Liu Weiyi
(Shanghai Soap Co., Ltd., Shanghai200331, China)

This paper presents that the regular soap, made from natural oil and sodium hydroxide water solution through heated saponification, is alkaline, and it tends to form calcium or magnesium soap which are both water-insoluble in hard water, reducing the detergency, staining the fabrics and easily leading to skin diseases when attached to the skin. Neutral soap is a trendy product with the advantages of good washing ability, rich foams, moisturizing, skin care and other functions. The structure and properties of neutral soap (compound soap and syndet soap) are changed by surfactant. The paper illuminates the composition and formulation of surfactant. Considering the characteristics of neutral soap as well as the testing, evaluation and standard requirements, it recommends the process flow, molding process and equipment of making neutral soap. Development examples of neutral soap are included with the formulation and characteristics of classical brand neutral soap.

neutral syndet soap; structure; formulation; washing ability

TQ648.5

A

1672-2701（2017）04-37-10

刘伟毅先生，上海制皂有限公司副总工程师/研究中心主任；Email：liuwy1706@163.com。