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阳离子聚合物在香波中的调理机理

来源:荣格 发布时间:2019-01-25 1178
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香波的基本要求是能够清除头皮及头发上的油污,避免头发黏腻和头皮发痒。但清洗过度会把头发表面上的油脂洗去,从而使毛鳞片受损;同时在日常生活中,由于紫外线、空气和环境污染、烫染发等外部环境也会对头发造成一定的损伤,使头发毛躁、发梢分叉、没有光泽、梳理性差致头发干枯难梳理。因此,调理性香波不仅需要清洁头发和头皮上的污垢、还要对头发具有一定的调理功能,如顺滑、柔软、光亮、抗静电等,主要通过其含有的发用调理剂达到调理功效。发用调理剂包括阳离子聚合物,比如聚季铵盐、阳离子纤维素、阳离子瓜尔胶、阳离子决明胶等;发用硅油类调理剂,比如氨基改性硅油、水溶性硅油等;可用于无硅洗护产品的油脂类,比如甘油、高碳醇、羊毛脂等;蛋白质类,比如丝肽,水解小麦蛋白等。每个种类的调理剂都有各自独特的作用和机理,所以现在都采用不同种类的调理剂进行复配,添加到香波中达到比较好的调理效果。

前言

香波的基本要求是能够清除头皮及头发上的油污,避免头发黏腻和头皮发痒。但清洗过度会把头发表面上的油脂洗去,从而使毛鳞片受损;同时在日常生活中,由于紫外线、空气和环境污染、烫染发等外部环境也会对头发造成一定的损伤,使头发毛躁、发梢分叉、没有光泽、梳理性差致头发干枯难梳理。因此,调理性香波不仅需要清洁头发和头皮上的污垢、还要对头发具有一定的调理功能,如顺滑、柔软、光亮、抗静电等,主要通过其含有的发用调理剂达到调理功效。发用调理剂包括阳离子聚合物,比如聚季铵盐、阳离子纤维素、阳离子瓜尔胶、阳离子决明胶等;发用硅油类调理剂,比如氨基改性硅油、水溶性硅油等;可用于无硅洗护产品的油脂类,比如甘油、高碳醇、羊毛脂等;蛋白质类,比如丝肽,水解小麦蛋白等。每个种类的调理剂都有各自独特的作用和机理,所以现在都采用不同种类的调理剂进行复配,添加到香波中达到比较好的调理效果。


传统的含硅香波一般将硅氧烷和阳离子聚合物两者共同应用于香波配方中;无硅香波使用替代硅油的油脂;而无硅透明香波一般使用水溶性油脂和水溶性阳离子聚合物。香波的湿发、干发调理效果取决于其在洗涤过程中形成的絮胶和调理剂在发丝上的沉积量和均匀性。很多因素,比如阳离子聚合物的种类,分子量,阳离子的电荷密度,以及硅油/油脂的种类都会影响其沉积和调理性。

阳离子聚合物作为香波配方中的重要组成部分之一,按来源可以分为两大类:天然衍生聚合物,比如阳离子瓜儿胶(瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵)、阳离子羟乙基纤维素(PQ10)以及阳离子决明胶;化学合成聚合物,比如聚季铵盐-6(PQ6)、聚季铵盐-7(PQ7)、聚季铵盐-11(PQ11)、聚季铵盐-55(PQ55)、以及丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵/丙烯酰胺共聚物等等。按调理作用机理可以分为三大类:电荷作用机理、絮凝机理、以及原位絮凝机理。本文将通过分析不同作用机理来阐述阳离子聚合物在香波中的调理作用。

电荷作用机理

电荷作用机理是指带正电荷的阳离子调理剂,如聚季铵盐-7(PQ7)、聚季铵盐-11(PQ11)、聚季铵盐-55(PQ55)等,受电荷吸引作用,吸附沉积到带负电荷的受损头发上,从而赋予湿发极佳的调理效果,分子量越大,电荷密度越高,调理性也就越好。通过电荷作用机理的阳离子调理剂一般为水溶性聚季铵盐,在香波洗涤冲洗、稀释过程中不会形成絮胶,其调理效果一般没有絮凝机理的阳离子聚合物好,但在香波中与其他阳离子聚合物复配,可以有效减少香波中的硅油/油脂在头发上的过度沉积,起到蓬松头发,增加头发体积的作用。特别是在无硅香波中,由于使用替代硅油的油脂,其分子间及和头发、手指皮肤形成更多的氢键,相对硅油来说,更加使消费者感到头发黏腻,发型扁塌,而电荷作用机理的阳离子调理剂在头发表面通过静电排斥的作用,在不影响调理性的同时,增加头发体积。

图 1. 0.5 wt.%聚季铵盐-11和聚季铵盐-55在无硅香波中对头发的蓬松作用

图 1. 0.5 wt.%聚季铵盐-11和聚季铵盐-55在无硅香波中对头发的蓬松作用

图1展示了通过图像分析法,研究市售无硅香波添加了聚季铵盐-11(亚什兰商品名:Gafquattm755N-O)和聚季铵盐-55(亚什兰商品名:Stylezetm W-17)对洗后头发的蓬松作用。相对于未添加市售香波,可以看到含0.5 wt.%的聚季铵盐有10%到25%增加头发体积的作用。

絮凝机理

絮凝机理是指有些阳离子聚合物,比如阳离子瓜儿胶、阳离子羟乙基纤维素等,在香波中通过过量阴离子表面活性剂的增溶作用形成透明溶液,但在清洗稀释过程中,由于阴离子表面活性剂浓度降低,阳离子聚合物析出形成絮胶,不溶于水的絮胶将会沉积阳离子聚合物和被包裹其中的小粒径硅油/油脂到头发上(图2)。沉积的阳离子聚合物、硅油/油脂可以使头发的梳理力降低,表面更疏水,感觉更柔软,以及光泽度更好。聚合物的种类、分子量、阳离子的电荷密度、硅油乳液类型和头发表面受损的程度,都会影响絮胶形成、沉积效果,和多次洗涤后的累积性,进而影响其调理性1。因此在调理性香波配方中,选择合适的阳离子聚合物和特定的硅油/油脂种类对未受损及受损头发具有更好的调理性,而且没有累积性是非常重要的。

图 2. 发丝表面通过絮凝机理沉积的絮胶

图 2. 发丝表面通过絮凝机理沉积的絮胶

由于香波在头发上的搓揉、漂洗,相当于其在水中的稀释过程。我们可以通过阳离子聚合物在相同稀释比例时的透明度,来研究不同聚合物的絮胶形成过程。图3是阳离子瓜儿胶(亚什兰商品名:N-HanceTM 3196)、阳离子羟乙基纤维素、阳离子瓜儿胶和丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵/丙烯酰胺共聚物(亚什兰商品名:N-HanceTM SP-100)的絮凝曲线。曲线向下的峰越大,说明溶液的透明度越低,形成的絮胶越多,香波的调理性越好;向下的峰越宽,说明在稀释过程中形成絮胶的时间越长,头发在漂洗过程中越顺滑,手感越好。N-HanceTM SP-100阳离子聚合物带有较高的正电荷密度,与阴离子表面活性剂形成更多的絮胶,和阳离子瓜儿胶及阳离子羟乙基纤维素复配,可以同时达到更好的调理性以及漂洗过程中更好的过水感2。

图 3. 三种阳离子聚合物在稀释过程中的絮胶形成过程

图 3. 三种阳离子聚合物在稀释过程中的絮胶形成过程

原位絮凝机理

上文提到的丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵/丙烯酰胺共聚物,通过调整其单体比例,亚什兰研发出另外一种具有相同INCI名的,具有更高正电荷密度,符合中国法规的产品N-DurHanceTM AA2000。由于其正电荷密度过高,在香波中甚至会吸附周围的阴离子表面活性剂形成部分液晶结构(图4),从而无法形成透明溶液。这种液晶香波在清洗稀释过程中,阳离子聚合物所形成的液晶同样无法溶解,而是直接沉积在头发表面,在头发表面继续吸附阴离子表面活性剂形成絮胶,达到调理头发的目的。由于其阳离子电荷密度较高,所以一般与其他机理的阳离子聚合物在香波中进行复配,或者应用于“预洗精华”中,可以对头发甚至头皮起到修复、养护的功效。

图4. 丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵/丙烯酰胺共聚物在香波中与阴离子表面活性剂形成液晶结构

图4. 丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵/丙烯酰胺共聚物在香波中与阴离子表面活性剂形成液晶结构

相比絮凝机理的阳离子聚合物,通过原位絮凝机理的聚合物有很多优点:首先,是在头发表面形成的絮胶覆盖更均匀,调理性能更好,调理功效也更持久(图5);其次,实验证明通过洗去型产品带来的疏水层与头发原来的18-MEA疏水层非常相似,可以对头发起到热保护、紫外防护、甚至起到抵御外界环境污染的作用3;另外,由于染发所用染料一般为阴离子性的,而N-DurHanceTM AA2000在头发上形成的疏水层带有阳离子性,因此添加了N-DurHanceTM AA2000的香波同样能对染后头发起到非常好的护色作用(未发表数据)。

图5. 发丝表面通过原位絮凝机理沉积的均匀絮胶层

图5. 发丝表面通过原位絮凝机理沉积的均匀絮胶层

结论

阳离子聚合物作为香波配方中的重要组成部分之一,不同作用机理决定了其在香波中的调理作用。通过复配不同机理的阳离子聚合物,可以优化香波配方,使其不仅能够增加调理性,而且有效减少香波中的硅油/油脂在头发上的过度沉积,起到蓬松头发,增加头发体积;对头发起到热保护、紫外防护、抵御外界环境污染、甚至染发护色的作用。

参考文献:

1. 瞿欣,张昊,牛丽娟,吴晓慧,凌峰,阳离子聚合物对亚洲头发调理性的研究,日用化学品科学,2014年5月

2. 牛丽娟,瞿欣,如何改善无硅油洗发水的调理性,Happi China, 2016年3月

3. 瞿欣,牛丽娟,何艳凝,如何通过香波达到头发抗污染的功效, Happi China,2018年4月

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