美研创新：无硅油护发精油技术开发思路

10多年前起无硅油洗发水开始在市场流行，替代硅油的相关技术也被不断地开发出来^[1-6]。以滋源为代表的无硅油洗护品牌产品还同时推出了无硅油护发素产品。在纯净美妆开始在全球兴起的今天，相信无硅油洗护的趋势将会持续发展下去。

 

在护发产品中，有一类能快速、集中地修护受损头发、改善发质的产品，即护发精油。护发精油因其可随时随地使用的便利性、以及其见效快、效果明显的特征，正越来越受到消费者的关注。市场调研的结果表明：目前中国市场热销的护发精油产品多采用硅油类原料作为主要成分，其中包括挥发性的硅油如环五聚二甲基硅氧烷（D5）、二聚硅氧烷、三甲基硅烷氧基硅酸酯等，以及非挥发性的聚二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷醇等。然而，2023年6月22日欧盟的REACH（Registration，Evaluation，Authorization and Restriction of Chemicals）法规公布了导入进一步限制环四、环五、环六聚二甲基硅氧烷（D4、D5、D6）在冲洗及免洗产品中使用的提案^[7]。根据这一新动向，进而展望纯净美容的前景，我们认为有必要尝试开发无硅油的护发精油的产品技术，在保障护发性能的基础上为消费者提供更多的选择。本文将介绍一例开发无硅油护发精油时的技术思路、并展示以替代硅油成分构成的护发精油配方的护发效果，抛砖引玉，供读者参考。

 

硅油替代成分的选择

要想替代硅油，先要了解硅油的优势所在。硅油类的最大特点在于其具有极低的表面张力、极高的疏水性。表面张力低的特征使得硅油极易在头发上延展，形成一层薄膜而保护头发。而疏水性高则意味着经其处理的表面顺滑、摩擦力低。因此，从护发效果角度来讲硅油有着独特的优势。

鲸蜡醇乙基己酸酯：
如表1的表面张力数据所示，化妆品中常用的天然与合成油脂的表面张力都在25以上。而鲸蜡醇乙基己酸酯因分子中同时含有其长链及支链烷基的结构（图1），表面张力相对接近硅油。故此被选为替代硅油的主要成分之一，期待其可与硅油类似，迅速地铺展、完整地覆盖在头发表面，形成保护膜。

 

鲸蜡醇乙基己酸酯
图1. 含长链及支链烷基的鲸蜡醇乙基己酸

 

表 1. 各类油脂的表面张力比较

聚丙二醇：
硅油的另一个特征是其疏水性。虽然硅油分子中并无长链烷基，但由于其分子极为柔软，附着在头发上时疏水性的双甲基覆盖表面，使得头发表面具有疏水性。虽然少了一个甲基，但聚丙二醇类成分有着与硅油相对类似的结构（图2）。而在这类原料中，分子量适中的PPG-34又堪称首选。

PPG-34属于保湿型油脂，可帮助锁住头发内部水分的同时，在头发表面形成保护膜。PPG-34结构中的羟基与头发内的水分子形成氢键，锁住水分。同时，PPG-34在头发表面形成一层甲基的疏水层，防止水分流失。

异十二烷：
与只用植物油脂为成分的传统发油不同，现代的护发精油要求做到在使用时感觉轻盈、不油腻。挥发性硅油就是为了满足这个目的而在方中大量使用的。

为了实现配方的无硅油化，需要利用同样是挥发性的油性成分来替代之[8]。小分子的碳氢化合物类是首选，而分子中含有十二个碳的异十二烷就是其中较为常用的挥发性硅油替代溶剂。目前市售产品已看到开始利用异十二烷替代D5的趋势（仍然保留非挥发性硅油），本实验也采用这一常用的D5替代挥发性油脂。

 

图 2. 作为硅油替代物的 PPG

异十二烷具有十分稳定的理化性质，其结构中不含有任何活性官能团。因其支链结构导致分子间的相互作用较弱，在液体状态下的异十二烷容易挥发，常压下的沸点为177℃，比挥发性硅油D5（211℃）还略低。

 

头发修护效果验证

虽然上述硅油替代物、特别是非挥发性的硅油替代油脂与硅油在物性上尚有差距。但以其为主要成分，经过配比的筛选而调制成的护发精油配方的全成分为：异十二烷、鲸蜡醇乙基己酸酯、聚丙二醇-34、白池花（LIMNANTHES ALBA）籽油、角鲨烷、印加果（PLUKENETIA VOLUBILIS）籽油、刺阿干树（ARGANIA SPINOSA）仁油、依兰（CANANGA ODORATA）花油、葡萄柚（CITRUS PARADISI）果皮油、芫荽（CORIANDRUM SATIVUM）果油、香叶天竺葵（PELARGONIUM GRAVEOLENS）油、岩兰草（VETIVERIA ZIZANOIDES）根油 、广西沙柑（CITRUS NOBILIS）果皮油 、罗勒（OCIMUM BASILICUM）油、 薰衣草（LAVANDULA ANGUSTIFOLIA）油、甜橙（CITRUS AURANTIUM DULCIS）果皮油、霍霍巴（SIMMONDSIA CHINENSIS）籽油、山茶（CAMELLIA JAPONICA）籽油、香精，其在护发效果方面可以做到与含硅油的护发精油优越或等同。

 

图 3. 无硅油与市售含硅油护发精油的干发梳理性测试结果比较

 

梳理性测试
护发的基础是使得头发表面顺滑。因此，梳理性就是最基本的护发效果数据。

测试方法：先使用动态梳理仪（Dynamic Combing Tester SK-7A），采用亚洲人健康发质头发束。涂抹0.3g测试样品于发束上，经一晚干燥后，通过动态梳理仪测试梳理头发时所需的力进行调理性的评价。N=3。所测数值越低表示梳理所需的力越小，即梳理性越好。图3的数据是将未处理的数据设定为1.0时的梳理性指数。

 

图 4. 毛发光泽度测试结果比较

测试结果：如图2所示，经开发的无硅油护发精油处理后，毛发的梳理性能比未处理的提高了45%，和含硅油的市售品A、B等同，超越了含硅油的市售品C及只含植物油的市售品D。可见本实验中无硅油护发精油与含硅有对标产品相比，在头发梳理性方面能做到等同或优越。说明硅油替代技术可以满足护发基本需求。

毛发光泽度评价
护发精油的一个主要功效就是给毛发增加光泽。

测试方法：准备两个每1cm宽度含100根头发的片状排列样品。用Glossymeter GL200对测试样品进行拍照测试光泽度。再用Microscope VHS-5000对测试样品进行拍照。进而对拍摄的图像进行二值化处理，计算图像的平均亮度作为参考值。

测试仪器：Glossymeter GL200（C+K）(用于图4.1-4.2)；

Microscope VHS-5000（KEYENCE）(用于图4.3-4.4)

测试结果：如图4.1-4.4所示，无硅油护发精油处理后毛发的光泽度得到了大幅提升。根据二值化处理后光泽度平均值，无硅油护发精油处理后毛发的光泽度比处理前提升了约75%。

防毛躁评测
防毛躁则是护发精油另一个不可或缺的护发效果。头发的毛躁度与其中的水分含量密切相关。护发精油可通过在头发表面形成保护膜，从而防止水分流失。

测试方法：使用0.15g护发精油样品处理亚洲人健康发质头发发束，对比处理前后发束的外观，同时使用图像分析软件Image J测定发束毛躁度的变化。

测试结果：如图5所示，通过开发的无硅油护发精油配方样品处理后，头发的毛躁度得到了明显改善。图像分析结果显示，处理后的发束毛躁度减少率为20.76%。

 

图 5. 防毛躁实验测试结果对比

 

图 6. 防断发实验测试结果对比

 

防断发测试
防断发可以说是消费者对护发产品性能的高层次需求。

测试方法：将未处理的发束和无硅油护发精油处理后的漂白后受损的发束分别固定于梳理仪上，反复梳理100次，观察掉落的断发情况。无硅油护发精油处理发束的方法：涂抹0.3g测试样品于发束上，自然干燥一晚。

测试结果：图6的实验结果显示：与未用无硅油护发精油处理的发束相比，使用护发精油后断发数量的减少高达95%。说明该产品有显著的防断发效果。

 

结论

通过以上思考与实践，得出结论如下：利用非硅油类油脂替代配方中的挥发性及非挥发性硅油的护发精油技术具有可行性。以此类技术为基础的护发精油产品将为市场和消费者提供全新的选择。
 

作者：杨建中^1，2），林娴婷¹）
             1. 美研创新株式会社
             2. 株式会社O and R

 

参考文献：
[1] 杨建中，“无硅油，头皮护理新时代”，千色美业，2014年6月刊, 20（2014）
[2] 杨建中，“无硅油洗护发产品的技术挑战”，国际个人护理品生产商情，2014年10月刊, 20（2014）
[3] 杨建中，“无硅油洗护新时代之二合一与洗护分离”，千色美业，2014年10月刊, 36（2014）
[4] 山崎绘美，林娴婷，杨建中，伊藤志保，“植物来源硅油替代调理剂DOCSilFee™的护发效果”，千色美业，2015年6月刊, 18（2015）
[5] E.Yamasaki, S.Ito, J.Z.Yang, “Technologies for Silicone-free Hair Care Products（日语）”, Fine Chemical, 45(1), 6, (2016)
[6] 杨建中，“‘无硅油'与健康洗护方向上的产品创新”，化妆品观察，2016年1月刊，74（2016）
[7] European Commission: https://tinyurl.com/2yc4ktgo
[8] V.Goussard, J.-M.Aubry, V.Nardello-Rataj ,“Bio-Based Alternatives to Volatile Silicones: Relationships between Chemical Structure, Physicochemical Properties and Functional Performances”, Advances in Colloid and Interface Science，Vol. 304, June 2022, 102679

 

来源：荣格-《 国际个人护理品生产商情》

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