陽離子聚合物對頭發調理性的研究范文

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《日用化學品科學》2014年第五期

1實驗部分

1.1頭發樣品實驗中所用未受損及受損的亞洲頭發是通過美國IHI公司購買。發束在使用前用5％的十二烷基硫酸醚鈉(SLES/2EO)溶液清洗2遍，然后加上0.2g香波樣品/1g頭發，搓揉30s。發束在2L/min、35℃~40℃水溫的水龍頭下清洗，在室溫下晾干。在累積性實驗中，以上步驟重復5遍。

1.2陽離子聚合物和硅油陽離子瓜爾膠（INCI名：瓜兒膠羥丙基三甲基氯化銨（GHPTC），商品名：N-HanceTM3196）和丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨/丙烯酰胺共聚物與陽離子瓜爾膠的混合物（INCI名：丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨/丙烯酰胺共聚物（PolyAPTAC-ACM）（和）瓜兒膠羥丙基三甲基氯化銨（GHPTC），商品名：N-HanceTM4572）由美國亞什蘭公司生產。陽離子纖維素（INCI名：聚季銨鹽10(PQ-10)，商品名：JR-400）在中國市場上購買。小粒徑硅油（SPS）（INCI名：聚二甲基硅氧烷醇(和)十二烷基苯磺酸TEA鹽，陰離子型乳液，商品名：DC1785，質量分數為60%，粒徑<1μm)，大粒徑硅油（LPS）（INCI名：聚二甲基硅氧烷（和）椰油酰胺丙基甜菜堿（和）C12~15鏈烷醇聚醚-3（和）瓜兒膠羥丙基三甲基氯化銨，非離子型乳化物，商品名：DC7137，質量分數為65%，粒徑>30μm)和氨基硅油（ADM）（INCI名：氨甲基硅氧烷和十六烷基三甲基氯化銨及聚氧乙烯(12)三類烷醚，陽離子型乳液，商品名：DC949，質量分數為35%，粒徑<1μm)均由DowCorning公司提供。樣品配方中的其他成分如表1所示。含有陽離子瓜爾膠和硅油的某市售香波作為參照樣品。

1.3評估方法2％的溶液（表1配方中的陽離子聚合物/SLES/CAPB/NaCl比例為0.2/12/2/1）用水稀釋到20倍。在稀釋過程中，溶液的透明度通過紫外光譜儀(AgilentCary300)在600nm處測定。樣品在稀釋過程中的絮膠形成通過溶液的透明度來進行研究。發束上的相對表面硅油沉積量（RSSL）通過紅外光譜(ThermoNicolet380)進行測定，所測得的硅油峰高（796.5cm-1）與頭發本身的參考峰面積（940.1cm-1~919.9cm-1）的比值為RSSL。發梢/發根的硅油選擇性是通過受損（漂白）頭發和未受損頭發的RSSL比值來定義的，因為發梢相對來說受損嚴重，而發根為未受損頭發。漂白發束的濕梳理力是通過質構分析儀（TA.XTPlus，StableMicroSystemsLtd）來測得，梳理速度為5mm/s。每一個樣品梳理3次得到平均值。發束的接觸角通過儀器，使用文獻上的方法測定。

2結果和討論

2.1絮膠形成陽離子聚合物溶于未稀釋的香波中，但在搓揉和洗滌過程中形成不溶于水的絮膠，沉淀出來并沉積到頭發上。香波中的其他活性物質，如硅油或ZPT等，被同時包裹在絮膠中，沉積到頭發上。在現實生活中，洗發水揉搓階段大概在1倍~5倍的稀釋程度，而漂洗階段為5倍~20倍的稀釋程度。透明度曲線的峰值越大，表明陽離子聚合物形成的絮膠越多，因此，聚合物和硅油在頭發上的沉積量越多，調理性越好。3種陽離子聚合物在稀釋過程中均形成絮膠，溶液的透明度在稀釋過程中首先下降，然后增加，如圖1所示。值得注意的是，PolyAPTAC-ACM/GHPTC混合物的曲線峰值最大，其在早期稀釋過程中形成的絮膠含量最多，之后在漂洗階段迅速下降。據文獻報道，在早期搓揉過程中形成的絮膠含量越多，所包裹的硅油和陽離子聚合物在頭發上沉積的越多，頭發的干濕調理性能越好。絮膠含量在漂洗階段迅速下降表明，未沉積在頭發上的聚合物可以很容易地被沖洗掉，而在漂洗階段產生較少沉積。

2.2未受損頭發上的硅油沉積當硅油沉積到頭發表面，液滴在發絲上形成均勻的薄層。在未受損頭發上的硅油沉積是通過測定發束上的相對表面硅油沉積量（RSSL）來表征，如圖2所示。含有PolyAPTAC-ACM/GHPTC混合物的香波比其他2種聚合物可以沉積更多的小粒徑硅油（SPS），小粒徑/大粒徑硅油混合物（SPS/LPS）和氨基硅油（ADM）。而由于未受損頭發的表面較為疏水，同樣疏水的大粒徑硅油和頭發表面具有更高的親和性，因此，不含聚合物的香波反而沉積更多的大粒徑硅油。但太多的且沒有控制的硅油沉積會使頭發具有油膩感，而不被消費者接受。作為參照樣品的市售香波RSSL為0.4，屬于中等范圍內的沉積。由于太多的硅油沉積會使頭發具有油膩感，因此，消費者不希望在香波多次洗滌后具有累積性。硅油在頭發上的累積通過洗滌5次后所測定的RSSL進行評價，如圖3所示。小粒徑硅油、氨基硅油和市售香波沒有累積性，對所有陽離子聚合物表現出的RSSL均保持不變。但對于大粒徑硅油，小粒徑/大粒徑硅油混合物來說，不含聚合物和含有PQ-10的香波表現出嚴重的累積性，而GHPTC和polyAPTAC-ACM/GHPTC混合物沒有顯著的硅油累積。此結果表明，調理香波中含有這2種聚合物具有理想的抑制大粒徑硅油累積在頭發上的效果。理想的RSSL范圍應為0.5～1.0，聚合物polyAPTAC-ACM/GHPTC混合物沉積硅油的含量較高，但通過降低香波中的硅油含量，可以使其沉積的硅油含量達到正常的范圍。

2.3漂白頭發上的硅油沉積頭發容易因為各種原因受損，包括環境影響、梳理時的機械磨損以及化學處理（如漂染頭發）。與未受損的頭發相比，漂白后的頭發更加親水，并難于梳理。因此，在大多數情況下需要使用調理性香波。陽離子聚合物在漂白和受損的頭發上較易沉積，在濕發階段改善梳理性。這是因為漂白頭發表面帶有較多的陰離子，可以和陽離子聚合物產生靜電吸引。而硅油沉積與陽離子聚合物相比具有完全不同的沉積機理。與親水性的漂白頭發相比，硅油液滴更容易在疏水性的頭絲表面形成均勻的薄涂層，因此調理性香波在漂白頭發上沉積的硅油含量比未受損頭發上更低。如圖4所示，不含聚合物和含有PQ-10的香波在漂白頭發上對所有硅油幾乎都沒有沉積。含polyAPTAC-ACM/GHPTC混合物的香波沉積的小粒徑硅油，小粒徑/大粒徑硅油混合物最多，沉積的氨基硅油和GHPTC相當。大粒徑硅油幾乎沒有沉積，因此不適合用于漂白頭發。所測試的市售香波在漂白頭發上同樣未沉積足夠的硅油。硅油在漂白頭發上的累積性的結果如圖5所示，洗滌5次后的結果與1次的類似，所有測試的樣品均沒有累積性。

2.4發梢/發根的硅油選擇性新長出的發根是完全未受損的發質，但很容易由于各種物理磨損和化學處理而損傷，因此發梢通常為受損的，親水性的發質。本實驗中所用的未受損的頭發與發根類似，而受損（漂白）的頭發與發梢類似。發梢/發根的硅油選擇性可以定義為受損（漂白）的頭發與未受損的頭發的RSSL之比。由于硅油在未受損的頭發上沉積更多，因此其比值永遠小于100％，比值越高越顯示硅油在從發根到發梢的整個發束上均勻分布。如圖6所示，GHPTC和polyAPTAC-ACM/GHPTC混合物對于小粒徑硅油，小粒徑/大粒徑硅油混合物和氨基硅油的選擇性比值較高。由于帶正電荷的氨基硅油可以通過離子鍵更加容易吸附在帶負電荷的受損頭發表面，更適合用于針對受損發質的調理性香波。不含聚合物和含有PQ-10的香波的RSSL值均小于0.05，表明在未受損的頭發或漂白頭發上幾乎未沉積硅油，其針對發梢/發根的硅油選擇性的數據沒有任何意義。

2.5接觸角當硅油沉積在漂白頭發上，原本親水性的頭發表面會變得更加疏水，干梳理力降低，手感柔軟，外觀更具光澤。未受損頭發和經過不同的香波樣品處理后的漂白頭發的動態接觸角如圖7所示。未受損頭發的表面非常疏水，其接觸角為108.5，經過100s后略有下降。而漂白頭發非常親水，接觸角為41.52，經過100s后幾乎減小到0。用polyAPTAC-ACM/GHPTC混合物的香波處理過的漂白頭發的接觸角經過100s后為最高，然后是GHPTC、PQ-10和不含聚合物香波。接觸角越高表明頭發表面越疏水，所以表明越多的硅油沉積在頭發上。接觸角結果很好地驗證了硅油沉積的實驗結果。

2.6濕梳理力除了硅油外，調理香波中的陽離子聚合物也會在搓揉和漂洗階段，通過形成絮膠沉積在頭發表面上。沉積的硅油可以使頭發的梳理力降低，表面更疏水，感覺更柔軟，以及光澤度更好。而陽離子聚合物可以使濕發的梳理力減少。經過不同處理的漂白頭發的濕梳理力如圖8所示。未經處理的漂白頭發的濕梳力大約90g，經過polyAPTAC-ACM/GHPTC混合物香波處理過的漂白頭發，濕梳力減少得最多，而不同的聚合物對于大粒徑硅油幾乎沒有區別。相比其他硅油類型，氨基硅油和polyAPTAC-ACM/GHPTC混合物，以及GHPTC的香波，可以使漂白頭發濕梳力減少得最多。此實驗結果再次表明，氨基硅油是調理漂白頭發的首選，并且其與polyAPTAC-ACM/GHPTC混合物共同使用調理效果最佳。

3硅油沉積機理

在中國市場上，小粒徑硅油、大粒徑硅油、大小粒徑硅油混合物和氨基硅油都在調理性香波中使用。本實驗中3種陽離子聚合物在調理性香波的稀釋過程中均形成絮膠。小粒徑硅油和氨基硅油在乳液中的粒徑較小，因此，可以很容易地包裹在絮膠中，沉積在頭發上的效果比沒有陽離子聚合物的香波要好。而大粒徑硅油在乳液中的粒徑較大（大于30μm），因此無法包裹在絮膠中，如圖9所示。與小粒徑硅油相比，大粒徑硅油在頭發上的沉積是通過完全不同的機理，由硅油和頭發表面的親和性決定的。因此，未含聚合物的香波可以在未受損頭發的疏水性表面沉積大量的疏水性的硅油，而在親水性的漂白頭發表面幾乎沒有沉積到任何硅油。由于這種在未受損頭發上的硅油沉積是不受控制的，因此未含聚合物和PQ-10的香波的硅油累積性是非常顯著的。GHPTC和PolyAPTAC-ACM/GHPTC混合物可以在香波中抑制大粒徑硅油的累積，這對配方工程師來說是一個極大的優點。由于帶正電荷的氨基硅油可以通過離子鍵更加容易地吸附在帶負電荷的受損頭發表面，因此更適合用于針對受損發質的調理性香波。

4結論

研究結果表明，所測試的3種陽離子聚合物在稀釋過程中均可以形成絮膠。PolyAPTAC-ACM/GHPTC混合物在透明度曲線上形成的峰最大，形成的絮膠量最多。因此，陽離子聚合物和硅油在頭發上的沉積量最多，調理性最好。調理性香波中的PolyAPTAC-ACM/GHPTC混合物在未受損和漂白的頭發上沉積最多的小粒徑硅油和氨基硅油。同時GHPTC和PolyAPTAC-ACM/GHPTC混合物對硅油在頭發上的沉積沒有累積性，在沒有聚合物和使用PQ10的配方中，大粒徑硅油和其與小粒徑硅油混合使用，對于未受損頭發產生累積性。產生這種現象的原因在于，小粒徑硅油通過包裹在絮膠中沉積在頭發上，而大粒徑硅油是通過和頭發表面的親和性來沉積，而其沉積在未受損頭發疏水性表面具有累積性。濕梳理力和接觸角的結果也證明了以上的結果。

作者：瞿欣張昊麗娟吳曉慧凌峰單位：美國亞什蘭公司特種添加劑部門