复合皂与合成皂的性能、化学性质和配方(二)

复合皂与合成皂的性能、化学性质和配方(二)

（上接第6期第88页）

6 清洁效率

对各种肥皂清洁效果的评估结果显示，烷基硫酸盐/磺酸琥珀酸酯混合物的去污力比酰基谷氨酸盐和三乙醇胺皂混合物的要高，具体见图7（Weber,1987）。该实验没有对酰基羟乙基磺酸盐进行测试（Weber,1987）。去污力测试是在标准条件下通过皮肤清洁仪清洗前臂上的人工污渍进行的（Molls & Schrader,1984）。

另外一个推荐的评估方法是，用油脂基的软膏模拟污渍，涂于手背上，然后在旋转的肥皂溶液中清洗5min。通过对比皮脂仪洗前和洗后的读数来评估各种肥皂的去污效果（Wolf &Friedman,1996）。比较的结果如图7所示，烷基硫酸盐皂跟主流的羟乙基磺酸盐皂品牌产品相比，清洁能力为81%对75%；而水的清洁能力是30%。P&G专利和未出版的/已商业出版的文献中（New York times,2001;Unilever,2002）提及的沉淀情况分析也是评估冲洗或清洁效率的方法之一。

人们发现，与SCI相比，AGS可以冲洗得更干净，沉淀较少，然而钠皂的清洁效率较差（Procter &Gamble,2000,2001,2003）。这个数据再次印证， 与AGS钠盐相比， AGS镁盐和钙盐溶解性更高，因而抗硬水能力也更高；这也导致了AGS冲洗得更干净、沉淀更少。几种表面活性剂的冲洗效率和残留情况如图8所示（Procter & Gamble,2000,2001,2003）。

图7 两种不同清洁产品与水的皮肤清洁效率比较（Wolf& Friedman, 1996）

图8 不同表面活性剂的冲洗效率和沉淀情况

7 泡沫

各种表面活性剂和合成洗涤剂成品的泡沫性质可通过不同的方法来检测，本章节不再对检测方法进行赘述。一个通用可靠的测试泡沫量和高度的方法是机械倒置试验。在硬水（320mg/kgCaCO3）中检测发现烷基硫酸盐和磺酸琥珀酸酯较羟乙基磺酸盐为主的合成洗涤剂、复合皂和普通皂有较高的泡沫表现（Friedman & Wolf,1996）(图9)。然而，这个试验并没有给出泡沫质量的信息，仅仅是大泡泡量多于浓密的奶油状泡沫，后者更适合用于保湿配方。所以，与大泡泡的泡沫相比，消费者观念中更喜欢浓密的奶油状泡沫，认为这类产品护理效果更好。甚至经典的ROSS-MILES方法（Ross &Miles，1953）在现行的专利中仍被使用（Massars et al.,1995），比如，C12乳清蛋白酰胺的初始泡沫高度为153mm，10min后塌落至5mm，C14乳清蛋白酰胺初始高度145mm，10min后稳定地保持在140mm。很明显，泡沫稳定性测试的敏感度跟疏水碳链长度有关。

专家打分试验很少使用（Gattir & Matthaei，1975），特别是对于评价起泡速度、泡沫质量和冲洗时的泡沫感觉。泡沫量的测定是通过用手套在设定温度的水流中翻转肥皂10次，累加计算所产生的泡沫（Massars et al.,1995）。一些使用GERMAN DIN 5390方法的试验报告指出，乙氧基化异硬脂酸单甘油酯加入到合成洗涤剂溶液后，泡沫高度从500mm降低至150mm（Hollstein & Spitz，1982）。作为润肤或增塑成分而添加的疏水性添加剂将大幅降低泡沫。

为了增强主表面活性剂的起泡速度、泡沫稳定性或冷水性能等泡沫特性，可以采用一些泡沫增强剂。十二烷基苯基磺酸盐、月桂基硫酸钠、烷醇酰胺，甚至中和的脂肪酸都可作此用途。科宁和赛比克最近推出多聚葡萄糖苷（APG)，作为泡沫增强剂，特别用于肥皂配方，加入量1.2%-1.5%。两家公司都建议用在合成皂和复合皂配方。科宁指出，与不含APG的原始皂基相比，含有8%-9%的APG的SCI-皂复合物（比例50:8至70:8，以100%活性物计）显示出良好的加工性能和泡沫性能；该公司也推荐将15%的APG作为辅助表面活性剂用于含40%的DSLSS的合成皂中，配方另外有15%的石蜡作为脂质层强化剂。

图9 泡沫性能

8 增塑剂和粘合剂

为了获得良好的加工和使用性，配方中需要加入增塑剂和粘合剂来进行稳定。增塑剂的加入能促使合成皂较好地出条和打印。增塑剂可在加工温度下降低物料粘度，在压力下迫使皂体流动。

粘合剂可以防止产品因本身张力引起的物料分离，提供粘合和防止固体产品的开裂行为。天然肥皂除了清洁的角色以外，本身就是一个典型的增塑剂，故无塑性问题。增塑剂和粘合剂极大地影响了肥皂的泡沫、糊烂和磨损特性。通常增塑剂和粘合剂一起使用，一种材料至少可以扮演两个角色。它们能吸收一些或者所有合成皂内的游离水，结合各种成分，增塑物料同时作为润肤剂。通常最常用的增塑剂是长链脂肪醇（高于C16）、多元醇的酯类（甘油单硬脂酸酯、山梨醇硬脂酸酯、甘油单-双硬脂酸酯）、聚乙二醇、硬脂酸钠、硬脂酸、聚氧乙烯聚脂肪酸、氢化蓖麻油、石蜡、脂肪烷基酮，和氢化三甘油酯及脂肪醇或者脂肪酸的组合物（Hollstein & Spitz, 1982; Friedman & Wolf,1996）。

在表7中提到（Beerse et al.,1995），增塑剂用量至少为20%，主要由脂肪酸和石蜡组成，常温下是固体，但是在出条温度35-45℃时是可塑的。在同一个专利里，粘合剂本身是液体的，从水、聚多元醇和香料中选取。它们在肥皂内的添加量理论上是3%-20%的水和0-15%的聚多元醇（Beerse et al.,1995）。

增塑剂和粘合剂具有较高的熔点和分子量。粘合行为似乎是通过简单地提高物料的熔点而产生的。一些组分如胶和树脂胶，也充当了粘合剂的作用。

一些专利（Fair & Farrell,1995）将粘合剂描述为结构体，特别是对于烷基聚乙二醇（25%-60%)。最近的专利（Kacher et al., 1993abc）将特定粘合定义为硬晶相骨架结构的形成，包括细长晶体的互锁、三维网状结构的打开等。这里提到的晶体包含5%-50%（Kacher et al., 1993ac）或者10%-50%的脂肪酸，其中20%-65%是中和了的，除此以外是15%-65%（Kacher et al., 1993c）或者20%-65%（Kacher et al., 1993ab）的阴离子和/或非离子肥皂固化助剂，包括15%-55%（Kacher et al., 1993b）或者15%-40%（Kacher et al., 1993ac）的水分。这一发明的神奇一面是在软性疏水性物质（包括矿脂、液体石蜡、石蜡、和大多数天然和合成蜡）、非离子溶剂/助溶剂（丙二醇、甘油等）和阴离子表面活性剂这些导致肥皂变软的物质存在的情况下，保证了肥皂的硬度和低磨损度。这是由于互锁的网状晶体骨架所包含的大量空隙区域被软性的或者液体的水相充满，彻底地改变了胶体结构，最终影响到普通肥皂的性质。这种几乎完美的肥皂仅有一个缺点，就是在常规条件下无法挤压，其制备是向肥皂模具中倾倒熔化了的混合物（Kacher et al., 1993ab）或者使用冷冻工艺在刮壁热交换器中使之冷却成半固体，然后挤压出来，放在移动传送带上冷却和结晶（Kacher et al., 1993c）。值得一提的是，多个专利（Moran,et al., 1993; Constantine, 1989）建议固体香波配方在模具中进行加工，这些配方都使用了烷基硫酸盐。

9 浇注透明/半透明合成皂/复合皂

合成皂/复合皂市场的最终挑战是生产中性挤压透明/半透明皂。从技术上而言，这个目标并没有达到，但是同时浇注（又称倾注、模制）的透明皂市场在不断地增长。除了纯净概念和美学上的诉求，该目标提供了一个生产对皮肤更温和的配方产品的途径。普通挤压技术对添加剂有限量要求。这一限制可以采用浇注技术解决，同时可以最大限度降低粘度和糊烂度。晶体网状架构的形成（Kacher et al., 1993abc），为含有SLS、SLES、SCI、CAB（椰油酰胺丙基甜菜碱）、脂肪酸、石蜡和硅油的浇注透明复合皂提供了所需的硬度和低磨损度（Whalley，2000）。

市场上的复合皂皂基是由不同的供应商提供的，比如Stephenson、Galaxy、Tensachem和Unichema。Crystal ST是Stephenson热浇注皂基，含有硬脂酸钠/硬脂酸、月桂酸钠/月桂酸，和SLS/SLES表面活性剂混合物，其他还有甘油/丙二醇/山梨醇（Stephenson，2003）。用于透明复合香皂的GALAXY SN-900系列含有25%-40%的皂基、25%-35%的乙二醇、10%-15%的阴离子表面活性剂（SLES)和两性表面活性剂（CAB)、10%-15%的糖和10%-15%的水分（Galaxy Surfactants，2003）。近期的一个专利（Jaworski & Park，2002）声称一种使用合成洗涤剂成分和皂基的透明皂能达到先前无法做到的良好透明度、纯净度以及温和度。其组分如下：40%-45%的表面活性剂（其中15%-35%是SLES类型）；10%-30%的多羟基醇（如聚乙二醇、甘油、山梨醇或者PEG）；15%-30%的皂基；5%-20%的烷醇酰胺作为泡沫增强剂。较适宜的pH是9.6，至少不要低于8.0（由于会降低纯净度和硬度）。令人惊奇的是，经过检测，尽管该产品pH相对较高，但其温和度与Dove相当（Frosch &Kligman, 1979; Jaworski & Park, 2002）。

配方中添加壬苯醇醚-10-羧酸和C12-15烷基苯酸盐的透明和半透明复合皂已经被商业化推广(Finetex & Novakovic, 1989)。过去几年中，以肌氨酸（Hampshire,1994）和酰基谷氨酸（甚至于有透明外观的）（Ajinomoto,1994）为基础的清洁皂也已经商业化生产，尽管所采用的工业热浇注生产效率低下。一种由韩国-日本合资生产的漂亮的圆形酰基谷氨酸复合皂已经投产并销往海外（Ajinomoto,1994）。这是一种被称为Amino Crystal（氨基酸晶体）的凝胶皂，强调以氨基酸表面活性剂——三乙醇胺椰油谷氨酸盐为主；其他添加剂是十二烷基葡萄糖苷、水解胶原蛋白、甘草酸二钾、甘油、尿素、异丙醇。有两点比较显著：pH约为6（对于全透明的合成皂是很少见的），价格较低。

10 改进性能和外观的添加剂

一个可预见的合成皂的缺点是它在水中的溶解性和糊烂，也就是肥皂的耐用问题。这个棘手又不经济的性质是由一些表面活性剂的高溶解度和不恰当的配方导致的。在特定配方下，那些糊状物质并不会因为糊状层水分的减少而重新变回固态。配方中水分含量高将会使所希望得到的可控的净相（也就是G相或者薄层相）转化成粘滞的果冻状的中间相。对烷基硫酸盐合成皂而言，一个主要的解决方式是使用钾盐，从而降低糊烂度，获得较为经济的皂基。

其他降低溶解度的添加剂是无机盐，比如硫酸钠和氯化钠。一个最近的专利工艺生产复合皂使用了0.5%-10%的辅助温和表面活性剂（Aronsom et al., 2001）；并使用质子酸盐（PAS）会同脂肪酸皂、游离脂肪酸和聚乙二醇来保护皮肤。所谓质子酸就是一种能产生质子的酸，比如布朗斯台德酸。从无机和有机酸中选择质子酸盐，这比无机氯化钠/硫酸钠和有机乳酸钠/柠檬酸钠要好。需要强调的是，比例FFA:PAS 为0.5∶1至3∶1（Aronsom et al., 2001）。

三价铝可有效降低磺酸琥珀酸盐配方的水溶解性（Hollstein & Spitz,1982）。加入硬脂酸锌和聚氧乙烯山梨醇酯可以提供增滑性（Milwidsky,1985; Hollstein & Spitz, 1982）。理想的增滑剂是高分子量的聚氧乙烯（PEG 14M）（Aronsom et al.,2001）。羟乙基磺酸钠被用于该类配方来降低磨损度（Tokosh & Cahn,1979）。

肥皂的外观（水分保持和/或防开裂）助剂要从一长串清单中的水溶性有机物、盐、灰土和蜡（最好石蜡）来选择，以赋予肥皂温和性、可塑性、坚固度、可加工性、光泽感和顺滑感（Kacher et al.,1993abc）。抗菌剂如三氯碳酰替苯胺和三氯生，是用于除臭和抗菌香皂的好原料，尽管最近有人质疑其应用。

11 填充剂

填充剂被定义成廉价的用于降低肥皂成本的组分。在合成皂中填充剂并不是没有任何作用的原料，它具有改善内部结构和增加肥皂强度的功能。填充剂也被叫做辅助的粘合剂。最有名的是糊精、淀粉和改性淀粉（降解、乙氧基）。

碳酸钙粉也被用作填充剂来抵抗糊烂，而硼砂可以降低密度并减低磨损度。这些填充剂的缺点是粗糙的表面结构、损失平滑感和丧失总体感观吸引度。因此，添加不得超过一定的量。最近，Luzenac（Luzenac, 2002）创造性地发明了新的碳酸钙用于肥皂和合成皂。

由Hollstein 和Spitz（1982）整理的填充剂清单中提及了硫酸钠、磷酸氢钙、磷酸氢镁、磷酸二氢钠、糊精、甘露醇。最新的清单中将包括碳酸钙和高岭土（1%-40%）、硅酸铝粘土或者其他粘土、几乎所有现存的阳离子和阴离子盐和盐的水合物（1%-40%）（Kacher et al., 1993abc）。与玉米淀粉相比，人们有时更愿意用小麦粉，因为后者可以降低酰基羟乙基磺酸盐皂的磨损，其用量在25%-65%（O’Roark, 1966）。

（未完待续……）

（上海制皂有限公司张育新译，刘伟毅校）