卡波树脂在化妆品中的应用

卡波树脂在化妆品中的应用薛铁中，华慢，袁立新（广州天赐高新材料股份有限公司，广东广州510760）摘要：介绍了卡波树脂在化妆品中的应用、增稠机理以及在配方中的应用，列举了卡波树脂在香波、沐浴露、膏霜和凝胶等个人护理品中的常用配方。关键词：化妆品；卡波树脂；增稠；流变添加剂中图分类号：TQ658文献标识码：D文章编号：1006-7264（2009）11-0039-04卡波树脂（Carbomer）是丙烯酸或丙烯酸酯与烯丙基醚化学交联的聚合物，包括聚丙烯酸（均聚物）和丙烯酸酯/C10～30烷基丙烯酸酯交联共聚物（共聚物），具有增稠、悬浮、稳定乳化体系、调控水和活性物的释放等功能，是一种化妆品中广泛应用的流变改性增稠剂。自1953年Goodrich公司将Carbomer934引入市场，卡波树脂至今已有50多年的历史[1]，现在这种系列的增稠剂已经有了更多的选择，如Carbopol980、940和934等传统类型的产品，也有性能更加优越的产品，如Ultrez20和Ultrez21。目前，国际上主要有路博润（Lubrizo）l公司生产的卡波树脂，而国内对卡波树脂的开发研制还处于起步阶段，少有大规模的工业化生产。目前，卡波树脂一般以乙酸乙酯/环己烷为溶剂体系进行沉淀聚合而得到[2]，干燥后为白色疏松状粉末，具有较强的吸湿性，分子结构中含52%～68%的羧基基团。在水的分散体系中，可用碱性物质中和，形成很透明的凝胶，具有不黏腻的感觉。卡波树脂在宽的pH范围下均具有增稠的效果。1性能卡波树脂用于液体增稠，在洗护类化妆品中应用越来越多，具有以下优点：①不刺激人的皮肤和眼睛，经过大量毒理学研究发现，它比盐更具安全性，已有50多年的使用历史；②使香波具有高效、持久的悬浮稳定性，丙烯酸/C10～30烷基丙烯酸酯交联聚合物可提高硅油的悬浮性，与纤维素和瓜儿胶相比，悬浮稳定性更高；③提高低泡体系中的泡沫稳定性；④具有耐盐性能，丙烯酸酯/C10～30烷基丙烯酸酯交联共聚物在有盐存在的体系中，仍能保持较高的黏度，受溶液的pH值或电解质浓度的影响较小，应用范围更加广泛；⑤使用方便，润湿时间短，节省大量的人力、物力和时间；⑥防腐性能好，不易被微生物分解，容易保存；⑦具有优良的流变特性，可调节产品的黏度，改善凝胶体系的触变性能，提高产品的稳定性。只需较少量的卡波树脂就能达到所需要的黏稠度，常规用量为0.10%～0.50%，且具有增稠和稳定的作用，从而制备出黏度范围很宽和不同流变性的乳液、膏霜和凝胶类产品。而其他增稠剂如纤维素、汉生胶和黄原胶等使用浓度都很高（约2%）[3]，例如一个产品需要表面活性剂增稠剂，如椰油二乙醇酰胺的质量分数为3.0％，达到同样的效果仅需质量分数为0.5％卡波树脂即可。卡波树脂的另一个关键特性是具有高流变值，能使非溶成分在低浓度体系中永久悬浮，使产品均匀稳定，而其他增稠剂如纤维素则不能提供悬浮性。近年来，在香波、洁肤品和膏霜等化妆品中加入低泡温和的表面活性剂、去屑剂、维生素和颜料等特殊活性成分已成为一种新的流行时尚。为美化产品的外观，在配方中还加入了珠光剂和包裹在胶囊中的活性物。另外，在“崇尚绿色，回归自然”的潮流中，中药化妆品得到越来越多消费者的关注，在化妆品中添加中草药提取物、天然植物提取物等[4]成为一种趋势。由于这些新成分普遍具有不可溶性，其引起的产品稳定性问题也越来越普遍。卡波树脂所具有的超强的悬浮能力为解决上述配方问题提供了方便。2增稠机理卡波树脂是干燥、松散、白色的微酸性粉末，因浓度不同，pH为2.8～3.5，浓度越大，羧基浓度就越高，pH越低。干燥的卡波分子是卷曲状态（见图1），一旦分散在水中，分子开始水合，卷曲分子慢慢张开，其分子结构中含羧基基团，因此具有一定的酸性，可用碱性物质中和，形成透明凝胶卡波树脂的增稠机理有两种，即中和增稠与氢键增稠[1,5]。中和增稠是将酸性的卡波树脂用碱性物质中和，使其分子离子化并沿着聚合物的主链产生负电荷,同性电荷之间相斥，促使分子伸直张开伸展，呈极大的膨胀状态，并具有黏性（见图2），溶液的黏度瞬间增加，增稠作用即刻完成。氢键结合增稠是卡波类增稠剂先与水结合形成水合分子，再与质量分数为10%～20%的羟基给予体（如具有5个或5个以上乙氧基非离子表面活性剂）结合，使其卷曲的分子在含水系统中解开，形成网状结构，达到增稠效果。氢键增稠方法并不是瞬间完成的，通常需要一定的时间。最常用的使卡波迅速增稠的方法是用碱性物质另外，丙烯酸/丙烯酸酯类卡波聚合物由于聚合物分子进行疏水改性会有缔合增稠的效果，从而使产品具有耐电解质的性质，应用范围更加广泛。3配方应用增稠剂是化妆品配方的重要组成部分，不但使配方师易于改变产品的黏度，而且可改善产品的稳定性、美感和流动性能[6]。对消费者说来，实用型的配方是使用功能、货架稳定性和产品美感的结合。产品的流变学在确定和控制这些特性方面起着很大的作用。配方师在进行配方设计时，通常要考虑配方最终产品的流变形态，因为流动特性常常与产品质量、稳定性和功能有密切关系，适当的流变形态能给产品带来美感，便于使用和生产，对配方的稳定性也有一定的影响。因而，控制流变特性是很多化妆品配方和制备的关键。有时，由于很多化妆品的黏度可能影响产品的感官特性，从而直接影响到消费者对产品的接受程度，控制这些流变参数成为这类个人护理品成功与否的决定性因素[7]。对于护肤产品，产品感官性质的设计非常重要，使用恰当感官性质的产品，可以带给消费者愉悦的体验。这些感官性质包括润湿感、轻盈的铺展感、清爽感、浓稠细腻和滋润感。卡波树脂是一种常用的流变添加剂，具有优良的增稠、悬浮以及稳定能力，不同的产品分别具有长短流变性，可根据配方选择适当的产品。卡波树脂可以改善护肤产品感官性质，如添加丙烯酸共聚物卡波树脂的凝胶或乳液配方在皮肤等含盐底物上会迅速分解，这种快速分解会产生高的润湿感、轻盈的铺展感和清爽感。含有丙烯酸酯/C10～30烷基丙烯酸酯交联共聚物的配方在有电解质存在的情况下，能够保持较完整的结构，因此具有更浓稠细腻的感觉且作用时间较长。卡波在配方中的使用一般是先分散卡波，具体步骤为：先将去离子水加热到55℃左右，把卡波粉末撒在水面上，待卡波粉末完全分散，看不到白点为止，然后搅拌分散液0.5h，加入部分中和剂进行预中和。在低剪切搅拌下，缓慢加入配方中的其他成分，最后再把卡波中和到需要的黏度。配方过程中要避免阴离子表面活性剂或高盐含量表面活性剂的加入造成黏度降低。在配制透明产品时，必须使用去离子水，以确保产品的透明度，也要避免紫外线的照射引起黏度降低。另外，在配方过程中，避免使用高剪切混合设备，如胶体磨、均质器和高剪切泵，以免造成黏度降低。在使用硅油等不溶物作为调理剂的香波配方中，要求配方体系的悬浮性好，使用卡波树脂使配方体系更稳定。卡波作为水溶性的流变增稠、悬浮稳定剂被广泛用于香波、沐浴露、膏霜以及定型凝胶等个人护理品中，常见的配方见表1、表2、表3和表4。工艺过程：先用去离子水溶解尼泊金甲酯，加热到50℃左右，加入尿囊素，搅拌均匀；按顺序把B相组分加入到A相中，搅拌均匀，冷却；把卡波粉末撒在水面上，待其完全润湿，搅拌下，用三乙醇胺中和至pH值为6.15~6.50；加入D相，搅拌均匀。工艺过程：把卡波粉末撒在去离子水面上，待其完全润湿后，加入EDTA-2Na，搅拌溶解，低速搅拌下，用NaOH中和至pH值为6.15；加热A相到50℃～70℃，按顺序加入B相和C相，搅拌溶解至均匀，冷却；再逐一加入D相，搅拌至均匀。4结语卡波类聚合物由于具有独特的增稠性、悬浮性和稳定性，愈来愈得到配方师的青睐，被广泛地应用于化妆品中。工艺过程：把卡波粉末撒在去离子水面上，待其完全润湿后，加入AES和EDTA－2Na，加热状态下搅拌溶解，搅拌混合至均匀；用NaOH中和至pH值为6.55；按顺序把B组分相加入到A相中，搅拌冷却；按顺序把C相组分加入到A/B相中，搅拌混合至均匀。