阳离子聚合物对头发调理性的研究范文

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《日用化学品科学》2014年第五期

1实验部分

1.1头发样品实验中所用未受损及受损的亚洲头发是通过美国IHI公司购买。发束在使用前用5％的十二烷基硫酸醚钠(SLES/2EO)溶液清洗2遍，然后加上0.2g香波样品/1g头发，搓揉30s。发束在2L/min、35℃~40℃水温的水龙头下清洗，在室温下晾干。在累积性实验中，以上步骤重复5遍。

1.2阳离子聚合物和硅油阳离子瓜尔胶（INCI名：瓜儿胶羟丙基三甲基氯化铵（GHPTC），商品名：N-HanceTM3196）和丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵/丙烯酰胺共聚物与阳离子瓜尔胶的混合物（INCI名：丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵/丙烯酰胺共聚物（PolyAPTAC-ACM）（和）瓜儿胶羟丙基三甲基氯化铵（GHPTC），商品名：N-HanceTM4572）由美国亚什兰公司生产。阳离子纤维素（INCI名：聚季铵盐10(PQ-10)，商品名：JR-400）在中国市场上购买。小粒径硅油（SPS）（INCI名：聚二甲基硅氧烷醇(和)十二烷基苯磺酸TEA盐，阴离子型乳液，商品名：DC1785，质量分数为60%，粒径<1μm)，大粒径硅油（LPS）（INCI名：聚二甲基硅氧烷（和）椰油酰胺丙基甜菜碱（和）C12~15链烷醇聚醚-3（和）瓜儿胶羟丙基三甲基氯化铵，非离子型乳化物，商品名：DC7137，质量分数为65%，粒径>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铵及聚氧乙烯(12)三类烷醚，阳离子型乳液，商品名：DC949，质量分数为35%，粒径<1μm)均由DowCorning公司提供。样品配方中的其他成分如表1所示。含有阳离子瓜尔胶和硅油的某市售香波作为参照样品。

1.3评估方法2％的溶液（表1配方中的阳离子聚合物/SLES/CAPB/NaCl比例为0.2/12/2/1）用水稀释到20倍。在稀释过程中，溶液的透明度通过紫外光谱仪(AgilentCary300)在600nm处测定。样品在稀释过程中的絮胶形成通过溶液的透明度来进行研究。发束上的相对表面硅油沉积量（RSSL）通过红外光谱(ThermoNicolet380)进行测定，所测得的硅油峰高（796.5cm-1）与头发本身的参考峰面积（940.1cm-1~919.9cm-1）的比值为RSSL。发梢/发根的硅油选择性是通过受损（漂白）头发和未受损头发的RSSL比值来定义的，因为发梢相对来说受损严重，而发根为未受损头发。漂白发束的湿梳理力是通过质构分析仪（TA.XTPlus，StableMicroSystemsLtd）来测得，梳理速度为5mm/s。每一个样品梳理3次得到平均值。发束的接触角通过仪器，使用文献上的方法测定。

2结果和讨论

2.1絮胶形成阳离子聚合物溶于未稀释的香波中，但在搓揉和洗涤过程中形成不溶于水的絮胶，沉淀出来并沉积到头发上。香波中的其他活性物质，如硅油或ZPT等，被同时包裹在絮胶中，沉积到头发上。在现实生活中，洗发水揉搓阶段大概在1倍~5倍的稀释程度，而漂洗阶段为5倍~20倍的稀释程度。透明度曲线的峰值越大，表明阳离子聚合物形成的絮胶越多，因此，聚合物和硅油在头发上的沉积量越多，调理性越好。3种阳离子聚合物在稀释过程中均形成絮胶，溶液的透明度在稀释过程中首先下降，然后增加，如图1所示。值得注意的是，PolyAPTAC-ACM/GHPTC混合物的曲线峰值最大，其在早期稀释过程中形成的絮胶含量最多，之后在漂洗阶段迅速下降。据文献报道，在早期搓揉过程中形成的絮胶含量越多，所包裹的硅油和阳离子聚合物在头发上沉积的越多，头发的干湿调理性能越好。絮胶含量在漂洗阶段迅速下降表明，未沉积在头发上的聚合物可以很容易地被冲洗掉，而在漂洗阶段产生较少沉积。

2.2未受损头发上的硅油沉积当硅油沉积到头发表面，液滴在发丝上形成均匀的薄层。在未受损头发上的硅油沉积是通过测定发束上的相对表面硅油沉积量（RSSL）来表征，如图2所示。含有PolyAPTAC-ACM/GHPTC混合物的香波比其他2种聚合物可以沉积更多的小粒径硅油（SPS），小粒径/大粒径硅油混合物（SPS/LPS）和氨基硅油（ADM）。而由于未受损头发的表面较为疏水，同样疏水的大粒径硅油和头发表面具有更高的亲和性，因此，不含聚合物的香波反而沉积更多的大粒径硅油。但太多的且没有控制的硅油沉积会使头发具有油腻感，而不被消费者接受。作为参照样品的市售香波RSSL为0.4，属于中等范围内的沉积。由于太多的硅油沉积会使头发具有油腻感，因此，消费者不希望在香波多次洗涤后具有累积性。硅油在头发上的累积通过洗涤5次后所测定的RSSL进行评价，如图3所示。小粒径硅油、氨基硅油和市售香波没有累积性，对所有阳离子聚合物表现出的RSSL均保持不变。但对于大粒径硅油，小粒径/大粒径硅油混合物来说，不含聚合物和含有PQ-10的香波表现出严重的累积性，而GHPTC和polyAPTAC-ACM/GHPTC混合物没有显著的硅油累积。此结果表明，调理香波中含有这2种聚合物具有理想的抑制大粒径硅油累积在头发上的效果。理想的RSSL范围应为0.5～1.0，聚合物polyAPTAC-ACM/GHPTC混合物沉积硅油的含量较高，但通过降低香波中的硅油含量，可以使其沉积的硅油含量达到正常的范围。

2.3漂白头发上的硅油沉积头发容易因为各种原因受损，包括环境影响、梳理时的机械磨损以及化学处理（如漂染头发）。与未受损的头发相比，漂白后的头发更加亲水，并难于梳理。因此，在大多数情况下需要使用调理性香波。阳离子聚合物在漂白和受损的头发上较易沉积，在湿发阶段改善梳理性。这是因为漂白头发表面带有较多的阴离子，可以和阳离子聚合物产生静电吸引。而硅油沉积与阳离子聚合物相比具有完全不同的沉积机理。与亲水性的漂白头发相比，硅油液滴更容易在疏水性的头丝表面形成均匀的薄涂层，因此调理性香波在漂白头发上沉积的硅油含量比未受损头发上更低。如图4所示，不含聚合物和含有PQ-10的香波在漂白头发上对所有硅油几乎都没有沉积。含polyAPTAC-ACM/GHPTC混合物的香波沉积的小粒径硅油，小粒径/大粒径硅油混合物最多，沉积的氨基硅油和GHPTC相当。大粒径硅油几乎没有沉积，因此不适合用于漂白头发。所测试的市售香波在漂白头发上同样未沉积足够的硅油。硅油在漂白头发上的累积性的结果如图5所示，洗涤5次后的结果与1次的类似，所有测试的样品均没有累积性。

2.4发梢/发根的硅油选择性新长出的发根是完全未受损的发质，但很容易由于各种物理磨损和化学处理而损伤，因此发梢通常为受损的，亲水性的发质。本实验中所用的未受损的头发与发根类似，而受损（漂白）的头发与发梢类似。发梢/发根的硅油选择性可以定义为受损（漂白）的头发与未受损的头发的RSSL之比。由于硅油在未受损的头发上沉积更多，因此其比值永远小于100％，比值越高越显示硅油在从发根到发梢的整个发束上均匀分布。如图6所示，GHPTC和polyAPTAC-ACM/GHPTC混合物对于小粒径硅油，小粒径/大粒径硅油混合物和氨基硅油的选择性比值较高。由于带正电荷的氨基硅油可以通过离子键更加容易吸附在带负电荷的受损头发表面，更适合用于针对受损发质的调理性香波。不含聚合物和含有PQ-10的香波的RSSL值均小于0.05，表明在未受损的头发或漂白头发上几乎未沉积硅油，其针对发梢/发根的硅油选择性的数据没有任何意义。

2.5接触角当硅油沉积在漂白头发上，原本亲水性的头发表面会变得更加疏水，干梳理力降低，手感柔软，外观更具光泽。未受损头发和经过不同的香波样品处理后的漂白头发的动态接触角如图7所示。未受损头发的表面非常疏水，其接触角为108.5，经过100s后略有下降。而漂白头发非常亲水，接触角为41.52，经过100s后几乎减小到0。用polyAPTAC-ACM/GHPTC混合物的香波处理过的漂白头发的接触角经过100s后为最高，然后是GHPTC、PQ-10和不含聚合物香波。接触角越高表明头发表面越疏水，所以表明越多的硅油沉积在头发上。接触角结果很好地验证了硅油沉积的实验结果。

2.6湿梳理力除了硅油外，调理香波中的阳离子聚合物也会在搓揉和漂洗阶段，通过形成絮胶沉积在头发表面上。沉积的硅油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。而阳离子聚合物可以使湿发的梳理力减少。经过不同处理的漂白头发的湿梳理力如图8所示。未经处理的漂白头发的湿梳力大约90g，经过polyAPTAC-ACM/GHPTC混合物香波处理过的漂白头发，湿梳力减少得最多，而不同的聚合物对于大粒径硅油几乎没有区别。相比其他硅油类型，氨基硅油和polyAPTAC-ACM/GHPTC混合物，以及GHPTC的香波，可以使漂白头发湿梳力减少得最多。此实验结果再次表明，氨基硅油是调理漂白头发的首选，并且其与polyAPTAC-ACM/GHPTC混合物共同使用调理效果最佳。

3硅油沉积机理

在中国市场上，小粒径硅油、大粒径硅油、大小粒径硅油混合物和氨基硅油都在调理性香波中使用。本实验中3种阳离子聚合物在调理性香波的稀释过程中均形成絮胶。小粒径硅油和氨基硅油在乳液中的粒径较小，因此，可以很容易地包裹在絮胶中，沉积在头发上的效果比没有阳离子聚合物的香波要好。而大粒径硅油在乳液中的粒径较大（大于30μm），因此无法包裹在絮胶中，如图9所示。与小粒径硅油相比，大粒径硅油在头发上的沉积是通过完全不同的机理，由硅油和头发表面的亲和性决定的。因此，未含聚合物的香波可以在未受损头发的疏水性表面沉积大量的疏水性的硅油，而在亲水性的漂白头发表面几乎没有沉积到任何硅油。由于这种在未受损头发上的硅油沉积是不受控制的，因此未含聚合物和PQ-10的香波的硅油累积性是非常显著的。GHPTC和PolyAPTAC-ACM/GHPTC混合物可以在香波中抑制大粒径硅油的累积，这对配方工程师来说是一个极大的优点。由于带正电荷的氨基硅油可以通过离子键更加容易地吸附在带负电荷的受损头发表面，因此更适合用于针对受损发质的调理性香波。

4结论

研究结果表明，所测试的3种阳离子聚合物在稀释过程中均可以形成絮胶。PolyAPTAC-ACM/GHPTC混合物在透明度曲线上形成的峰最大，形成的絮胶量最多。因此，阳离子聚合物和硅油在头发上的沉积量最多，调理性最好。调理性香波中的PolyAPTAC-ACM/GHPTC混合物在未受损和漂白的头发上沉积最多的小粒径硅油和氨基硅油。同时GHPTC和PolyAPTAC-ACM/GHPTC混合物对硅油在头发上的沉积没有累积性，在没有聚合物和使用PQ10的配方中，大粒径硅油和其与小粒径硅油混合使用，对于未受损头发产生累积性。产生这种现象的原因在于，小粒径硅油通过包裹在絮胶中沉积在头发上，而大粒径硅油是通过和头发表面的亲和性来沉积，而其沉积在未受损头发疏水性表面具有累积性。湿梳理力和接触角的结果也证明了以上的结果。

作者：瞿欣张昊丽娟吴晓慧凌峰单位：美国亚什兰公司特种添加剂部门