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1、 有效针对女性脸皮薄氨基酸表面活性剂的特性及应用 胡文杰 张涌 刘振华 张太军 王小康 林沛东 祝雪梅脸部皮肤的类型、特点和功效诉求决定我们需要一款清洁力适中、低刺激性的洗面奶，在保持脸部清洁的同时维持皮肤健康的状态。传统的皂基洗面奶因其去污力较强，极易造成“清洁过度”，引起皮肤干涩、紧绷、瘙痒等症状，使皮肤屏障功能受损。氨基酸表面活性剂拥有刺激性低、发泡力强、绿色环保等优点，是脂肪酸皂的优良替代品。本文简述了氨基酸表面活性剂相对于脂肪酸皂的优势及其在洗面奶中的应用。皮肤是人体与外界隔绝的第一道防护屏障，主要由真皮与表皮组成。角质层细胞由基底层的角质母细胞分裂，并逐步分化为有棘层、颗粒层、透明
2、层、角质层，并最终死亡脱落完成一个表皮细胞的生命周期。其中，颗粒层细胞会通过板层小体合成，并以胞吐的方式不断分泌细胞间脂质，从而在角质层中形成所谓的“砖块水泥”结构（砖块角质层细胞，水泥细胞间脂质）。同时，皮肤内的皮脂腺分泌出皮脂，它们与酶解后的细胞间脂质共同组成抵御外界入侵、减缓角质层水分蒸发的皮脂膜。皮肤污垢由皮脂膜、外界灰尘、化妆品残留、脱落的角质层细胞残渣共同组成，这些污垢在空气的作用下会发生氧化反应。同时，皮肤上的微生物和酶会加速污垢的氧化分解，使得皮肤暗淡、没有光泽且有酸败的臭味。对于长期裸露且皮脂腺活跃的脸部皮肤，这个过程会更为明显。因此，为了拥有良好的肤质，适当的脸部清洁是必须
3、的。但脸部皮肤普遍比身体其他部位的皮肤要薄，尤其是女性，且脸部皮肤会随着年龄的增长而变薄。在进行日常洁面时，难免会清洗掉部分皮肤表面的皮脂膜，特別是清洁力较强的清洁产品，会完全破坏皮脂膜，导致“过度清洁”。在“过度清洁”后，皮肤缺少皮脂膜的保护会进入防守真空期，角质层失水率增加，从而导致洗后皮肤紧绷、发干。同时，皮脂膜的缺失也使得皮肤更容易受到外界物质的入侵而表现出瘙痒甚至红肿等症状。因此，为了保护脸部皮肤的健康，除了日常脸部肌肤护理外，避篼过度清洁”也显得非常重要。基于以上因素，一款清洁力适中、温和无刺激的洁面产品在科技进步和消费需求的共同推动下应运而生。皂基洗面奶现在市场上有许多种洁面产品
4、嘲，其中皂基洗面奶是最受欢迎的一类洁面产品，其主要清洁成分为脂肪酸皂，在生产中一般由脂肪酸或油脂与碱进行皂化中和反应制得。典型的皂化反应如图1所示，其中R、R1、R2、R3为不同的碳链。皂基洗面奶以脂肪酸皂作为主要清洁剂，利用表面活性剂的润湿、增溶、乳化性能达到去污的目的。为了使配方体系达到一定的结膏点与泡沫性能，一般使用多种脂肪酸相互搭配的方式进行配方设计，其中，酸总量控制在26%35%，中和度为75%90%。虽然加入多元醇、两性或非离子表面活性剂、赋脂剂等助剂能有效改善皂基洗面奶的清洁体验，缓解清洗后的干涩感与紧绷感，但依然无法完美解决皂基洗面奶的缺陷。1.为了维持配方体系的稳定，脂肪酸含
5、量需要维持在较高的水平。在皂化后，体系中的活性物浓度在30%以上。高活性物含量加上脂肪酸皂本身优异的去污力，极易造成“过度清洁”，严重破坏皮脂膜，影响皮肤健康。2.脂肪酸要具有清洁活性需要利用碱进行皂化，皂化后体系pH为9.010.5。方面，较高的pH会皂化皮脂膜与细胞间脂质中的极性油脂;另一方面，在自然状态下，人体皮肤的pH为5.06.0，较高的pH具有潜在的刺激性，并影响皮肤的微生态环境。3.脂肪酸皂具有较高的克拉夫点（TK）。特别是常用的肉豆蔻酸钠（C14）、鲸蜡酸钠（C16）、硬脂酸钠（C18），在常温（25）下均难溶于水。使用时，洁面膏在手心反复涂抹揉搓都没有办法使其彻底分散溶解到水
6、中，导致推不开、化不开的情况，给消费者带来极大的不便。这极大地限制了脂肪酸皂在水中的性能表现，也令消费者的使用体验感大打折扣。N-酰基氨基酸表面活件剂在日化行业中，氨基酸表面活性剂通常指的是N一酰基氨基酸表面活性剂（N-accly amino acid su rfactants，NAAs）。此类表面活性剂具有低刺激性、良好的生物降解性、良好的泡沫性能等优点，是近几年非常热门的日化用表面活性剂之一。NAAs的分子结构与脂肪酸皂类似，这使得其具有与脂肪酸皂相似的性质，同时NAAs中的酰胺基团也赋予了其比脂肪酸皂更优异的性能。典型结构如图2所示，其中R1为碳链，R2为氨基酸残基。现在市场上大多数氨基
7、酸洗面奶的主表面活性剂是N-酰基甘氨酸类与N-酰基谷氨酸类表面活性剂，本文主要以N-酰基甘氨酸类表面活性剂为例，叙述NAAs的性能优势及其结晶特性。NAAs由脂肪酸与氨基酸经过肖顿一鲍曼缩合反应而得。对于N-月桂酰基甘氨酸钠（sodiumN-lauroylgIycinate，C12GIyNa）而言，其与十五酸钠相比，两者相差一个酰胺基团。但Bordes经过测量C12GlyNa的临界胶束浓度（Critical Micelle Concentration，CMC）发现，具有同样碳链长度的C12GIvNa的CMC值是十五酸钠的十倍以上，C12GlyNa的胶束驱动力显著弱于十五酸钠（两个分子结构如图3
8、所示）。这表明，酰胺基团的引入，显著降低了分子的疏水性。对于工业硬表面清洗来说，或许十五酸钠表现得更为优秀，但是对于有生命的人体皮肤，低CMC值或许不是一个合适的选择。高CMC值降低了N-酰基甘氨酸盐对油脂的亲和力，使其脱脂力相对于脂肪酸皂更弱。因此，将N-酰基甘氨酸类表面活性剂作为面部清洁洗面奶配方中的主表活能有效避免“过度清洁”情况的发生。另外，在配方体系中，更好的亲水性也使得膏体中的N-酰基甘氨酸盐能更快速地解离并溶解于水中，使膏体快速溶胀裂解。消费者只需轻轻一抹，膏体立即就分散在水中，同时引出丰富的泡沫，这就很好地解决了皂基洗面奶推不开的难题。以上两点对于N-酰基谷氨酸类表面活性剂是同
9、样适用的。NAAs中的羧基决定了其许多物化性质都与pH有高度相关性。在酸性条件下 N-酰基氨基酸盐会转化为不溶于水的N-酰基氨基酸并在水中结晶析出，其酸化反应如图4所示。相较于脂肪酸皂，N-酰基甘氨酸盐在结构上只多了一个酰胺基团，因此其性质与脂肪酸皂有着许多相似之处。对于脂肪酸皂，随着酸的加入，部分脂肪酸皂被质子化形成脂肪酸。质子化的脂肪酸会与离子状态的脂肪酸皂以氢键缔合的形式相互结合形成酸皂二聚体，极大程度上缩短分子间间距（如图5所示）。当pH到达脂肪酸的pKa时，质子化与非质子化的分子达到平衡，此时分子间平均间距最小，体系形成密集的聚集体结构。与脂肪酸皂类似，NAAs同样具有在酸性条件下形
10、成酸皂二聚体的特性。而且，相对于脂肪酸皂，酰胺基团的分子间氢键缔合能使NAAs形成更紧密的自组装结构。在弱酸性条件下，N-酰基甘氨酸盐存在结晶相与胶束相。胶束相由酸皂二极体与N-酰基甘氨酸盐组成，而结晶相由N-酰基甘氨酸組成。相对于脂肪酸皂，N-酰基甘氨酸分子间酰胺基团的氢键缔合增大了分子间作用力，使其具有更高的结膏温度，体系能在高温下保持膏体形态。这也使得使用NAAs的配方能在更低的活性物浓度下维持体系的热稳定性。泡沫属于热力学不稳定体系，而表面活性剂则能有效稳定泡沫防止其迅速破裂。在泡沫的液膜中，表面活性剂分子以双分子层的形式紧密排列（如图6所示），其中疏水端指向空气，亲水端指向液膜，越紧
11、密的结构越有利于泡沫的产生并能有效抑制气泡的破裂。Kanickv等发现，当pH达到十二酸钠的pKa时，其表现出更优异的泡沫性能。而NAAs同样具有类似的特性，张青等通过罗氏泡沫仪测量不同种类的NAAs在不同pH下的发泡性能，证明当pH为6.57.5时，N-椰油酰基甘氨酸钠（GC-30S）具有更好的发泡性能。其中，N-月桂酰基甘氨酸钠的pKa经测量为7.3。氨基酸洁面产品的配方实例下面列举两个配方实例以说明NAAs在应用中的性能优越性。该配方为甘氨酸类NAAs的基础配方。配方pH约为6.7左右，展现出很好的泡沫性能。外观为白色珠光膏体，结膏温度为60左右。虽然体系活性物浓度低于10%，但经过高低
12、温测试后体系均表现出良好的稳定性。其中，配方工艺：称取A相于烧杯中，利用水溶解B相组分并加入A相中;加入C相，然后加热至（781）摄氏度，搅拌冷却至30摄氏度即可出料。配方工艺：先将WSR-205分散于甘油中，并低速搅拌并缓慢加入水至其完全溶解，待用。将A相物料加入烧杯中，搅拌加热至85摄氏度，随后缓慢依次加入B相、C相、D相物料，加完后保温30分钟。保温完后冷却至40摄氏度加入E相，搅拌30分钟后即可出料。该配方利用椰油酰基甘氨酸钠作为主表活，并复配椰油酰基甲基牛磺酸钠以增加体系泡沫与抗硬水性能。活性物浓度20%，显著低于传统皂基洗面奶，降低了体系的清洁力度。配方pH为6.8左右，在此pH下
13、，甘氨酸类NAAs能发挥出优良的性能。结膏温度为50摄氏度附近，膏体软硬度适中。高温下能长时间保持稳定，低温下能较好地从包装软管中挤出。遇水后搓洗泡沫丰富且绵密，洗后干净且不紧绷。展望N-酰基甘氨酸类表面活性剂与脂肪酸皂结构类似，羧基基团决定了两者具有相似的pH相应特性。但甘氨酸类NAAs中的酰胺基团给予了其有别于脂肪酸皂的优良性能，根据这些独特的构效关系设计产品配方可以获得事半功倍的配方开发效率。在充分研究氨基酸表面活性剂在不同场景下的构效关系的基础上，开展多种表面活性剂的复配工作是提升氨基酸洗面奶性能的一种可行方法。另外，现如今市场上开始出现以不同类型的NAAs作为主表活的洗面奶配方，如丙氨酸类。随着科学的发展，相信其他类型的NAAs也将出现在我们的选择菜单中。 -全文完-
