乳化作用及其在化妆品工业的应用

第2期　　　日　用　化　学　工　业

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　知识讲座

2000年4月Chin a Surfactant Deter gent &Cosm etics

知识讲座

乳化作用及其在化妆品工业的应用(五)

各种乳化剂体系和乳化工艺技术(续完)

裘炳毅

(华南师范大学化学系, 精细化工研究室, 广州　510631)

(上文见本刊2000年第1期第60页) 1. 5　聚合物乳化剂

聚合物乳化剂一般为多功能化合物, 除作为乳化剂外, 还可能具有调理、成膜、增稠和调节流变性等作用。

1. 5. 1　丙烯酸盐/C 10～30丙烯酸酯交联共聚物

丙烯酸盐和C 10～30丙烯酸酯交联共聚物(Pemulen TR-1, TR-2, BF Goodr ich) 是一种多功能O/W 型乳化剂, 其乳化作用机理是分子含有亲油端, 可紧紧地包裹在乳液中油滴的油/水界面; 而其亲水端的基团在水相中充分膨胀, 从而形成凝胶骨架, 对各种类型的油相能起着很强的稳定作用。其特点是用量少, 乳化能力强, 乳液稳定性高, 低刺激性。用它制得的乳液涂于皮肤后, 汗水的盐分会使其快速收缩, 从而很快释放出油相, 均匀地覆盖在皮肤表面, 而被皮肤吸收。表25为配方实例。

　　　　　　　表25　轻油质晚霜

A :

丙烯酸盐/C 10～30烷基丙烯酸酯交联共聚物　(Pem ulen R TR -2, BF Goodrich )

丙烯酸聚合物(Carbopol R Ultrez T M , BFGoodrich ) 羊毛醇醚-5, 16醇醚-5, 油醇醚-5和硬脂醇醚-5　(Solulan 5. Am erchol) 白矿油

硬脂酸辛酯(Cetiol 868, Henkel) 甘油

对羟基苯甲酸酯类防腐剂(Ph enonip R , Nip a) 去离子水

氢氧化钠溶液(18%的质量分数) 香精

200, Akzo ; HLB=6. 2) 是一种十分有效的W /O 型非离子乳化剂, 其性质与上述同系物相近。可用于制备柔滑、易分散乳液, 亦可用于制备稠厚的膏霜。表26和27为配方实例。

　　　　　　　表26　防晒乳液

A:甲氧基PE G-22/二十二烷基二醇共聚物(Elfacos E 200)

PEG -45/二十二烷基二醇共聚物(Elfacos ST 9) 羟基二十八(烷) 醇羟基硬脂酸酯白矿油

甲氧基肉桂酸辛酯防腐剂(Nipas teril 30K) B:去离子水

山梨醇(7%) 防腐剂C:香精

w /%

6. 01. 02. 020. 02. 50. 362. 355. 00. 250. 6

　　　　　表27　O /W 润肤霜

A:甲氧基PE G-17/二十二烷基二醇共聚物

(Elfacos OW 100) 司盘-60白矿油十六醇

二甲基硅氧烷(DC200, Dow Corning) B :去离子水

丙二醇防腐剂

w /%

2. 03. 09. 07. 01. 075. 03. 0. w /%

0. 250. 501. 0010. 008. 002. 000. 5077. 200. 400. 15

1. 5. 3　PEG -30二聚羟基硬脂酸酯[14]

PEG -30二聚羟基硬脂酸酯(Arlacel P 135, ICI ; 缩写PHS-PEO-PHS) 是一种A-B-A 型共聚物作W/O 乳化剂, A 代表羟基硬脂酸酯(亲油基) , B 代表聚氧乙烯(亲水基) , 相对分子质量约为7000, 多分散性比(Rate of Polydisper sity) M W /M N =1. 94, 其HLB 值5～6。近年来, 随着疗效化妆品的发展, 添加活性物的品种越来越多, 导致对W/O 型乳化体系作为基质的兴趣和重新评价。PHS -PEO -PHS 显著的特性是可配制低粘度(最低粘度可达到600mPa ・s) , 铺展性和肤感良好, 非常稳定的W/O 乳状液; 内相(水相) 含量可高达90%(W /O ) , 不需要调整HLB 值可乳化纯硅油(硅油含量可达50%) 。它亦可用作W /O /W 多重乳液乳

C ::

1. 5. 2　甲氧基PEG-17或甲氧基PEG-22/十二烷基二醇共聚物

甲氧基PEG-17/十二烷基二醇共聚物(Elfacos R

OW 100, Akzo; HLB=21. 2) 是一种高分子量的O/W 型非离子表面活性剂, 安全性高, 对皮肤作用温和。耐水解, 在高浓度电解质和化妆品及药用活性物中, 产生很稳定的乳液; 在弱酸和弱碱介质中稳定。

甲氧基PEG-22/十二烷基二醇共聚物(Elfaco E

收稿日期:1999-01-25　　　　修回日期:1999-09-25

第一作者简介:裘炳毅(1937-) , 男, 教授, 北京大学研究生毕业。

化剂。表28和29为配方实例。

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　　　表28　高内相W /O 轻质保湿护肤霜

PHS-PEO-PHS(Arlacel P135, ICI) 环状二甲基硅氧烷和PPG-15硬脂醇醚　(Arlamol S 7, ICI)

异十六烷烃(Arlamol HD , ICI ) 山梨醇醚-30(Atlas G -2330) 七水合硫酸镁防腐剂去离子水C :

香精

w /%

1. 03. 0

为配方实例。

表31　市售的一些复合乳化剂体系

名　　称

商品名(生产厂家)

HPLB 值

功　　　　能

6. 04. 50. 8q . s 84. 7q. s

失水山梨醇硬　脂酸酯和蔗糖　蓖麻油酸酯烷氧基甘油失　水山梨醇羟基　硬脂酸酯失水山梨醇油　酸酯和甘油蓖　麻油酸酯羊毛脂醇醚-5,

B :

A rlatone 21216. 0O/W 型乳化剂, 易形成层状(ICI)液晶, 有超长保湿、滋润、稳

定及活性成分的缓释效果。A rlacel 780(ICI)A rlacel 1689和1690(ICI) S olulan 5

4. 7W /O 型乳化剂, 可用于低温乳

化工艺, 对乳化热敏感的活性物适用, 尤其乳液配方。3. 5天然级W /O 乳化剂, 低用量

就可乳化广泛油类和活性物, 赋予产品良好的外观和肤感。8. 0

非离子W /O 乳化剂, O/W 体系辅助乳化剂和稳定剂。

　　　　　表29　稳定W 1/O/W 2多重乳液

初级乳液(W 1/O)　A:异十六烷烃

辛酸/癸酸三甘酯

PPG-15硬脂醇醚(Arlamol E , ICI)

PEG -30二聚羟基硬脂酸酯(Arlacel P 135, ICI ) 　B :去离子水

氯化钠防腐剂

二级乳液(W 1/O/W 2) 　A:初级乳液(W 1/O) 　B:去离子水

　C:PEG-PPG 嵌段聚合物(Poloxamer 407) 　D:丙烯酸聚合物(Carbopol 934) 　E :防腐剂　:三乙醇胺

w /%

15. 007. 507. 504. 0065. 500. 4q. s 70. 00加至100. 00

2. 000. 5q . s 0. 50

　十六醇醚-5, 油(Amerchol) 　醇醚-5, 硬脂醇　醚-5羊毛脂醇醚-16,

S olulan 15

　十六醇醚-16, 油(Am erchol ) 　醇醚-16, 硬脂醇　醚-16羊毛脂醇醚-25, 　醇醚-25, 硬脂醇　醚-25硬脂酸甘油酯　和硬脂酰胺乙　基二乙胺硬脂酸甘油酯　和月桂醇硫酸　酯钠盐非离子乳化蜡

Iexem ul AS (Inolex)Polaw ax GP200(Croda) Iexem ul AR (Inolex)S olulan 25

15非离子O /W 体系乳化剂, 加

溶剂。

16非离子O/W 体系乳化剂, 加

溶剂。

　十六醇醚-25, 油(Amerchol)

1. 6　仿生磷脂乳化剂

利用天然脂肪酸制成的多功能磷脂的复合物仿生磷脂是一类具有高度安全性, 无刺激性, 无致敏作用的多功能乳化剂。其皮肤相容性, 稳定性和配伍性均良好。具有保湿作用和使皮肤长久保持光滑的特性, 适合作护肤制品和皮肤科药物乳化剂。硬脂酰胺丙基丙二醇单磷脂基二甲基氯化铵和十六醇。(Phospholipid SV, M ona; HLB=15) 和椰子油基丙二醇单磷脂基二甲基氯化铵(Phospholipid CDM , M ona) 是一类仿生复合磷脂。除可作为乳化剂外, 可降低其他组分对皮肤刺激性, 它们是很好的皮肤调理剂, 对pH 容忍度较宽。Phospholipid CDM 还有广谱抗菌活性。表30为配方实例。

　　　　　　　　　表30　润肤霜

Phosp holipid SV

硬脂醇醚-20

对羟基苯甲酸甲酯去离子水硬脂醇醚-2十六醇

肉豆蔻醇肉豆蔻酸酯肉豆蔻酸异丙酯

二甲基硅氧烷(100cS ) 羊毛醇

对羟基苯甲酸丙酯

4. 1阳离子体系乳化剂, 稳定剂, 柔

顺剂和遮光剂。4. 9阴离子体系乳化剂, 稳定剂, 柔

顺剂和遮光剂。

非离子自乳化蜡, 耐盐性和热稳定性高, 不刺激皮肤和眼睛, 可用作化妆品和药物乳化剂。

符合美国药典要求的非离子自乳化蜡。

用作气雾剂型速破泡沫制品的乳化剂。

Polaw aNF (C roda ) Polaw axA31(C roda )

　　　　　表32　含水杨酸抗衰老润肤霜

PPG -15硬脂醇醚(Prostaryl 15, Croda ) 自乳化蜡(Polaw ax NF ) 水杨酸去离子水精制羊毛醇甘油

聚丙烯酰胺/C 13～14异烷烃/月桂醇醚-7香精

w /%

12. 05. 02. 0加至1001. 02. 02. 0q. s

w /%

3. 000. 200. 2581. 501. 304. 004. 004. 001. 000. 500. 25

B :

2　化妆品工业的乳化工艺设备

　　近20年来, 化妆品工业的乳化工艺设备有较大的发展, 各种带有高速均质器的真空乳化设备、先进的自动控制和计量技术、医药级无污染的设备材质等都使化妆品工业的乳化工艺水平有较大的飞跃。2. 1　乳化工艺设备的工作原理2. 1. 1　含有液体的混合过程

1. 7　一些复合的乳化剂

国外不少原料生产厂家不断地推出一些专利的复合乳化剂(有些称为乳化蜡) , 这类乳化剂一般为多功

能的, 例如具有保湿、调理、增稠和调节流变性的作用。表31列出一些市售的复合乳化剂体系和功能; 表32

第2期

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2000年4月

在大多数情况下, 混合过程都含有一些液体组分, 含液体质量分数大的混合物具有流体的特性。有关液体混合机理的研究很不完善, 还不足以从纯理论基础设计最佳的液体混合设备, 一些液体混合的基本原理主要还是一些经验或半经验的理论。2. 1. 1. 1　液流和雷诺数

在工业生产过程中, 液体在管道或容器中流动, 可区分为两种流型:层流(Laminar flow ) 和湍流(T ur bulence ) , 或称涡流(Eddy curr ents ) 。层流是流体分子或液滴流动方向平行于整个液流的流动方向, 沿着直线流动。流体中的传质主要是通过相邻流层间的分子扩散进行的(即布朗运动) 。层流的混合作用是不明显的, 要安全混合需要较长的时间。随着液流速度的增加, 相邻液层的相互作用, 液流的液体单元不单纯是平行于液流方向运动, 而是存在飘忽不定的运动状态, 产生剪切作用, 形成湍流。旋涡状的湍流使流层间形成传质作用。与其他混合作用比较, 湍流混合的速度较快。

当静止的液体慢慢的搅拌时, 开始形成层流, 但随着流体速度的增加, 层流变为湍流。因而, 流速是决定流型的重要因素, 在描述层流转变为湍流的临界流动速度时, 提出了雷诺数Re 。Re 是一个无量纲的特征数, 由下式定义:

　　　　　Re=(1)

式中:Re 为雷诺数, D 为浆叶直径, N 为桨叶末端速度(r /min ) , Q 为液体密度, G 为液体粘度。

尽管对湍流混合的机理了解较少, 但经验表明, 在混合罐中雷诺数约2×103时, 湍流开始形成; Re >104时, 完全形成湍流。大多数化妆品混合过程也发现类似的结果。在1Pa ・s ～10Pa ・s 粘度范围的液体, 较易形成湍流, 多数化妆品混合过程是在这一粘度范围内。对于高粘度的浆液, 在混合容器内呈层流, 混合较困难。在这种情况下, 需要更高的剪切力, 才可较快地达到均匀混合。湍流混合不仅可提供较快的混合作用, 而且可以影响分散作用。2. 1. 1. 2　液体混合设备

在液体混合时, 一般存在有三种混合机理:整体流动、湍流扩散和分子扩散。随着粘度的增加, 建立湍流变得更困难, 湍流和分子扩散作用显得较为次要。因而, 根据湍流是否占优势, 液体混合设备可分成两类:层流剪切/分配式混合器和湍流混合器。

　　在混合容器中, 液体流动型式可分为三种主要类型。切向流动(Tangential flo w ) :在切向流动时, 液体平行于桨叶运动方向流动, 除桨叶末端外, 很少液体垂直于桨叶运动方向流动[图(1) ]。辐射流动(Radial

flow ) :在辐射流动时, 由于离心力的作用, 液体由桨叶往外排料, 形成辐射型的液流[图1(b ) ]; 如果运动的液体碰到容器壁, 液流分成两股, 返回桨叶, 引起湍流和混合。轴向流动(Axial flow ) :在轴向流动时, 液流方向平行于转动轴。叶轮或螺旋桨叶的设计和安装, 使液体沿轴的方向运动, 流动方向由容器顶部至底部, 或由底部至顶部[图1(c ) ]。轴向流动是一种较重要的流动型式, 它是化妆品和洗涤用品工业中混合效率最高的一种优选流动型式, 但实际上要获得和保持这种流动型式较困难, 容器边有挡板存在有

助于轴向流动的形成。

图1　在混合容器中液体流动三种形式

在实际生产过程中, 任何一个混合设备的流动型式都是这三种流动型式的组合, 在不同情况下, 各种流动型式的贡献有所不同。在任何混合设备中, 搅拌混合时所形成的流动型式与容器的大小和形状, 所用的桨叶或混合器件的速度、形状和类型有关。2. 1. 2　高剪切作用的混合设备工作原理

高剪切作用混合器的主要工作原理是迫使混合物以很大的速度通过十分窄的缝隙。产生很大的剪切作用, 而使固体聚集物或液滴破碎。最常用的高剪切力的混合设备是转子-定子混合器(Ro to r -stator mix er ) 也称转子-定子均质器(Rotor -stator hom ogenizer ) 。它是由定子S 和同心高速转动的转子R 组成, 转子和定子之间的间隙很小(例如0. 1mm ) , 转子的转速为3000r /min ～6000r /min 。

图2　转子-定子高剪切混合器原理图

图2代表转子的一个叶片和定子, 其间隙为h, 如果转子和转速为v, 剪切速率D(即速度梯度) 由下式决定:(2)

典型的D 值为100/s ～50/s 。由粘度定义可得出粘度

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为G 的牛顿流体存在如下关系:

或S =(3) T h

S 为剪切应力。因而, 可看出:剪切应力(也可看作产品经历被剪切的程度) 随着混合物粘度的增加、转子速度

　　　　G =

的增加和定子与转子之间间隙的减小而增加。对于非牛顿流体, 使用表观粘度G app :

　　　　G app =(4)

相应剪切应力应为:

　　　　S =G app () n (0

　　实际情况远比上述公式复杂。定子开孔, 不同形状的孔和其他一些设计都可提高剪切作用。这类定子-转子混合器可安装在混合罐中, 间歇式生产使用, 也可以作为强力泵单元安装在管线上, 连续式生产使用。定子-转子混合器可以像一般搅拌器一样, 从顶部装入, 但由于剪切作用很大, 容易带入空气, 通常, 装在容器的底部。转子外边沿由于高速剪切, 会较快地磨损, 致使间隙增大, 剪切效率下降。

2. 1. 2. 1　各种乳化和分散设备

各种乳化和分散设备的工作原理如图3和表33所示。化妆品工业中应用较广泛的方法包括各类搅拌、射流、胶体磨和高压均质器等。

表33　各种乳化和分散方法

方法

1. 摇动2. 管流:a. 层流

b. 湍流

3. 射流4. 搅拌　a . 简单搅拌

层流粘滞力和

湍流

　b. 转子-定子混层流粘滞力和合器

　c. 括刀式搅拌　d. 振荡式

5. 胶体磨层流粘滞力6. 球磨、砂磨和三

层流粘滞力

辊机

层流粘滞力、湍

7. 高压均质器

流和气穴形成8. 超声均质器　a. 振动叶片式　b . 磁致收缩式

湍流和气穴形成中-高气穴形成中-高

连续

间歇或连续

水溶液水溶液

湍流

层流粘滞力

低中-高

间歇或连续

粘性不太粘不太粘粘性不太粘

作用机理湍流

层流粘滞应力湍流-能量密度低

操作方式间歇

限制情况不太粘粘性不太粘

　　管流法是在管线中高速液流冲击障碍物或挂板, 增加速度梯度或形成湍流。市售迷宫式静态混合器属于这类。液流被加压至0. 8M Pa ～1MPa 。2. 1. 2. 2　实验室用均质器

实验室常用的乳化和分散设备主要是可调转速的转子/定子均质器和胶体磨。转子/定子均质器可分为两种:标准型(图4) 和在管线中的均质器(图5) 。实验室用标准型均质器最高转速可达6000r/min, 并可根据需要更换各种形状的定子, 筛孔不同, 效果也有差别, 这可根据不同物料来选择。安装在管线中的均质器兼有泵和胶体磨的功能, 可连续生产但物料需要进行预混合, 其效率很高, 小型设备的流量可达20L /min

。

图4

　实验室用标准型均质器

低-中等连续低-中等连续低连续

图5　在管线中的均质器

2. 1. 2. 3　化妆品工业常用的乳化设备

目前, 上部双搅拌型真空乳化设备是较先进的真

空乳化设备。其结构如图6所示。它利用液压升降柱可将上盖和搅拌装置升起, 乳化罐可从下方卸料, 或倾倒卸料。搅拌装置包括框式带刮板的搅拌器, 转速为10r /min ～100r/m in(容积40L ～800L ) , 或13r/m in ～52r /min(容积1000L ～1600L) 、或10r /min ～40r/min (2000L ～4000L ) ; 高速均质器转速350r /min ～3500r /反应乳化罐容积40L ～4000L 。随着产品的不同, min 。

可配置不同的组合搅拌混合设备, 这种利用液压作用可开上盖的真空乳化设备使用方便, 操作自动化, 用后清洗较容易, 适用于间歇式、多品种的生产。这类乳化设备制造技术较复杂、价格也较昂贵。

外循环的真空乳化设备如图7所示, 这种设备有两套搅拌系统:上部锚式带刮板搅拌器(15r /min ～

低-中等间歇或连续低中-高中等高

间歇或连续连续间歇或连续连续

(图中箭头表示流动或转动方向。图中间隙已放大很多)

图3　一些乳化设备工作原理图

第2期

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90r /min ) 。和下部高速均质器及外循环系统(转速可达3500r /m in ) 。这种真空乳化设备搅拌时, 产生切向、辐射和轴向的液流(图8) , 外循环系统可确保全部物料都通过均质器均质。近年容量7t ～10t 的自动加料计量和压敏式自动称重成套乳化设备已开始应用。在容量材质方面开始使用抗污能力更强的不锈钢(如316L 型) 。图9和图10

为其他工业用乳化设备。

1-反应器　2-浆式搅拌器　3-均质器　4-制品泵　5-外循环系统6-电加热器　7出水和入水口　8-电器控制板

图9　移动式真空乳

化设备

1-油压升降柱　2-带括板的外搅拌器　3-乳化罐　4-均质器　5-马达

图6　上部双搅拌真

空乳化设备

1-容器　2-均质器　3-吊臂　4-电器控制箱5升降绞轮　6-底座　7-马达

图10　可移动高速均质器

　　一般间歇式乳化生产工艺流程如图11。它是最常用的生产膏霜和乳液的生产工艺,

一次投料量可由几

1-视镜　2-均质器　3-带括板的锚式搅拌器4-外循环装置　5-出料口

图7　可外循环的真

空乳化设备

图11　间歇式真空乳化工艺流程

公斤至几吨, 半自动或完全自动操作的现代化的设备真空乳化设备。油溶性和水溶性原料分别在油相和水相原料熔解罐内熔化或溶解, 温度一般保持在80℃左右, 一般用水蒸气加热较均匀。加热至一定温度的水相

1-转流板　2-刮板　3-带刮板搅拌器　4-均质器　5-乳化罐　6-夹套　7-保温层　8-浆式搅拌器　9-温度计　10-蒸汽或水夹套

和油相原料通过过滤器被加至乳化罐内进行一定时间的搅拌和乳化。在过程中可进行均质搅拌和真空脱气。然后, 向夹套通入冷水, 冷却到一定温度后(如45℃以下) , 添加香精, 继续冷却至一定温度后停止搅拌, 恢复常压后即可出料。进行真空乳化, 乳化罐内的原料没有蒸发损失, 可生产无菌产品。此外, 即使搅拌较快, 产品

图8　真空乳化机内液流方向示意图

3　典型乳化工艺流程

3. 1

　间歇式乳化生产工艺流程

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中也不会有气泡产生, 这可使乳化过程迅速完成。由于产品内不含气泡, 即使长期地贮存也不易被氧化, 在灌装时也不会影响计量。

3. 2　连续乳化生产工艺流程

连续乳化生产工艺流程图12和13所示。首先,

原

高压均匀器、均质阀门等进行乳化。如果配备两个预乳罐则可进行连续乳化。这类设备都有冷却夹套, 可进行强迫冷却。这类设备的优点是可连续不断地将预乳化的液体进行乳化, 它的效率较高, 只要控制好计量泵和

流量, 均可获得符合要求的产品。对于易产生气泡的产品, 所得产品质量不及真空乳化设备, 但设备价格较低, 小规模生产也适用。

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图12

　连续乳化工艺流程

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图13　利用管道式静态混合器连续

乳化和混合工艺流程

料分别在油相罐和水相罐内溶解或熔化, 再将料液在预乳化槽中进行乳化。预乳化后的原料用加压计量泵定量地送入“迷宫式”静态混合器或管式静态混合器、

Emulsification and its A pplications in Cosmetic Industry (Ⅴ)

Various Emulsifier Sy stems and Emulsion T echnology

QIU Bing -yi

(Dept. of Chem. , Sout h China Normal U niversity , Guangzhou 510631, China)

Abstract :In this paper , v arious emulsifier systems using in co smet ic emulsio ns and their topical for mula tio n ar e rev iew ed . V arious pr ocess , metho ds and st ate -o f -ar t equipments of emulsion technolog y ar e discussed in detail .

Keywords :Emulsifier; pr ocess of emulsion techno log y; vacuum emulsion; emulsio n equipment.

・会议消息・

　　・中国香料香精化妆品工业协会将于2000年第三季度举办:“2000年中国香料香精行业科技交流与发展研讨会暨香料香精产品展示和贸易洽谈会”。

　　・中国香料香精化妆品工业协会、北京日用化学工业学会, 将于2000年10. 31～11. 2日在北京中国国际贸易中心, 联合举办第十一届中国日用化工展览会。

第2期　　　日　用　化　学　工　业

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　知识讲座

2000年4月Chin a Surfactant Deter gent &Cosm etics

知识讲座

乳化作用及其在化妆品工业的应用(五)

各种乳化剂体系和乳化工艺技术(续完)

裘炳毅

(华南师范大学化学系, 精细化工研究室, 广州　510631)

(上文见本刊2000年第1期第60页) 1. 5　聚合物乳化剂

聚合物乳化剂一般为多功能化合物, 除作为乳化剂外, 还可能具有调理、成膜、增稠和调节流变性等作用。

1. 5. 1　丙烯酸盐/C 10～30丙烯酸酯交联共聚物

　　　　　　　表25　轻油质晚霜

A :

丙烯酸盐/C 10～30烷基丙烯酸酯交联共聚物　(Pem ulen R TR -2, BF Goodrich )

丙烯酸聚合物(Carbopol R Ultrez T M , BFGoodrich ) 羊毛醇醚-5, 16醇醚-5, 油醇醚-5和硬脂醇醚-5　(Solulan 5. Am erchol) 白矿油

硬脂酸辛酯(Cetiol 868, Henkel) 甘油

对羟基苯甲酸酯类防腐剂(Ph enonip R , Nip a) 去离子水

氢氧化钠溶液(18%的质量分数) 香精

　　　　　　　表26　防晒乳液

A:甲氧基PE G-22/二十二烷基二醇共聚物(Elfacos E 200)

PEG -45/二十二烷基二醇共聚物(Elfacos ST 9) 羟基二十八(烷) 醇羟基硬脂酸酯白矿油

甲氧基肉桂酸辛酯防腐剂(Nipas teril 30K) B:去离子水

山梨醇(7%) 防腐剂C:香精

w /%

6. 01. 02. 020. 02. 50. 362. 355. 00. 250. 6

　　　　　表27　O /W 润肤霜

A:甲氧基PE G-17/二十二烷基二醇共聚物

(Elfacos OW 100) 司盘-60白矿油十六醇

二甲基硅氧烷(DC200, Dow Corning) B :去离子水

丙二醇防腐剂

w /%

2. 03. 09. 07. 01. 075. 03. 0. w /%

0. 250. 501. 0010. 008. 002. 000. 5077. 200. 400. 15

1. 5. 3　PEG -30二聚羟基硬脂酸酯[14]

C ::

1. 5. 2　甲氧基PEG-17或甲氧基PEG-22/十二烷基二醇共聚物

甲氧基PEG-17/十二烷基二醇共聚物(Elfacos R

甲氧基PEG-22/十二烷基二醇共聚物(Elfaco E

收稿日期:1999-01-25　　　　修回日期:1999-09-25

第一作者简介:裘炳毅(1937-) , 男, 教授, 北京大学研究生毕业。

化剂。表28和29为配方实例。

知识讲座　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　日　用　化　学　工　业　　　　　　　　　　　　　　　　2000年第2期, 第30卷

　　　表28　高内相W /O 轻质保湿护肤霜

PHS-PEO-PHS(Arlacel P135, ICI) 环状二甲基硅氧烷和PPG-15硬脂醇醚　(Arlamol S 7, ICI)

异十六烷烃(Arlamol HD , ICI ) 山梨醇醚-30(Atlas G -2330) 七水合硫酸镁防腐剂去离子水C :

香精

w /%

1. 03. 0

为配方实例。

表31　市售的一些复合乳化剂体系

名　　称

商品名(生产厂家)

HPLB 值

功　　　　能

6. 04. 50. 8q . s 84. 7q. s

失水山梨醇硬　脂酸酯和蔗糖　蓖麻油酸酯烷氧基甘油失　水山梨醇羟基　硬脂酸酯失水山梨醇油　酸酯和甘油蓖　麻油酸酯羊毛脂醇醚-5,

B :

A rlatone 21216. 0O/W 型乳化剂, 易形成层状(ICI)液晶, 有超长保湿、滋润、稳

定及活性成分的缓释效果。A rlacel 780(ICI)A rlacel 1689和1690(ICI) S olulan 5

4. 7W /O 型乳化剂, 可用于低温乳

化工艺, 对乳化热敏感的活性物适用, 尤其乳液配方。3. 5天然级W /O 乳化剂, 低用量

就可乳化广泛油类和活性物, 赋予产品良好的外观和肤感。8. 0

非离子W /O 乳化剂, O/W 体系辅助乳化剂和稳定剂。

　　　　　表29　稳定W 1/O/W 2多重乳液

初级乳液(W 1/O)　A:异十六烷烃

辛酸/癸酸三甘酯

PPG-15硬脂醇醚(Arlamol E , ICI)

PEG -30二聚羟基硬脂酸酯(Arlacel P 135, ICI ) 　B :去离子水

氯化钠防腐剂

二级乳液(W 1/O/W 2) 　A:初级乳液(W 1/O) 　B:去离子水

　C:PEG-PPG 嵌段聚合物(Poloxamer 407) 　D:丙烯酸聚合物(Carbopol 934) 　E :防腐剂　:三乙醇胺

w /%

15. 007. 507. 504. 0065. 500. 4q. s 70. 00加至100. 00

2. 000. 5q . s 0. 50

　十六醇醚-5, 油(Amerchol) 　醇醚-5, 硬脂醇　醚-5羊毛脂醇醚-16,

S olulan 15

Iexem ul AS (Inolex)Polaw ax GP200(Croda) Iexem ul AR (Inolex)S olulan 25

15非离子O /W 体系乳化剂, 加

溶剂。

16非离子O/W 体系乳化剂, 加

溶剂。

　十六醇醚-25, 油(Amerchol)

1. 6　仿生磷脂乳化剂

　　　　　　　　　表30　润肤霜

Phosp holipid SV

硬脂醇醚-20

对羟基苯甲酸甲酯去离子水硬脂醇醚-2十六醇

肉豆蔻醇肉豆蔻酸酯肉豆蔻酸异丙酯

二甲基硅氧烷(100cS ) 羊毛醇

对羟基苯甲酸丙酯

4. 1阳离子体系乳化剂, 稳定剂, 柔

顺剂和遮光剂。4. 9阴离子体系乳化剂, 稳定剂, 柔

顺剂和遮光剂。

非离子自乳化蜡, 耐盐性和热稳定性高, 不刺激皮肤和眼睛, 可用作化妆品和药物乳化剂。

符合美国药典要求的非离子自乳化蜡。

用作气雾剂型速破泡沫制品的乳化剂。

Polaw aNF (C roda ) Polaw axA31(C roda )

　　　　　表32　含水杨酸抗衰老润肤霜

PPG -15硬脂醇醚(Prostaryl 15, Croda ) 自乳化蜡(Polaw ax NF ) 水杨酸去离子水精制羊毛醇甘油

聚丙烯酰胺/C 13～14异烷烃/月桂醇醚-7香精

w /%

12. 05. 02. 0加至1001. 02. 02. 0q. s

w /%

3. 000. 200. 2581. 501. 304. 004. 004. 001. 000. 500. 25

B :

2　化妆品工业的乳化工艺设备

1. 7　一些复合的乳化剂

国外不少原料生产厂家不断地推出一些专利的复合乳化剂(有些称为乳化蜡) , 这类乳化剂一般为多功

能的, 例如具有保湿、调理、增稠和调节流变性的作用。表31列出一些市售的复合乳化剂体系和功能; 表32

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　　　　　Re=(1)

式中:Re 为雷诺数, D 为浆叶直径, N 为桨叶末端速度(r /min ) , Q 为液体密度, G 为液体粘度。

助于轴向流动的形成。

图1　在混合容器中液体流动三种形式

图2　转子-定子高剪切混合器原理图

图2代表转子的一个叶片和定子, 其间隙为h, 如果转子和转速为v, 剪切速率D(即速度梯度) 由下式决定:(2)

典型的D 值为100/s ～50/s 。由粘度定义可得出粘度

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为G 的牛顿流体存在如下关系:

或S =(3) T h

S 为剪切应力。因而, 可看出:剪切应力(也可看作产品经历被剪切的程度) 随着混合物粘度的增加、转子速度

　　　　G =

的增加和定子与转子之间间隙的减小而增加。对于非牛顿流体, 使用表观粘度G app :

　　　　G app =(4)

相应剪切应力应为:

　　　　S =G app () n (0

2. 1. 2. 1　各种乳化和分散设备

各种乳化和分散设备的工作原理如图3和表33所示。化妆品工业中应用较广泛的方法包括各类搅拌、射流、胶体磨和高压均质器等。

表33　各种乳化和分散方法

方法

1. 摇动2. 管流:a. 层流

b. 湍流

3. 射流4. 搅拌　a . 简单搅拌

层流粘滞力和

湍流

　b. 转子-定子混层流粘滞力和合器

　c. 括刀式搅拌　d. 振荡式

5. 胶体磨层流粘滞力6. 球磨、砂磨和三

层流粘滞力

辊机

层流粘滞力、湍

7. 高压均质器

流和气穴形成8. 超声均质器　a. 振动叶片式　b . 磁致收缩式

湍流和气穴形成中-高气穴形成中-高

连续

间歇或连续

水溶液水溶液

湍流

层流粘滞力

低中-高

间歇或连续

粘性不太粘不太粘粘性不太粘

作用机理湍流

层流粘滞应力湍流-能量密度低

操作方式间歇

限制情况不太粘粘性不太粘

。

图4

　实验室用标准型均质器

低-中等连续低-中等连续低连续

图5　在管线中的均质器

2. 1. 2. 3　化妆品工业常用的乳化设备

目前, 上部双搅拌型真空乳化设备是较先进的真

外循环的真空乳化设备如图7所示, 这种设备有两套搅拌系统:上部锚式带刮板搅拌器(15r /min ～

低-中等间歇或连续低中-高中等高

间歇或连续连续间歇或连续连续

(图中箭头表示流动或转动方向。图中间隙已放大很多)

图3　一些乳化设备工作原理图

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为其他工业用乳化设备。

1-反应器　2-浆式搅拌器　3-均质器　4-制品泵　5-外循环系统6-电加热器　7出水和入水口　8-电器控制板

图9　移动式真空乳

化设备

1-油压升降柱　2-带括板的外搅拌器　3-乳化罐　4-均质器　5-马达

图6　上部双搅拌真

空乳化设备

1-容器　2-均质器　3-吊臂　4-电器控制箱5升降绞轮　6-底座　7-马达

图10　可移动高速均质器

　　一般间歇式乳化生产工艺流程如图11。它是最常用的生产膏霜和乳液的生产工艺,

一次投料量可由几

1-视镜　2-均质器　3-带括板的锚式搅拌器4-外循环装置　5-出料口

图7　可外循环的真

空乳化设备

图11　间歇式真空乳化工艺流程

1-转流板　2-刮板　3-带刮板搅拌器　4-均质器　5-乳化罐　6-夹套　7-保温层　8-浆式搅拌器　9-温度计　10-蒸汽或水夹套

图8　真空乳化机内液流方向示意图

3　典型乳化工艺流程

3. 1

　间歇式乳化生产工艺流程

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中也不会有气泡产生, 这可使乳化过程迅速完成。由于产品内不含气泡, 即使长期地贮存也不易被氧化, 在灌装时也不会影响计量。

3. 2　连续乳化生产工艺流程

连续乳化生产工艺流程图12和13所示。首先,

原

流量, 均可获得符合要求的产品。对于易产生气泡的产品, 所得产品质量不及真空乳化设备, 但设备价格较低, 小规模生产也适用。

参考文献:

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图12

　连续乳化工艺流程

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图13　利用管道式静态混合器连续

乳化和混合工艺流程

Emulsification and its A pplications in Cosmetic Industry (Ⅴ)

Various Emulsifier Sy stems and Emulsion T echnology

QIU Bing -yi

(Dept. of Chem. , Sout h China Normal U niversity , Guangzhou 510631, China)

Keywords :Emulsifier; pr ocess of emulsion techno log y; vacuum emulsion; emulsio n equipment.

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