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表面活性剂及卡波姆的增稠机理

  • 2022-05-29
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表面活性剂一般是由疏水基和亲水基两部分组成。分子中具有不对称的结构，一部分易溶于水，常见的基团有羧基、硫酸基、磺酸基和季铵基；另一部分不溶于水，一般含有C8～C18碳的直链烃。

表面活性剂在水溶液中随着浓度的增加，排列变化图：

CMC：临界胶束浓度
常见的几种胶束类型示意图：

随着表面活性剂浓度的增加，胶束会组合成液晶，主要有以下几种类型：

溶液中随表面活性剂量的增大，通常其排列变化如下：

在表面活性剂水溶液体系中，增稠的途径一般有以下几种：

1、添加电解质，如NaCl；
2、添加小分子增稠剂，如638、DOE120；
3、增加表面活性剂浓度或复配其它表面活性剂，如6501、CMEA、CMMEA。

01、添加电解质（NaCl）

02、638的增稠机理

03、离子表面活性剂增稠机理

常规表面活性剂增稠机理俯视图：

表面活性剂溶液胶束：
1、表面活性剂胶束：低聚体、球状胶束、棒球、状胶束、六角束、层状胶束、反胶束
2、六角束时体系粘度最高
3、胶束过大则溶液变浑浊

01、影响表面活性剂溶液粘度的因素
1、表面活性剂浓度越高则粘度越大
2、AEO降粘、CMEA增粘
3、电解质使体系粘度增加
4、小分子有机极性物（如尿素、二甲苯磺酸盐使体系粘度降低）
5、温度升高，胶束变小，体系粘度降低
6、PEO（高分子量聚氧乙烯）可使体系20-25℃粘度最高

02、影响表面活性剂体系透明度的因素
1、表面活性剂胶束不能太大，会使体系浑浊（电解质不能太多、注意温度的影响）
2、表面活性剂胶束加溶作用使少量的“油”存在而体系透明（如香精）
3、过多电解质影响表面活性剂加溶作用


 
卡波姆性状：
Carbopol为白色、疏松、吸湿性强和具特殊臭味的粉末，静电作用强。由于其结构中含有52%-68%的羧酸基团，因此具有一定的酸性，其平均粒径为0.2um，相对密度为1.4，平均含水量为8%，干燥状态时不会长霉菌，可溶于乙醇、水和甘油，具有胶体溶液的特性。
 
卡波姆作为化妆品中常用的增稠剂，卡波姆增稠对体系pH值有一定的要求，pH值低于或高于都会导致卡波姆体系黏度下降。

卡波姆特点：
1.持久搅拌或高剪切搅拌会造成粘度损失，甚至永久性损失。
2.离子存在--电解质会降低增稠效率。
3.不受温度影响，不支持细菌和霉菌生长，不具备表面活性剂性质。
4.紫外线照射会降低粘度且不可恢复，加入抗氧剂可减缓反应。
5.怕盐，不能添加矿物离子，否则稠度会消失，刺激眼粘膜。

卡波姆增稠机理：
1. 中和增稠
由于其含有一定的酸基团，在应用的过程中需要进行碱性中和。被碱性中和后的卡波树脂，其羧基发生离子化，由于负电荷的相互排斥作用，蜷缩的分子链伸展呈极大的膨胀状态，使原来的体积增大到1000倍左右，从而起到增稠的作用。
 
2.氢键增稠
卡波姆分子作为羧基给予体，能与一个或两个以上羟基结合形成氢键而增稠，这种反应机理需要时间。常用的羟基给予体有非离子型表面活性剂、多元醇等。
 
卡波姆的中和剂可用氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钾、硼砂、氨基酸类、极性有机胺类如三乙醇胺。月桂胺和硬脂胺可在非极性系统中作中和剂。中和后的卡波姆水凝胶在pH6～11之间最粘稠，如pH＜3或pH＞12，粘稠度即降低。常规用量在0.2-0.4%，能替代3-7%的常规乳化剂。
 


卡波姆用途：
（1）在很低的浓度--0.1-0.5%有效，取代了传统的表面活性剂用量3-7%。
（2）不受HLB值和PlT的限制。
（3）可在室温下乳化任何液体油类。
（4）如在制造时将蜡熔化，可乳化蜡类。
（5）充分发挥表面活性剂的润湿、分散、粘附等作用，可制得稳定的乳剂。
（6）重新润湿时不会再乳化，容易制备不含成膜剂的防水乳剂。
（7）可使高油相溶入水中形成(o/w)乳剂。
 
 
常见卡波姆类型：
Carbopol是聚烷基蔗糖或聚烷基季戊四醇与丙烯酸交联聚合物的共聚物。不同的材料和聚合度构成多种规格的产品，已知的有Carbopol 910、934、934p、940、941、954、971P、980、981以及Carbopol 1342、1382、2984、5984等。
 
常用卡波姆系列有：
Carbopol 940：短流变性、高粘度、高清澈度，低耐离子性及耐剪切性，适用于凝胶及膏霜中。
Carbopol 941：长流变性、低粘度、高清澈度，中等耐离子性及耐剪切，适用于凝胶及乳液。
Carbopol 934：交联聚丙烯酸树脂，局部给药系统，在高粘度时稳定，用于浓凝胶剂、乳剂、混悬剂。
 
Carbopol 1342：交联聚丙烯酸树脂，局部给药系统，在电解质存在下极好的流变学改进剂，聚合乳化作用。
Carbopol 980：交联聚丙烯酸树脂，局部给药系统，结晶澄明凝胶剂，水或酒精溶剂。
Carbopol ETD 2020：丙烯酸酯/C10-30烷基丙烯酸酯交链共聚物，长流变性、低粘度、高清澈度、高耐离子性及耐剪切性，适用清澈凝胶。
 
高分子聚合物，后面连接数字(如Carbomer 940) 越大代表聚合分子越大。

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