Shampoo ist ein Produkt des täglichen Gebrauchs, das Schmutz von Kopfhaut und Haar entfernt und diese sauber hält. Die Hauptbestandteile von Shampoo sind Tenside, Verdickungsmittel, Pflegestoffe, Konservierungsmittel usw. Tenside sind dabei der wichtigste Bestandteil. Sie reinigen, schäumen, regulieren das Fließverhalten und sorgen für Hautverträglichkeit. Darüber hinaus spielen sie eine Schlüsselrolle bei der kationischen Flockung. Da sich kationische Polymere auf dem Haar ablagern können, hängt dieser Prozess eng mit der Oberflächenaktivität zusammen. Diese wiederum fördert die Ablagerung weiterer nützlicher Inhaltsstoffe (wie Silikonemulsionen oder Anti-Schuppen-Wirkstoffe). Änderungen im Tensidsystem oder im Elektrolytgehalt lösen stets eine Kettenreaktion der pflegenden Polymerwirkung im Shampoo aus.
1. SLES-Tabellenaktivität
SLS hat eine gute feuchtigkeitsspendende Wirkung, erzeugt reichhaltigen Schaum und neigt zu sprunghafter Schaumbildung. Allerdings interagiert es stark mit Proteinen und reizt die Haut stark, weshalb es selten als Haupt-Tensid verwendet wird. Derzeit ist SLES der Hauptwirkstoff in Shampoos. Die Adsorptionswirkung von SLES auf Haut und Haar ist deutlich geringer als die von entsprechendem SLS. SLES-Produkte mit einem höheren Ethoxylierungsgrad weisen praktisch keine Adsorptionswirkung auf. Darüber hinaus ist der Schaum von SLES stabil und beständig gegen hartes Wasser. Die Haut, insbesondere die Schleimhäute, ist gegenüber SLES deutlich toleranter als gegenüber SLS. Natriumlaurethsulfat und Ammoniumlaurethsulfat sind die beiden am häufigsten verwendeten SLES-Tenside auf dem Markt. Untersuchungen von Long Zhike und anderen ergaben, dass Ammoniumlaurethsulfat eine höhere Schaumviskosität, gute Schaumstabilität, ein moderates Schaumvolumen, gute Reinigungswirkung und weicheres Haar nach dem Waschen aufweist. Ammoniumlaurethsulfat hingegen dissoziiert unter alkalischen Bedingungen. Daher wird Natriumlaurethsulfat, das einen breiteren pH-Bereich benötigt, häufiger verwendet, ist aber reizender als Ammoniumsalze. Die Anzahl der Ethoxygruppen in SLES liegt üblicherweise zwischen 1 und 5. Die Einführung von Ethoxygruppen reduziert die kritische Mizellenkonzentration (CMC) von Sulfattensiden. Die größte CMC-Reduktion tritt nach der Einführung einer einzigen Ethoxygruppe auf, während die Reduktion nach der Einführung von 2 bis 4 Ethoxygruppen deutlich geringer ausfällt. Mit zunehmender Anzahl an Ethoxygruppen verbessert sich die Hautverträglichkeit von AES, und bei SLES mit etwa 10 Ethoxygruppen werden kaum Hautreizungen beobachtet. Die Einführung von Ethoxygruppen erhöht jedoch die Löslichkeit des Tensids, was den Viskositätsaufbau erschwert. Daher muss ein optimales Verhältnis gefunden werden. Viele handelsübliche Shampoos verwenden SLES mit durchschnittlich 1 bis 3 Ethoxy-Einheiten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass SLES in Shampooformulierungen kosteneffektiv ist. Es erzeugt nicht nur reichhaltigen Schaum und ist beständig gegen hartes Wasser, sondern lässt sich auch leicht verdicken und führt zu einer schnellen kationischen Flockung. Daher ist es nach wie vor das am häufigsten verwendete Tensid in modernen Shampoos.
2. Aminosäure-Tenside
Da SLES in den letzten Jahren Dioxan enthält, sind die Verbraucher auf mildere Tensidsysteme umgestiegen, wie zum Beispiel Aminosäure-Tensidsysteme, Alkylglycosid-Tensidsysteme usw.
Aminosäure-Tenside werden hauptsächlich in Acylglutamat, N-Acylsarcosinat, N-Methylacyltaurat usw. unterteilt.
2.1 Acylglutamat
Acylglutamate werden in Mononatrium- und Dinatriumsalze unterteilt. Die wässrige Lösung der Mononatriumsalze ist sauer, die der Dinatriumsalze alkalisch. Das Acylglutamat-Tensidsystem besitzt ein gutes Schaumvermögen, befeuchtende und reinigende Eigenschaften sowie eine Beständigkeit gegenüber hartem Wasser, die der von SLES überlegen oder vergleichbar ist. Es ist sehr sicher, verursacht keine akuten Hautreizungen oder Sensibilisierungen und weist eine geringe Phototoxizität auf. Die einmalige Reizung der Augenschleimhaut ist mild, und die Reizung verletzter Haut (5%ige Lösung) ist vergleichbar mit der von Wasser. Das bekannteste Acylglutamat ist Dinatriumcocoylglutamat. Dinatriumcocoylglutamat wird aus der äußerst sicheren natürlichen Kokosfettsäure und Glutaminsäure nach der Acylchloridierung hergestellt. (Li Qiang et al.) Die Studie „Research on the Application of Disodium Cocoyl Glutamate in Silicone-Free Shampoos“ zeigte, dass die Zugabe von Dinatriumcocoylglutamat zum SLES-System dessen Schaumbildung verbessert und SLES-ähnliche Symptome wie Hautreizungen reduziert. Bei Verdünnungsfaktoren von 10, 20, 30 und 50 hatte Dinatriumcocoylglutamat keinen Einfluss auf die Flockungsgeschwindigkeit und -intensität des Systems. Bei Verdünnungsfaktoren von 70 oder 100 war die Flockung zwar besser, die Verdickung jedoch schwieriger. Dies liegt daran, dass das Dinatriumcocoylglutamat-Molekül zwei Carboxylgruppen besitzt und die hydrophile Kopfgruppe an der Grenzfläche abgefangen wird. Die größere Oberfläche führt zu einem kleineren kritischen Packungsparameter, wodurch das Tensid leichter sphärische Aggregate bildet. Dies erschwert die Bildung wurmartiger Mizellen und somit die Verdickung.
2,2 N-Acylsarcosinat
N-Acylsarcosinat wirkt im neutralen bis schwach sauren Bereich benetzend, schäumt stark und stabilisiert die Haut. Es ist zudem sehr tolerant gegenüber hartem Wasser und Elektrolyten. Das bekannteste Beispiel ist Natriumlauroylsarcosinat. Natriumlauroylsarcosinat besitzt eine ausgezeichnete Reinigungswirkung. Es handelt sich um ein anionisches Tensid vom Aminosäuretyp, das aus Laurinsäure und Natriumsarcosinat natürlicher Herkunft in einer vierstufigen Reaktion aus Phthalierung, Kondensation, Ansäuerung und Salzbildung hergestellt wird. Die Schaumbildung, das Schaumvolumen und die Entschäumungsleistung von Natriumlaurethsulfat sind vergleichbar mit denen von Natriumlaurethsulfat. Im Shampoo-System mit demselben kationischen Polymer zeigen die Flockungskurven beider Substanzen jedoch deutliche Unterschiede. Im Schaum- und Einreibeprozess weist das Shampoo mit Aminosäuren eine geringere Gleitfähigkeit auf als das mit Sulfaten. In der Spülphase ist nicht nur die Spülgleitfähigkeit etwas geringer, sondern auch die Spülgeschwindigkeit des Aminosäure-Shampoos langsamer als die des Sulfat-Shampoos. Wang Kuan et al. fanden heraus, dass das System aus Natriumlauroylsarcosinat und nichtionischen, anionischen und zwitterionischen Tensiden durch Variation von Parametern wie Tensidmenge und -verhältnis beeinflusst wird. Dabei zeigte sich, dass bei binären Systemen bereits geringe Mengen an Alkylglykosiden eine synergistische Verdickung bewirken können. Bei ternären Systemen hingegen hat das Verhältnis einen großen Einfluss auf die Viskosität. Die Kombination von Natriumlauroylsarcosinat, Cocamidopropylbetain und Alkylglykosiden erzielt dabei die besten selbstverdickenden Effekte. Aminosäure-Tensidsysteme können von diesem Verdickungsmechanismus lernen.
2,3 N-Methylacyltaurin
Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von N-Methylacyltaurat ähneln denen von Natriumalkylsulfat gleicher Kettenlänge. Es besitzt ebenfalls gute Schaumbildungseigenschaften und ist weitgehend unempfindlich gegenüber pH-Wert und Wasserhärte. Selbst in hartem Wasser, auch im schwach sauren Bereich, schäumt es gut und hat daher ein breiteres Anwendungsspektrum als Alkylsulfate. Zudem ist es hautverträglicher als N-Natriumlauroylglutamat und Natriumlaurylphosphat. Es ist ein mildes, reizarmes Tensid, vergleichbar mit, aber deutlich weniger reizend als SLES. Ein repräsentatives Beispiel ist Natriummethylcocoyltaurat. Es entsteht durch Kondensation von natürlich gewonnenen Fettsäuren und Natriummethyltaurat. Als universelles Aminosäuretensid zeichnet es sich durch reichhaltigen Schaum und gute Schaumstabilität aus und ist im Wesentlichen unempfindlich gegenüber pH-Wert und Wasserhärte. Natriummethylcocoyltaurat verstärkt die Verdickung von amphoteren Tensiden, insbesondere solchen vom Betain-Typ. Zheng Xiaomei et al. untersuchten in ihrer Studie „Research on the Application Performance of Four Amino Acid Tensids in Shampoos“ Natriumcocoylglutamat, Natriumcocoylalanat, Natriumlauroylsarcosinat und Natriumlauroylaspartat. Dabei wurde die Anwendungsleistung in Shampoos vergleichend untersucht. Unter Verwendung von Natriumlaurethsulfat (SLES) als Referenzsubstanz wurden Schaumbildung, Reinigungskraft, Verdickungs- und Flockungseigenschaften analysiert. Die Experimente ergaben, dass Natriumcocoylalanat und Natriumlauroylsarcosinat eine etwas bessere Schaumbildung als SLES aufweisen. Die Reinigungskraft der vier Aminosäure-Tenside unterscheidet sich kaum und ist jeweils etwas besser als die von SLES. Die Verdickungsleistung ist im Allgemeinen geringer als die von SLES. Durch Zugabe eines Verdickungsmittels zur Viskositätsanpassung konnte die Viskosität des Natriumcocoyl-Alanin-Systems auf 1500 Pa·s erhöht werden, während die Viskosität der drei anderen Aminosäuresysteme weiterhin unter 1000 Pa·s liegt. Die Flockungskurven der vier Aminosäure-Tenside verlaufen sanfter als die von SLES, was darauf hindeutet, dass das Aminosäure-Shampoo langsamer ausspült, während das Sulfat-System etwas schneller ausspült. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei der Verdickung der Aminosäure-Shampoo-Formulierung die Zugabe nichtionischer Tenside zur Erhöhung der Mizellenkonzentration in Betracht gezogen werden kann. Alternativ können auch Polymerverdickungsmittel wie PEG-120-Methylglucosedioleat verwendet werden. Die Entwicklung geeigneter kationischer Pflegestoffe zur Verbesserung der Kämmbarkeit stellt bei dieser Art von Formulierung weiterhin eine Herausforderung dar.
3. Nichtionische Alkylglykosid-Tenside
Neben Aminosäure-Tensiden haben nichtionische Alkylglycosid-Tenside (APGs) in den letzten Jahren aufgrund ihrer geringen Reizwirkung, Umweltfreundlichkeit und guten Hautverträglichkeit große Aufmerksamkeit erregt. In Kombination mit Tensiden wie Fettalkohol-Polyethersulfaten (SLES) reduzieren nichtionische APGs die elektrostatische Abstoßung der anionischen Gruppen von SLES und bilden dadurch große Mizellen mit stäbchenförmiger Struktur. Diese Mizellen dringen weniger leicht in die Haut ein. Dadurch wird die Wechselwirkung mit Hautproteinen und die daraus resultierende Reizung verringert. Fu Yanling et al. fanden heraus, dass SLES als anionisches Tensid, Cocamidopropylbetain und Natriumlauroamphoacetat als zwitterionische Tenside und Decylglucosid und Cocoylglucosid als nichtionische Tenside verwendet wurden. Nach Tests zeigten die Wirkstoffe, dass anionische Tenside die besten Schaumeigenschaften aufwiesen, gefolgt von zwitterionischen Tensiden, während APGs die schlechtesten Schaumeigenschaften zeigten. Shampoos mit anionischen Tensiden als Hauptwirkstoffen zeigen deutliche Ausflockung, während zwitterionische Tenside und APGs die schlechtesten Schaumeigenschaften aufweisen. Es trat keine Ausflockung auf. Hinsichtlich der Ausspül- und Kämmbarkeitseigenschaften im nassen Haar ergibt sich folgende Reihenfolge (von am besten zu am schlechtesten): APGs > Anionen > Zwitterionen. Im trockenen Haar sind die Kämmeigenschaften von Shampoos mit Anionen und Zwitterionen als Haupttensiden vergleichbar. Das Shampoo mit APGs als Haupttensid weist die schlechtesten Kämmeigenschaften auf. Der Test mit der Chorioallantoismembran von Hühnerembryonen zeigt, dass das Shampoo mit APGs als Haupttensid am mildesten ist, gefolgt vom Shampoo mit Anionen und Zwitterionen als Haupttensiden. APGs haben eine niedrige kritische Mizellenbildungskonzentration (CMC) und sind sehr effektive Detergenzien für Haut und Talglipide. Daher wirken APGs als Haupttensid und können dazu führen, dass sich das Haar ausgetrocknet und strapaziert anfühlt. Obwohl sie sanft zur Haut sind, können sie auch Lipide extrahieren und die Haut austrocknen. Daher sollte bei der Verwendung von APGs als Haupttensid beachtet werden, inwieweit diese Hautlipide entfernen. Um Schuppenbildung vorzubeugen, können der Formel geeignete Feuchtigkeitsspender beigemischt werden. Bei trockener Haut kann das Produkt laut Autor auch als ölregulierendes Shampoo verwendet werden (nur als Referenz).
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Oberflächenaktivität in Shampoos nach wie vor hauptsächlich von anionischen Tensiden dominiert wird, die sich im Wesentlichen in zwei Hauptsysteme unterteilen lassen. Erstens wird SLES mit zwitterionischen oder nichtionischen Tensiden kombiniert, um Hautreizungen zu reduzieren. Dieses System zeichnet sich durch reichhaltigen Schaum, gute Verdickung, schnelle Ausflockung kationischer und silikonölhaltiger Pflegestoffe sowie geringe Kosten aus und ist daher weiterhin das gängigste Tensidsystem auf dem Markt. Zweitens werden anionische Aminosäuresalze mit zwitterionischen Tensiden kombiniert, um die Schaumbildung zu verbessern. Dieser Bereich ist ein wichtiger Entwicklungsschwerpunkt. Produkte dieser Art sind mild und schäumen reichhaltig. Da die Formeln mit Aminosäuresalzen jedoch langsam ausflocken und sich nur langsam ausspülen lassen, können sie das Haar relativ austrocknen. Nichtionische APGs (Aminosäure-Propylglycerine) stellen aufgrund ihrer guten Hautverträglichkeit einen neuen Ansatz in der Shampooentwicklung dar. Die Herausforderung bei der Entwicklung dieser Formeln besteht darin, effizientere Tenside zu finden, um die Schaumbildung zu intensivieren, und geeignete Feuchtigkeitsspender hinzuzufügen, um die Auswirkungen der APGs auf die Kopfhaut zu mildern. Trockene Bedingungen.
Veröffentlichungsdatum: 21. Dezember 2023