שמפו הוא מוצר המשמש בחיי היומיום של אנשים להסרת לכלוך מהקרקפת והשיער ולשמירה על ניקיון הקרקפת והשיער. המרכיבים העיקריים של שמפו הם חומרים פעילי שטח (המכונים חומרים פעילי שטח), מעבים, מרככים, חומרים משמרים וכו'. המרכיב החשוב ביותר הוא חומרים פעילי שטח. תפקידיהם של חומרים פעילי שטח כוללים לא רק ניקוי, הקצפה, שליטה בהתנהגות הריאולוגית ועדינות העור, אלא גם תפקיד מפתח בהפתתה קטיונית. מכיוון שניתן לשקוע פולימר קטיוני על השיער, התהליך קשור קשר הדוק לפעילות פני השטח, ופעילות פני השטח מסייעת גם לשקיעת רכיבים מועילים אחרים (כגון תחליב סיליקון, חומרים פעילים נגד קשקשים). שינוי מערכת החומרים הפעילי שטח או שינוי רמות האלקטרוליטים תמיד יגרמו לתגובת שרשרת של השפעות פולימר מרכך בשמפו.
1. פעילות טבלת SLES
ל-SLS יש אפקט לחות טוב, הוא יכול לייצר קצף עשיר ונוטה לייצר קצף בזק. עם זאת, יש לו אינטראקציה חזקה עם חלבונים והוא מגרה מאוד את העור, ולכן הוא משמש לעתים רחוקות כפעילות שטח עיקרית. המרכיב הפעיל העיקרי כיום בשמפו הוא SLES. אפקט הספיחה של SLES על העור והשיער נמוך באופן ברור מזו של SLS המקביל. מוצרי SLES עם דרגת אתוקסילציה גבוהה יותר לא יפגעו בפועל באפקט ספיחה. בנוסף, לקצף של SLES יש יציבות טובה ועמידות חזקה למים קשים. העור, ובמיוחד הקרום הרירי, סובל הרבה יותר ל-SLES מאשר SLS. נתרן לאורת סולפט ואמוניום לאורת סולפט הם שני החומרים הפעילי שטח של SLES הנפוצים ביותר בשוק. מחקר של לונג ז'יקה ואחרים מצא כי לאורת סולפט אמין יש צמיגות קצף גבוהה יותר, יציבות קצף טובה, נפח הקצפה בינוני, יכולת דטרגנט טובה ושיער רך יותר לאחר חפיפה, אך מלח אמוניום לאורת סולפט. גז האמוניה יתפרק בתנאים בסיסיים, ולכן נתרן לאורת סולפט, הדורש טווח pH רחב יותר, נמצא בשימוש נרחב יותר, אך הוא גם מגרה יותר ממלחי אמוניום. מספר יחידות האתוקסי של SLES הוא בדרך כלל בין 1 ל-5 יחידות. הוספת קבוצות אתוקסי תפחית את ריכוז המיצלה הקריטי (CMC) של חומרים פעילי שטח סולפטיים. הירידה הגדולה ביותר ב-CMC מתרחשת לאחר הוספת קבוצת אתוקסי אחת בלבד, בעוד שאחרי הוספת 2 עד 4 קבוצות אתוקסי, הירידה נמוכה בהרבה. ככל שיחידות האתוקסי עולות, התאימות של AES עם העור משתפרת, וכמעט ולא נצפה גירוי עור ב-SLES המכיל כ-10 יחידות אתוקסי. עם זאת, הכנסת קבוצות אתוקסי מגבירה את המסיסות של החומר הפעיל שטח, מה שמעכב את בניית הצמיגות, ולכן יש למצוא איזון. שמפו מסחרי רבים משתמשים ב-SLES המכיל בממוצע 1 עד 3 יחידות אתוקסי.
לסיכום, SLES הוא חומר חסכוני בניסוחים של שמפו. הוא לא רק בעל קצף עשיר, עמידות חזקה למים קשים, קל להסמכה ובעל פלוקולציה קטיונית מהירה, כך שהוא עדיין החומר הפעיל שטח המרכזי בשמפו הנוכחי.
2. חומרים פעילי שטח של חומצות אמינו
בשנים האחרונות, מכיוון ש-SLES מכיל דיאוקסאן, צרכנים פנו למערכות פעילי שטח עדינות יותר, כגון מערכות פעילי שטח של חומצות אמינו, מערכות פעילי שטח של אלקיל גליקוזידים וכו'.
חומרים פעילי שטח של חומצות אמינו מחולקים בעיקר לאציל גלוטמט, N-אציל סרקוזינט, N-מתילאציל טאוראט וכו'.
2.1 אציל גלוטמט
גלוטמטים של אציל מחולקים למלחי מונוסודיום ומלחי דיסודיום. התמיסה המימית של מלחי מונוסודיום היא חומצית, והתמיסה המימית של מלחי דיסודיום היא בסיסית. למערכת החומר הפעיל שטח של אציל גלוטמט יש יכולת הקצפה מתאימה, תכונות לחות ושטיפה, ועמידות למים קשים טובים או דומים ל-SLES. היא בטוחה ביותר, לא תגרום לגירוי חריף של העור ולרגישות, ובעלת פוטוטוקסיות נמוכה, הגירוי החד-פעמי ברירית העין הוא קל, והגירוי לעור הפגוע (תמיסה של 5% מסה) קרוב לזה של מים. האציל גלוטמט המייצג יותר הוא דיסודיום קוקויל גלוטמט. דיסודיום קוקויל גלוטמט עשוי מחומצת קוקוס טבעית בטוחה ביותר וחומצה גלוטמית לאחר אציל כלוריד. לי צ'יאנג ועמיתיו מצאו ב"מחקר על יישום דיסודיום קוקויל גלוטמט בשמפו ללא סיליקון" כי הוספת דיסודיום קוקויל גלוטמט למערכת SLES יכולה לשפר את יכולת ההקצפה של המערכת ולהפחית תסמינים דמויי SLES. גירוי בשמפו. כאשר גורם הדילול היה פי 10, פי 20, פי 30 ופי 50, דיסודיום קוקויל גלוטמט לא השפיע על מהירות ועוצמת הפתתה של המערכת. כאשר גורם הדילול הוא פי 70 או פי 100, אפקט הפתתה טוב יותר, אך העיבוי קשה יותר. הסיבה לכך היא שישנן שתי קבוצות קרבוקסיל במולקולת דיסודיום קוקויל גלוטמט, וקבוצת הראש ההידרופילית נתפסת בממשק. שטח גדול יותר גורם לפרמטר אריזה קריטי קטן יותר, והחומר הפעיל שטח מתקבץ בקלות לצורה כדורית, מה שמקשה על יצירת מיצלות דמויות תולעת, מה שמקשה על העיבוי.
2.2 N-אציל סרקוזינט
ל-N-acyl sarcosinate יש אפקט הרטבה בטווח ניטרלי עד חומצי חלש, יש לו השפעות הקצפה וייצוב חזקות, וסבילות גבוהה למים קשים ואלקטרוליטים. המייצג ביותר הוא נתרן לאורויל סרקוזינט. לנתרן לאורויל סרקוזינט אפקט ניקוי מעולה. זהו חומר פעיל שטח אניוני מסוג חומצת אמינו המוכן ממקורות טבעיים של חומצה לאורית ונתרן סרקוזינט באמצעות תגובה בת ארבעה שלבים של פתליזציה, עיבוי, החמצה ויצירת מלחים. ביצועי נתרן לאורויל סרקוזינט מבחינת ביצועי הקצפה, נפח הקצף וביצועי הסרת הקצפה קרובים לאלה של נתרן לאורת סולפט. עם זאת, במערכת השמפו המכילה את אותו פולימר קטיוני, קיימות עקומות פלוקולציה ברורות של השניים. בשלב ההקצפה והשפשוף, לשמפו עם מערכת חומצות האמינו יש חלקלקות שפשוף נמוכה יותר מאשר למערכת הסולפט; בשלב השטיפה, לא רק שחלקלקות השטיפה נמוכה מעט, אלא שגם מהירות השטיפה של שמפו חומצות אמינו נמוכה יותר מזו של שמפו סולפט. וואנג קואן ועמיתיו מצאו שמערכת המורכבת של נתרן לאוריל סרקוזינט וחומרים פעילי שטח לא יוניים, אניוניים וזוויטריוניים. על ידי שינוי פרמטרים כמו מינון ויחס של חומרים פעילי שטח, נמצא שעבור מערכות תרכובות בינאריות, כמות קטנה של גליקוזידים אלקיל יכולה להשיג עיבוי סינרגטי; בעוד שבמערכות תרכובות טרנריות, ליחס יש השפעה רבה על צמיגות המערכת, ביניהן השילוב של נתרן לאוריל סרקוזינט, קוקמידופרופיל בטאין וגליקוזידים אלקיל יכול להשיג השפעות עיבוי עצמי טובות יותר. מערכות פעילי שטח של חומצות אמינו יכולות ללמוד מסוג זה של סכמת עיבוי.
2.3 N-מתילצילטאורין
התכונות הפיזיקליות והכימיות של N-מתילאציל טאוראט דומות לאלו של נתרן אלקיל סולפט עם אותו אורך שרשרת. יש לו גם תכונות הקצפה טובות והוא אינו מושפע בקלות מ-pH ומקשיות המים. יש לו תכונות הקצפה טובות בטווח חומציות חלשה, אפילו במים קשים, כך שיש לו מגוון רחב יותר של שימושים מאשר אלקיל סולפטים, והוא פחות מגרה את העור מאשר N-נתרן לאוריל גלוטמט ונתרן לאוריל פוספט. קרוב ל-SLES, נמוך בהרבה מ-SLES, זהו חומר פעיל שטח עדין בעל גירוי נמוך. המייצג יותר הוא נתרן מתיל קוקויל טאוראט. נתרן מתיל קוקויל טאוראט נוצר על ידי עיבוי של חומצות שומן שמקורן באופן טבעי ונתרן מתיל טאוראט. זהו חומר פעיל שטח של חומצות אמינו כלליות עם קצף עשיר ויציבות קצף טובה. הוא בעיקרון אינו מושפע מ-pH ומים. אפקט קשיות. לנתרן מתיל קוקויל טאוראט יש אפקט עיבוי סינרגטי עם חומרים פעילי שטח אמפוטריים, במיוחד חומרים פעילי שטח אמפוטריים מסוג בטאין. ג'נג שיאומיי ואח'. ב"מחקר על ביצועי היישום של ארבע חומרים פעילי שטח של חומצות אמינו בשמפו" התמקד בנתרן קוקויל גלוטמט, נתרן קוקויל אלנט, נתרן לאורויל סרקוזינט ונתרן לאורויל אספרטט. נערך מחקר השוואתי על ביצועי היישום בשמפו. תוך שימוש בנתרן לאורת סולפט (SLES) כנקודת ייחוס, נדונו ביצועי ההקצפה, יכולת הניקוי, ביצועי העיבוי וביצועי הפתתה. באמצעות ניסויים, הגיעו למסקנה שביצועי ההקצפה של נתרן קוקויל אלנין ונתרן לאורויל סרקוזינט טובים מעט מאלה של SLES; יכולת הניקוי של ארבעת חומרי השטח של חומצות האמינו אינה שונה, וכולם טובים מעט מאלה של SLES; ביצועי העיבוי נמוכים בדרך כלל מאלה של SLES. על ידי הוספת מעבה להתאמת צמיגות המערכת, ניתן להגדיל את צמיגות מערכת נתרן קוקויל אלנין ל-1500 פסקל לשנייה, בעוד שצמיגות שלוש מערכות חומצות האמינו האחרות עדיין נמוכה מ-1000 פסקל לשנייה. עקומות הפתתה של ארבעת החומרים הפעילי שטח של חומצות האמינו עדינות יותר מאלה של SLES, דבר המצביע על כך ששמפו חומצות האמינו נשטף לאט יותר, בעוד שמערכת הסולפט נשטפת מעט מהר יותר. לסיכום, בעת מעבה את פורמולת השמפו חומצות האמינו, ניתן לשקול הוספת חומרים פעילי שטח לא-יוניים כדי להגביר את ריכוז המיצלה לצורך העיבוי. ניתן גם להוסיף מעבים פולימריים כגון PEG-120 מתילגלוקוז דיאולאט. בנוסף, יצירת מרככים קטיוניים מתאימים לשיפור הסירוק עדיין מהווה קושי בסוג זה של פורמולה.
3. חומרים פעילי שטח לא יוניים של אלקיל גליקוזידים
בנוסף לחומרים פעילי שטח של חומצות אמינו, חומרים פעילי שטח של אלקיל גליקוזידים לא-יוניים (APGs) משכו תשומת לב רבה בשנים האחרונות בשל גירוי נמוך שלהם, ידידותיותם לסביבה ותאימותם הטובה לעור. בשילוב עם חומרים פעילי שטח כמו פוליאתר סולפטים של אלכוהול שומני (SLES), APGs לא-יוניים מפחיתים את הדחייה האלקטרוסטטית של הקבוצות האניוניות של SLES, ובכך יוצרים מיצלות גדולות בעלות מבנה דמוי מוט. מיצלות כאלה פחות נוטות לחדור לעור. זה מפחית את האינטראקציה עם חלבוני העור ואת הגירוי שנוצר כתוצאה מכך. פו יאנלינג ועמיתיו מצאו כי SLES שימש כחומר פעיל שטח אניוני, קוקמידופרופיל בטאין ונתרן לאורואמפואצטט שימשו כחומרים פעילי שטח זוויטריוניים, ודציל גלוקוזיד וקוקויל גלוקוזיד שימשו כחומרים פעילי שטח לא-יוניים. חומרים פעילים, לאחר בדיקה, לחומרים פעילי שטח אניוניים יש את תכונות ההקצפה הטובות ביותר, אחריהם חומרים פעילי שטח זוויטריוניים, ול-APGs יש את תכונות ההקצפה הגרועות ביותר; לשמפו עם חומרים פעילי שטח אניוניים כחומרים פעילי שטח עיקריים יש הפתתה ברורה, בעוד שלחומרים פעילי שטח זוויטריוניים ו-APGs יש את תכונות ההקצפה הגרועות ביותר. לא התרחשה הפתתה; מבחינת תכונות שטיפה וסירוק שיער רטוב, הסדר מהטוב לגרוע הוא: APGs > אניונים > זוויטריונים, בעוד שבשיער יבש, תכונות הסירוק של שמפו עם אניונים וזוויטריונים כחומרים פעילי שטח עיקריים שוות ערך. , לשמפו עם APGs כחומר פעיל שטח עיקרי יש את תכונות הסירוק הגרועות ביותר; מבחן הממברנה הכוריואלנטואית של עובר עוף מראה שהשמפו עם APGs כחומר פעיל שטח עיקרי הוא העדין ביותר, בעוד ששמפו עם אניונים וזוויטריונים כחומרים פעילי שטח עיקריים הוא העדין ביותר. למדי. ל-APGs יש CMC נמוך והם חומרי ניקוי יעילים מאוד לעור ולליפידים של סבום. לכן, APGs משמשים כחומר פעיל שטח עיקרי ונוטים לגרום לשיער להרגיש יבש ודביק. למרות שהם עדינים על העור, הם יכולים גם לחלץ ליפידים ולהגביר את יובש העור. לכן, כאשר משתמשים ב-APGs כחומר פעיל שטח עיקרי, יש לקחת בחשבון את המידה שבה הם מסירים ליפידים מהעור. ניתן להוסיף לפורמולה קרמי לחות מתאימים כדי למנוע קשקשים. למניעת יובש, המחבר סבור שניתן להשתמש בו גם כשמפו לשליטה בשמן, לעיון בלבד.
לסיכום, המסגרת העיקרית הנוכחית של פעילות פני השטח בפורמולות שמפו עדיין נשלטת על ידי פעילות פני שטח אניונית, אשר מחולקת בעיקרון לשתי מערכות עיקריות. ראשית, SLES משולב עם חומרים פעילי שטח זוויטריוניים או חומרים פעילי שטח לא יוניים כדי להפחית את הגירוי. למערכת פורמולה זו יש קצף עשיר, קל להסמיך אותה, ובעלת פלוקולציה מהירה של מרככים קטיוניים ושמן סיליקון ועלות נמוכה, כך שזו עדיין מערכת חומרים פעילי השטח המרכזית בשוק. שנית, מלחי חומצות אמינו אניוניות משולבים עם חומרים פעילי שטח זוויטריוניים כדי להגביר את ביצועי ההקצפה, שהיא נקודה חמה בפיתוח השוק. סוג זה של מוצר פורמולה הוא עדין ובעל קצף עשיר. עם זאת, מכיוון שנוסחת מערכת מלחי חומצות האמינו פלוקולטת ומסתממת לאט, השיער של מוצר מסוג זה יבש יחסית. APGs לא יוניים הפכו לכיוון חדש בפיתוח שמפו בשל תאימותם הטובה לעור. הקושי בפיתוח פורמולה מסוג זה הוא למצוא חומרים פעילי שטח יעילים יותר כדי להגביר את עושר הקצף, ולהוסיף לחות מתאימים כדי להקל על השפעת APGs על הקרקפת. תנאים יבשים.
זמן פרסום: 21 בדצמבר 2023