Shampoo is een product dat mensen dagelijks gebruiken om vuil van de hoofdhuid en het haar te verwijderen en schoon te houden. De belangrijkste ingrediënten van shampoo zijn oppervlakteactieve stoffen (ook wel surfactanten genoemd), verdikkingsmiddelen, conditioners, conserveermiddelen, enzovoort. Het belangrijkste ingrediënt zijn de oppervlakteactieve stoffen. De functies van oppervlakteactieve stoffen omvatten niet alleen reinigen, schuimvorming, het beheersen van de reologische eigenschappen en huidvriendelijkheid, maar ze spelen ook een belangrijke rol bij kationische flocculatie. Omdat het kationische polymeer zich op het haar kan afzetten, is dit proces nauw verbonden met de oppervlakteactiviteit. Deze oppervlakteactiviteit bevordert tevens de afzetting van andere nuttige componenten (zoals siliconenemulsie en antiroosmiddelen). Het veranderen van het surfactantsysteem of het aanpassen van de elektrolytenwaarden zal altijd een kettingreactie van conditionerende polymeereffecten in de shampoo teweegbrengen.
1. SLES-tabelactiviteit
SLS heeft een goed hydraterend effect, kan een rijk schuim produceren en heeft de neiging om snel schuim te vormen. Het heeft echter een sterke interactie met eiwitten en is zeer irriterend voor de huid, waardoor het zelden als belangrijkste oppervlakteactieve stof wordt gebruikt. Het belangrijkste actieve ingrediënt in shampoos is momenteel SLES. Het adsorptie-effect van SLES op huid en haar is aanzienlijk lager dan dat van SLS. SLES-producten met een hogere ethoxyleringgraad hebben zelfs geen adsorptie-effect. Bovendien heeft het schuim van SLES een goede stabiliteit en een sterke weerstand tegen hard water. De huid, met name de slijmvliezen, verdraagt SLES veel beter dan SLS. Natriumlaurethsulfaat en ammoniumlaurethsulfaat zijn de twee meest gebruikte SLES-oppervlakteactieve stoffen op de markt. Onderzoek van Long Zhike en anderen toonde aan dat laurethsulfaatamine een hogere schuimviscositeit, goede schuimstabiliteit, een matig schuimvolume, goede reinigende werking en zachter haar na het wassen heeft. Laurethsulfaatammoniumzout daarentegen dissocieert onder alkalische omstandigheden, waardoor natriumlaurethsulfaat, dat een breder pH-bereik vereist, vaker wordt gebruikt. Het is echter ook irriterender dan ammoniumzouten. Het aantal ethoxygroepen in SLES ligt meestal tussen de 1 en 5. De toevoeging van ethoxygroepen verlaagt de kritische micelconcentratie (CMC) van sulfaat-oppervlakteactieve stoffen. De grootste daling van de CMC treedt op na toevoeging van slechts één ethoxygroep, terwijl de daling na toevoeging van 2 tot 4 ethoxygroepen veel kleiner is. Naarmate het aantal ethoxygroepen toeneemt, verbetert de huidverdraagzaamheid van AES, en bij SLES met ongeveer 10 ethoxygroepen wordt vrijwel geen huidirritatie meer waargenomen. De introductie van ethoxygroepen verhoogt echter de oplosbaarheid van de oppervlakteactieve stof, wat de viscositeitsopbouw belemmert. Er moet dus een evenwicht worden gevonden. Veel commerciële shampoos gebruiken SLES met gemiddeld 1 tot 3 ethoxygroepen.
Samenvattend is SLES kosteneffectief in shampooformuleringen. Het schuimt rijkelijk, is zeer bestand tegen hard water, is gemakkelijk te verdikken en zorgt voor snelle kationische flocculatie. Daarom is het nog steeds de meest gebruikte oppervlakteactieve stof in moderne shampoos.
2. Aminozuur-oppervlakteactieve stoffen
Omdat SLES dioxaan bevat, zijn consumenten de laatste jaren overgestapt op mildere oppervlakteactieve stoffen, zoals aminozuursystemen, alkylglycosidesystemen, enzovoort.
Aminozuur-oppervlakteactieve stoffen worden hoofdzakelijk onderverdeeld in acylglutamaat, N-acylsarcosinaat, N-methylacyltauraat, enzovoort.
2.1 Acylglutamaat
Acylglutamaat wordt onderverdeeld in mononatriumzouten en dinatriumzouten. De waterige oplossing van mononatriumzouten is zuur, terwijl de waterige oplossing van dinatriumzouten alkalisch is. Het acylglutamaat-surfactantsysteem heeft een geschikt schuimvormend vermogen, bevochtigende en reinigende eigenschappen, en een hardwaterbestendigheid die beter of vergelijkbaar is met die van SLES. Het is zeer veilig, veroorzaakt geen acute huidirritatie of -sensibilisatie en heeft een lage fototoxiciteit. De eenmalige irritatie van het oogslijmvlies is mild en de irritatie van beschadigde huid (massafractie 5% oplossing) is vergelijkbaar met die van water. Het meest representatieve acylglutamaat is dinatriumcocoylglutamaat. Dinatriumcocoylglutamaat wordt gemaakt van het uiterst veilige natuurlijke kokoszuur en glutaminezuur na acylchloride. Li Qiang et al. Uit onderzoek naar de toepassing van dinatriumcocoylglutamaat in siliconenvrije shampoos is gebleken dat de toevoeging van dinatriumcocoylglutamaat aan het SLES-systeem de schuimvorming kan verbeteren en SLES-achtige symptomen, zoals shampoo-irritatie, kan verminderen. Bij een verdunningsfactor van 10, 20, 30 en 50 had dinatriumcocoylglutamaat geen invloed op de flocculatiesnelheid en -intensiteit van het systeem. Bij een verdunningsfactor van 70 of 100 was het flocculatie-effect beter, maar de verdikking moeilijker. Dit komt doordat het dinatriumcocoylglutamaatmolecuul twee carboxylgroepen bevat en de hydrofiele kopgroep zich aan het grensvlak bevindt. Het grotere oppervlak resulteert in een kleinere kritische pakparameter, waardoor de surfactant gemakkelijk aggregeert tot een bolvorm. Dit maakt de vorming van wormvormige micellen lastiger en bemoeilijkt de verdikking.
2.2 N-acylsarcosinaat
N-acylsarcosinaat heeft een bevochtigend effect in het neutrale tot zwak zure bereik, heeft sterke schuimvormende en stabiliserende effecten en is zeer tolerant voor hard water en elektrolyten. De meest representatieve variant is natriumlauroylsarcosinaat. Natriumlauroylsarcosinaat heeft een uitstekende reinigende werking. Het is een anionische oppervlakteactieve stof van het aminozuurtype, bereid uit natuurlijke bronnen van laurinezuur en natriumsarcosinaat via een vierstapsreactie van ftalering, condensatie, verzuring en zoutvorming. De prestaties van natriumlauroylsarcosinaat op het gebied van schuimvorming, schuimvolume en ontschuimende werking liggen dicht bij die van natriumlaurethsulfaat. In een shampoosysteem met hetzelfde kationische polymeer vertonen de flocculatiecurves van beide echter een duidelijk verschil. In de schuim- en wrijffase heeft de shampoo met het aminozuursysteem een lagere wrijfgladheid dan de shampoo met het sulfaatsysteem. Tijdens het doorspoelen is niet alleen de gladheid van het doorspoelen iets lager, maar ook de doorspoelsnelheid van de aminozuurshampoo is lager dan die van de sulfaatshampoo. Wang Kuan et al. ontdekten dat het samengestelde systeem van natriumlauroylsarcosinaat met niet-ionische, anionische en zwitterionische oppervlakteactieve stoffen, door parameters zoals de dosering en verhouding van de oppervlakteactieve stoffen te variëren, een synergetische verdikking kan bewerkstelligen bij binaire samengestelde systemen. Bij ternaire samengestelde systemen heeft de verhouding een grote invloed op de viscositeit van het systeem, waarbij de combinatie van natriumlauroylsarcosinaat, cocamidopropylbetaïne en alkylglycosiden een beter zelfverdikkend effect kan bereiken. Aminozuur-oppervlakteactieve stoffen kunnen van dit verdikkingsschema leren.
2.3 N-methylacyltaurine
De fysische en chemische eigenschappen van N-methylacyltauraat zijn vergelijkbaar met die van natriumalkylsulfaat met dezelfde ketenlengte. Het heeft ook goede schuimvormende eigenschappen en wordt niet gemakkelijk beïnvloed door pH en waterhardheid. Het heeft goede schuimvormende eigenschappen in het zwak zure bereik, zelfs in hard water, waardoor het een breder toepassingsgebied heeft dan alkylsulfaten en minder irriterend is voor de huid dan N-natriumlauroylglutamaat en natriumlaurylfosfaat. Het is een mild, weinig irriterend oppervlakteactief middel, vergelijkbaar met SLES. Een meer representatief voorbeeld is natriummethylcocoyltauraat. Natriummethylcocoyltauraat wordt gevormd door de condensatie van natuurlijk voorkomende vetzuren en natriummethyltauraat. Het is een algemeen aminozuur-oppervlakteactief middel met een rijke schuimvorming en goede schuimstabiliteit. Het wordt in principe niet beïnvloed door pH en waterhardheid. Natriummethylcocoyltauraat heeft een synergetisch verdikkend effect met amfotere oppervlakteactieve stoffen, met name amfotere oppervlakteactieve stoffen van het betaïne-type. Zheng Xiaomei et al. richtten zich in hun onderzoek "Research on the Application Performance of Four Amino Acid Surfactants in Shampoos" op natriumcocoylglutamaat, natriumcocoylalanaat, natriumlauroylsarcosinaat en natriumlauroylaspartaat. Er werd een vergelijkende studie uitgevoerd naar de toepassingsprestaties in shampoo. Met natriumlaurethsulfaat (SLES) als referentie werden de schuimvorming, het reinigingsvermogen, het verdikkingsvermogen en het flocculatievermogen besproken. Uit de experimenten bleek dat de schuimvorming van natriumcocoylalanine en natriumlauroylsarcosinaat iets beter is dan die van SLES; het reinigingsvermogen van de vier aminozuuroppervlakteactieve stoffen verschilt weinig en is bij alle vier iets beter dan dat van SLES; het verdikkingsvermogen is over het algemeen lager dan dat van SLES. Door een verdikkingsmiddel toe te voegen om de viscositeit van het systeem aan te passen, kan de viscositeit van het natriumcocoylalanine-systeem worden verhoogd tot 1500 Pa·s, terwijl de viscositeit van de andere drie aminozuursystemen nog steeds lager is dan 1000 Pa·s. De flocculatiecurves van de vier aminozuur-oppervlakteactieve stoffen zijn milder dan die van SLES, wat aangeeft dat de aminozuurshampoo langzamer uitspoelt, terwijl het sulfaatsysteem iets sneller uitspoelt. Kortom, bij het verdikken van de aminozuurshampooformule kan men overwegen niet-ionogene oppervlakteactieve stoffen toe te voegen om de micelconcentratie te verhogen met het oog op verdikking. Men kan ook polymere verdikkingsmiddelen zoals PEG-120 methylglucosedioleaat toevoegen. Daarnaast blijft het samenstellen van geschikte kationische conditioners om de doorkambaarheid te verbeteren een uitdaging bij dit type formulering.
3. Niet-ionische alkylglycoside-oppervlakteactieve stoffen
Naast aminozuur-oppervlakteactieve stoffen hebben niet-ionische alkylglycoside-oppervlakteactieve stoffen (APG's) de laatste jaren veel aandacht gekregen vanwege hun lage irritatiegraad, milieuvriendelijkheid en goede huidverdraagzaamheid. In combinatie met oppervlakteactieve stoffen zoals vetalcoholpolyethersulfaten (SLES) verminderen niet-ionische APG's de elektrostatische afstoting van de anionische groepen van SLES, waardoor grote micellen met een staafvormige structuur worden gevormd. Dergelijke micellen dringen minder snel door in de huid. Dit vermindert de interactie met huidproteïnen en de daaruit voortvloeiende irritatie. Fu Yanling et al. ontdekten dat SLES werd gebruikt als anionische oppervlakteactieve stof, cocamidopropylbetaïne en natriumlauroamfoacetaat als zwitterionische oppervlakteactieve stoffen, en decylglucoside en cocoylglucoside als niet-ionische oppervlakteactieve stoffen. Na testen bleken anionische oppervlakteactieve stoffen de beste schuimvormende eigenschappen te hebben, gevolgd door zwitterionische oppervlakteactieve stoffen, terwijl APG's de slechtste schuimvormende eigenschappen vertoonden. Shampoos met anionische oppervlakteactieve stoffen als belangrijkste oppervlakteactieve bestanddelen vertonen duidelijke flocculatie, terwijl shampoos met zwitterionische oppervlakteactieve stoffen en APG's de slechtste schuimvormende eigenschappen hebben. Er trad geen flocculatie op; wat betreft de uitspoel- en kameigenschappen van nat haar is de volgorde van beste naar slechtste: APG's > anionen > zwitterionen, terwijl in droog haar de kameigenschappen van shampoos met anionen en zwitterionen als belangrijkste oppervlakteactieve stoffen gelijkwaardig zijn. De shampoo met APG's als belangrijkste oppervlakteactieve stof heeft de slechtste kameigenschappen; de chorioallantoïsche membraantest van kippenembryo's toont aan dat de shampoo met APG's als belangrijkste oppervlakteactieve stof het mildst is, terwijl de shampoo met anionen en zwitterionen als belangrijkste oppervlakteactieve stoffen het mildst is. APG's hebben een lage CMC en zijn zeer effectieve detergenten voor huid- en talglipiden. Daarom hebben APG's als belangrijkste oppervlakteactieve stof de neiging om het haar uitgedroogd en trekkerig te laten aanvoelen. Hoewel ze mild zijn voor de huid, kunnen ze ook lipiden onttrekken en de huid droger maken. Daarom moet je bij het gebruik van APG's als belangrijkste oppervlakteactieve stof rekening houden met de mate waarin ze huidlipiden onttrekken. Geschikte hydraterende ingrediënten kunnen aan de formule worden toegevoegd om roos te voorkomen. De auteur is van mening dat het product, ter referentie, ook gebruikt kan worden als een talgregulerende shampoo tegen droogheid.
Samenvattend wordt het huidige belangrijkste raamwerk voor oppervlakteactieve stoffen in shampooformules nog steeds gedomineerd door anionische oppervlakteactieve stoffen, die in principe in twee belangrijke systemen zijn onderverdeeld. Ten eerste wordt SLES gecombineerd met zwitterionische of niet-ionische oppervlakteactieve stoffen om irritatie te verminderen. Dit formulesysteem produceert een rijk schuim, is gemakkelijk te verdikken, zorgt voor snelle flocculatie van kationische en siliconenolieconditioners en is goedkoop, waardoor het nog steeds het meest gebruikte oppervlakteactieve stoffensysteem op de markt is. Ten tweede worden anionische aminozuurzouten gecombineerd met zwitterionische oppervlakteactieve stoffen om de schuimvorming te verbeteren, wat een populaire ontwikkeling in de markt is. Dit type formuleproduct is mild en schuimt rijk. Omdat de formule met aminozuurzouten echter langzaam flocculeert en uitspoelt, kan het haar na gebruik van dit type product relatief droog aanvoelen. Niet-ionische APG's zijn een nieuwe richting in de shampoo-ontwikkeling geworden vanwege hun goede huidverdraagzaamheid. De moeilijkheid bij het ontwikkelen van dit type formule is het vinden van effectievere oppervlakteactieve stoffen om de schuimvorming te vergroten, en het toevoegen van geschikte hydraterende ingrediënten om de impact van APG's op de droge hoofdhuid te verzachten.
Geplaatst op: 21 december 2023