ความก้าวหน้าการวิจัยสารลดแรงตึงผิวในแชมพู

แชมพูเป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในชีวิตประจำวันของผู้คนเพื่อขจัดสิ่งสกปรกออกจากหนังศีรษะและเส้นผม และรักษาความสะอาดของหนังศีรษะและเส้นผม ส่วนผสมหลักของแชมพู ได้แก่ สารลดแรงตึงผิว (หรือที่เรียกว่าสารลดแรงตึงผิว) สารเพิ่มความข้น ครีมนวดผม สารกันเสีย และอื่นๆ ส่วนผสมที่สำคัญที่สุดคือสารลดแรงตึงผิว หน้าที่ของสารลดแรงตึงผิวไม่เพียงแต่ทำความสะอาด ทำให้เกิดฟอง ควบคุมคุณสมบัติการไหล และทำให้ผิวนุ่ม แต่ยังมีบทบาทสำคัญในการตกตะกอนประจุบวก เนื่องจากพอลิเมอร์ประจุบวกสามารถสะสมบนเส้นผมได้ กระบวนการนี้จึงสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับกิจกรรมบนพื้นผิว และกิจกรรมบนพื้นผิวยังช่วยสะสมส่วนประกอบที่เป็นประโยชน์อื่นๆ (เช่น อิมัลชันซิลิโคน สารขจัดรังแค) การเปลี่ยนแปลงระบบสารลดแรงตึงผิวหรือการเปลี่ยนแปลงระดับอิเล็กโทรไลต์จะทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ของพอลิเมอร์ปรับสภาพในแชมพูเสมอ

1.กิจกรรมตาราง SLES

SLS มีประสิทธิภาพในการให้ความชุ่มชื้นที่ดี สามารถผลิตโฟมเนื้อละเอียด และมีแนวโน้มที่จะเกิดฟองฟู่ อย่างไรก็ตาม SLS มีปฏิกิริยากับโปรตีนอย่างรุนแรงและก่อให้เกิดการระคายเคืองต่อผิวหนังอย่างมาก จึงไม่ค่อยได้ใช้เป็นสารออกฤทธิ์หลักบนพื้นผิว ปัจจุบัน SLES เป็นส่วนประกอบสำคัญในแชมพู ผลการดูดซับของ SLES บนผิวหนังและเส้นผมต่ำกว่า SLS อย่างเห็นได้ชัด ผลิตภัณฑ์ SLES ที่มีระดับเอทอกซิเลชันสูงกว่าจะไม่มีผลในการดูดซับ นอกจากนี้ โฟมของ SLES ยังมีความเสถียรสูงและทนต่อน้ำกระด้างได้ดี ผิวหนัง โดยเฉพาะเยื่อเมือก มีความทนทานต่อ SLES มากกว่า SLS มาก โซเดียมลอริลอีเทอร์ซัลเฟตและแอมโมเนียมลอริลอีเทอร์ซัลเฟต เป็นสารลดแรงตึงผิว SLES ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในท้องตลาด งานวิจัยของหลง จื้อเกอ และคณะ พบว่าลอริลซัลเฟตเอมีนมีความหนืดของฟองสูงกว่า มีเสถียรภาพของฟองดี ปริมาตรฟองปานกลาง มีประสิทธิภาพในการชะล้างที่ดี และผมนุ่มขึ้นหลังสระผม แต่ลอริลซัลเฟตแอมโมเนียมซอลต์ ก๊าซแอมโมเนียจะแตกตัวในสภาวะด่าง ดังนั้นโซเดียมลอริลซัลเฟตซึ่งต้องการช่วง pH ที่กว้างกว่าจึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย แต่ก็ก่อให้เกิดการระคายเคืองมากกว่าเกลือแอมโมเนียม จำนวนหน่วยเอทอกซีของ SLES มักจะอยู่ระหว่าง 1 ถึง 5 หน่วย การเติมหมู่เอทอกซีจะช่วยลดความเข้มข้นของไมเซลล์วิกฤต (CMC) ของสารลดแรงตึงผิวซัลเฟต การลดลงของ CMC มากที่สุดเกิดขึ้นหลังจากเติมหมู่เอทอกซีเพียงหมู่เดียว ในขณะที่การเติมหมู่เอทอกซี 2 ถึง 4 หมู่จะลดลงมาก เมื่อจำนวนหน่วยเอทอกซีเพิ่มขึ้น ความเข้ากันได้ของ AES กับผิวหนังจะดีขึ้น และแทบจะไม่พบการระคายเคืองผิวหนังใน SLES ที่มีหมู่เอทอกซีประมาณ 10 หน่วย อย่างไรก็ตาม การใช้หมู่เอทอกซีจะช่วยเพิ่มความสามารถในการละลายของสารลดแรงตึงผิว ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการสร้างความหนืด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องหาสมดุล แชมพูที่วางจำหน่ายทั่วไปหลายยี่ห้อใช้ SLES ซึ่งมีเอทอกซีเฉลี่ย 1 ถึง 3 หน่วย

โดยสรุปแล้ว SLES คุ้มค่าสำหรับสูตรแชมพู ไม่เพียงแต่มีฟองหนา ทนทานต่อน้ำกระด้าง ข้นง่าย และจับตัวเป็นก้อนประจุบวกได้อย่างรวดเร็ว จึงยังคงเป็นสารลดแรงตึงผิวหลักในแชมพูปัจจุบัน 

2. สารลดแรงตึงผิวกรดอะมิโน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจาก SLES มีไดออกเซน ผู้บริโภคจึงหันมาใช้สารลดแรงตึงผิวที่อ่อนโยนกว่า เช่น ระบบสารลดแรงตึงผิวกรดอะมิโน ระบบสารลดแรงตึงผิวอัลคิลไกลโคไซด์ เป็นต้น

สารลดแรงตึงผิวกรดอะมิโนแบ่งออกเป็น อะซิลกลูตาเมต เอ็น-อะซิลซาร์โคซิเนต เอ็น-เมทิลอะซิลทอเรต เป็นต้น

2.1 อะซิลกลูตาเมต

อะซิลกลูตาเมตแบ่งออกเป็นเกลือโมโนโซเดียมและเกลือไดโซเดียม สารละลายเกลือโมโนโซเดียมในน้ำมีสภาพเป็นกรด และสารละลายเกลือไดโซเดียมในน้ำมีสภาพเป็นด่าง สารลดแรงตึงผิวอะซิลกลูตาเมตมีคุณสมบัติในการเกิดฟอง ความชุ่มชื้น และการชะล้างที่เหมาะสม และทนต่อน้ำกระด้างได้ดีกว่าหรือใกล้เคียงกับ SLES มีความปลอดภัยสูง ไม่ก่อให้เกิดการระคายเคืองผิวหนังเฉียบพลันและภาวะไวต่อแสง และมีความเป็นพิษต่อแสงต่ำ การระคายเคืองต่อเยื่อบุตาเพียงครั้งเดียวไม่รุนแรง และการระคายเคืองต่อผิวหนังที่ได้รับบาดเจ็บ (สารละลายมวล 5%) ใกล้เคียงกับน้ำ อะซิลกลูตาเมตที่เป็นตัวแทนมากที่สุดคือไดโซเดียมโคคอยล์กลูตาเมต ไดโซเดียมโคคอยล์กลูตาเมตผลิตจากกรดมะพร้าวธรรมชาติที่ปลอดภัยอย่างยิ่งและกรดกลูตามิกหลังจากอะซิลคลอไรด์ หลี่เฉียงและคณะ พบใน “งานวิจัยเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้ไดโซเดียมโคโคอิลกลูตาเมตในแชมพูที่ปราศจากซิลิโคน” ว่าการเติมไดโซเดียมโคโคอิลกลูตาเมตลงในระบบ SLES สามารถปรับปรุงความสามารถในการเกิดฟองของระบบและลดอาการคล้าย SLES ได้ การระคายเคืองจากแชมพู เมื่อค่าปัจจัยการเจือจางอยู่ที่ 10 เท่า, 20 เท่า, 30 เท่า และ 50 เท่า ไดโซเดียมโคโคอิลกลูตาเมตไม่มีผลต่อความเร็วและความเข้มข้นของการจับตัวเป็นก้อนของระบบ เมื่อค่าปัจจัยการเจือจางอยู่ที่ 70 เท่าหรือ 100 เท่า ผลของการจับตัวเป็นก้อนจะดีขึ้น แต่การทำให้ข้นขึ้นทำได้ยากขึ้น เหตุผลก็คือมีหมู่คาร์บอกซิลสองหมู่ในโมเลกุลของไดโซเดียมโคโคอิลกลูตาเมต และหมู่หัวที่ชอบน้ำจะถูกสกัดกั้นที่ส่วนต่อประสาน พื้นที่ที่ใหญ่ขึ้นส่งผลให้พารามิเตอร์การบรรจุที่สำคัญมีขนาดเล็กลง และสารลดแรงตึงผิวจะรวมตัวกันเป็นทรงกลมได้ง่าย ทำให้ยากต่อการเกิดไมเซลล์คล้ายหนอนและทำให้ข้นขึ้นได้ยาก

2.2 เอ็น-อะซิลซาร์โคซิเนต

เอ็น-อะซิล ซาร์โคซิเนต มีฤทธิ์ทำให้เปียกในช่วงความเป็นกรดอ่อนถึงกรดอ่อน มีฤทธิ์ในการเกิดฟองและคงตัวสูง และมีความทนทานต่อน้ำกระด้างและอิเล็กโทรไลต์สูง โซเดียมลอริล ซาร์โคซิเนต เป็นตัวแทนที่เด่นชัดที่สุด โซเดียมลอริล ซาร์โคซิเนต มีประสิทธิภาพในการทำความสะอาดที่ดีเยี่ยม เป็นสารลดแรงตึงผิวประจุลบชนิดกรดอะมิโน ซึ่งเตรียมจากแหล่งธรรมชาติของกรดลอริกและโซเดียมซาร์โคซิเนต ผ่านปฏิกิริยาสี่ขั้นตอน ได้แก่ การเกิดพทาไลเซชัน การควบแน่น การทำให้เป็นกรด และการเกิดเกลือ ประสิทธิภาพของโซเดียมลอริล ซาร์โคซิเนต ในด้านประสิทธิภาพการเกิดฟอง ปริมาณโฟม และประสิทธิภาพในการลดฟอง ใกล้เคียงกับโซเดียมลอริล ซัลเฟต อย่างไรก็ตาม ในระบบแชมพูที่มีพอลิเมอร์ประจุบวกชนิดเดียวกันนี้ จะเห็นเส้นโค้งการตกตะกอนของทั้งสองอย่าง ความแตกต่างที่ชัดเจนคือ ในขั้นตอนการเกิดฟองและการถู แชมพูระบบกรดอะมิโนจะมีความลื่นในการถูน้อยกว่าระบบซัลเฟต ในขั้นตอนการชะล้าง ไม่เพียงแต่ความลื่นในการชะล้างจะลดลงเล็กน้อยเท่านั้น แต่ความเร็วในการชะล้างของแชมพูกรดอะมิโนยังต่ำกว่าแชมพูซัลเฟตอีกด้วย Wang Kuan และคณะ พบว่าระบบสารประกอบของโซเดียมลอโรอิลซาร์โคซิเนตและสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุ ประจุลบ และสวิตเตอร์ไอออนิก จากการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ปริมาณและอัตราส่วนของสารลดแรงตึงผิว พบว่าสำหรับระบบสารประกอบแบบคู่ อัลคิลไกลโคไซด์ปริมาณเล็กน้อยสามารถทำให้เกิดการข้นแบบเสริมฤทธิ์กันได้ ในขณะที่ระบบสารประกอบแบบสามองค์ประกอบ อัตราส่วนนี้ส่งผลกระทบอย่างมากต่อความหนืดของระบบ ซึ่งการรวมกันของโซเดียมลอโรอิลซาร์โคซิเนต โคคามิโดโพรพิลบีเทน และอัลคิลไกลโคไซด์สามารถทำให้เกิดการข้นแบบอัตโนมัติได้ดีขึ้น ระบบสารลดแรงตึงผิวกรดอะมิโนสามารถเรียนรู้จากรูปแบบการข้นแบบนี้ได้

2.3 เอ็น-เมทิลอะซิลทอรีน

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของ N-methylacyl taurate ใกล้เคียงกับคุณสมบัติของโซเดียมอัลคิลซัลเฟตที่มีความยาวสายโซ่เท่ากัน นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติการเกิดฟองที่ดีและไม่ได้รับผลกระทบจากค่า pH และความกระด้างของน้ำได้ง่าย มีคุณสมบัติการเกิดฟองที่ดีในช่วงกรดอ่อน แม้ในน้ำกระด้าง จึงใช้งานได้หลากหลายกว่าอัลคิลซัลเฟต และระคายเคืองต่อผิวหนังน้อยกว่า N-sodium lauroyl glutamate และโซเดียมลอริลฟอสเฟต N-sodium lauroyl glutamate เป็นสารลดแรงตึงผิวชนิดอ่อนที่ระคายเคืองน้อยและต่ำกว่า SLES มาก สารลดแรงตึงผิวชนิดที่เป็นตัวแทนมากที่สุดคือโซเดียมเมทิลโคคอยล์ทอเรต โซเดียมเมทิลโคคอยล์ทอเรตเกิดจากการควบแน่นของกรดไขมันจากธรรมชาติและโซเดียมเมทิลทอเรต เป็นสารลดแรงตึงผิวกรดอะมิโนทั่วไปที่มีฟองหนาแน่นและคงตัวได้ดี โดยพื้นฐานแล้วไม่ได้รับผลกระทบจากค่า pH และน้ำ ผลกระทบจากความกระด้าง โซเดียมเมทิลโคคอยล์ทอเรตมีฤทธิ์เสริมฤทธิ์ในการเพิ่มความข้นให้กับสารลดแรงตึงผิวแบบแอมโฟเทอริก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารลดแรงตึงผิวแบบแอมโฟเทอริกชนิดบีเทน เจิ้งเสี่ยวเหมย และคณะ ได้ศึกษาวิจัยเรื่อง “ประสิทธิภาพการใช้สารลดแรงตึงผิวกรดอะมิโนสี่ชนิดในแชมพู” โดยศึกษาโซเดียมโคคอยล์กลูตาเมต โซเดียมโคคอยล์อะลาเนต โซเดียมลอโรอิลซาร์โคซิเนต และโซเดียมลอโรอิลแอสปาร์เตต ได้มีการศึกษาเปรียบเทียบประสิทธิภาพการใช้ในแชมพู โดยใช้โซเดียมลอริลอีเทอร์ซัลเฟต (SLES) เป็นข้อมูลอ้างอิง ได้มีการศึกษาถึงประสิทธิภาพการเกิดฟอง ความสามารถในการทำความสะอาด ประสิทธิภาพการทำให้ข้นขึ้น และประสิทธิภาพการจับตัวเป็นก้อน จากการทดลองพบว่าประสิทธิภาพการเกิดฟองของโซเดียมโคคอยล์อะลานีนและโซเดียมลอโรอิลซาร์โคซิเนตดีกว่า SLES เล็กน้อย ความสามารถในการทำความสะอาดของสารลดแรงตึงผิวกรดอะมิโนสี่ชนิดมีความแตกต่างกันเล็กน้อย และทั้งหมดดีกว่า SLES เล็กน้อย โดยทั่วไปประสิทธิภาพการทำให้ข้นขึ้นจะต่ำกว่า SLES การเติมสารเพิ่มความข้นเพื่อปรับความหนืดของระบบ สามารถเพิ่มความหนืดของระบบโซเดียมโคคอยล์อะลานีนได้ถึง 1500 Pa·s ในขณะที่ความหนืดของระบบกรดอะมิโนอีกสามระบบยังคงต่ำกว่า 1000 Pa·s เส้นโค้งการตกตะกอนของสารลดแรงตึงผิวกรดอะมิโนสี่ชนิดมีความอ่อนโยนกว่าของ SLES ซึ่งบ่งชี้ว่าแชมพูกรดอะมิโนชะล้างช้ากว่า ในขณะที่ระบบซัลเฟตชะล้างเร็วกว่าเล็กน้อย สรุปได้ว่า เมื่อเพิ่มความเข้มข้นของสูตรแชมพูกรดอะมิโน คุณสามารถพิจารณาเพิ่มสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของไมเซลล์สำหรับวัตถุประสงค์ในการทำให้ข้นขึ้น คุณยังสามารถเพิ่มสารเพิ่มความข้นแบบพอลิเมอร์ เช่น PEG-120 เมทิลกลูโคสไดโอเลต นอกจากนี้ การผสมสารปรับสภาพประจุบวกที่เหมาะสมเพื่อปรับปรุงความสามารถในการผสมยังคงเป็นปัญหาในสูตรประเภทนี้

3. สารลดแรงตึงผิวอัลคิลไกลโคไซด์ที่ไม่ใช่ไอออนิก

นอกจากสารลดแรงตึงผิวกรดอะมิโนแล้ว สารลดแรงตึงผิวอัลคิลไกลโคไซด์แบบไม่มีประจุ (APGs) ยังได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากมีคุณสมบัติในการระคายเคืองต่ำ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และเข้ากันได้ดีกับผิว เมื่อใช้ร่วมกับสารลดแรงตึงผิว เช่น แฟตตีแอลกอฮอล์โพลีอีเทอร์ซัลเฟต (SLES) แล้ว APGs แบบไม่มีประจุจะช่วยลดแรงผลักทางไฟฟ้าสถิตของกลุ่มแอนไอออนิกของ SLES ทำให้เกิดไมเซลล์ขนาดใหญ่ที่มีโครงสร้างคล้ายแท่ง ไมเซลล์เหล่านี้มีโอกาสซึมผ่านเข้าสู่ผิวได้น้อยกว่า จึงช่วยลดปฏิกิริยากับโปรตีนในผิวหนังและอาการระคายเคืองที่เกิดขึ้น ฟู่ หยานหลิง และคณะ พบว่า SLES ถูกใช้เป็นสารลดแรงตึงผิวแอนไอออนิก โคคามิโดโพรพิลบีเทนและโซเดียมลอโรแอมโฟอะซิเตตถูกใช้เป็นสารลดแรงตึงผิวสวิตเตอร์ไอออนิก และเดซิลกลูโคไซด์และโคคอยล์กลูโคไซด์ถูกใช้เป็นสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุ สารลดแรงตึงผิว หลังจากการทดสอบพบว่าสารลดแรงตึงผิวประจุลบมีคุณสมบัติในการเกิดฟองที่ดีที่สุด รองลงมาคือสารลดแรงตึงผิวสวิตเตอร์ไอออนิก และ APG มีคุณสมบัติในการเกิดฟองที่แย่ที่สุด แชมพูที่มีสารลดแรงตึงผิวประจุลบเป็นสารลดแรงตึงผิวหลักจะเกิดการจับตัวเป็นก้อนอย่างเห็นได้ชัด ในขณะที่สารลดแรงตึงผิวสวิตเตอร์ไอออนิกและ APG มีคุณสมบัติในการเกิดฟองที่แย่ที่สุด ไม่พบการจับตัวเป็นก้อน ในแง่ของคุณสมบัติในการล้างและการหวีผมขณะเปียก ลำดับจากดีที่สุดไปแย่ที่สุดมีดังนี้: APG > ประจุลบ > ประจุลบ ในขณะที่แชมพูที่มีประจุลบและสวิตเตอร์ไอออนในผมแห้ง คุณสมบัติในการหวีผมของแชมพูที่มีประจุลบและสวิตเตอร์ไอออนหลักมีค่าเท่ากัน แชมพูที่มี APG เป็นสารลดแรงตึงผิวหลักมีคุณสมบัติในการหวีผมที่แย่ที่สุด การทดสอบเยื่อหุ้มเซลล์คอริโออัลลันโทอิกของตัวอ่อนไก่แสดงให้เห็นว่าแชมพูที่มี APG เป็นสารลดแรงตึงผิวหลักมีความอ่อนโยนที่สุด ในขณะที่แชมพูที่มีประจุลบและสวิตเตอร์ไอออนเป็นสารลดแรงตึงผิวหลักมีความอ่อนโยนที่สุด APG มีค่า CMC ต่ำและเป็นสารทำความสะอาดผิวและไขมันซีบัมที่มีประสิทธิภาพมาก ดังนั้น APG จึงทำหน้าที่เป็นสารลดแรงตึงผิวหลักและมีแนวโน้มที่จะทำให้ผมรู้สึกแห้งและหยาบกร้าน แม้ว่า APG จะอ่อนโยนต่อผิว แต่ก็สามารถสกัดไขมันและเพิ่มความแห้งกร้านของผิวได้ ดังนั้น เมื่อใช้ APG เป็นสารลดแรงตึงผิวหลัก คุณต้องพิจารณาถึงระดับการขจัดไขมันบนผิว สามารถเติมมอยส์เจอไรเซอร์ที่เหมาะสมลงในสูตรเพื่อป้องกันรังแค สำหรับผู้ที่มีผิวแห้ง ผู้เขียนยังระบุว่าสามารถใช้เป็นแชมพูควบคุมความมันได้ เพื่อใช้อ้างอิงเท่านั้น

โดยสรุป โครงสร้างหลักของกิจกรรมพื้นผิวในสูตรแชมพูในปัจจุบันยังคงถูกควบคุมโดยกิจกรรมพื้นผิวแบบแอนไอออนิก ซึ่งโดยทั่วไปแบ่งออกเป็นสองระบบหลัก ระบบแรก SLES ผสมกับสารลดแรงตึงผิวแบบสวิตเตอร์ไอออนิกหรือสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุเพื่อลดการระคายเคือง ระบบสูตรนี้มีฟองที่เข้มข้น ข้นง่าย และจับตัวเป็นก้อนได้อย่างรวดเร็วด้วยคอนดิชันเนอร์น้ำมันประจุบวกและซิลิโคน และมีต้นทุนต่ำ จึงยังคงเป็นระบบสารลดแรงตึงผิวหลักในตลาด ประการที่สอง เกลือกรดอะมิโนแบบแอนไอออนิกผสมกับสารลดแรงตึงผิวแบบสวิตเตอร์ไอออนิกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการสร้างฟอง ซึ่งเป็นจุดที่กำลังได้รับความนิยมในตลาด ผลิตภัณฑ์สูตรนี้มีเนื้อสัมผัสที่อ่อนโยนและมีฟองที่เข้มข้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากสูตรของระบบเกลือกรดอะมิโนจับตัวเป็นก้อนและล้างออกอย่างช้าๆ ผมของผลิตภัณฑ์ประเภทนี้จึงค่อนข้างแห้ง APG ที่ไม่มีประจุได้กลายเป็นทิศทางใหม่ในการพัฒนาแชมพูเนื่องจากเข้ากันได้ดีกับผิว ความยากลำบากในการพัฒนาสูตรประเภทนี้คือการหาสารลดแรงตึงผิวที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของฟอง และเพิ่มมอยส์เจอไรเซอร์ที่เหมาะสมเพื่อบรรเทาผลกระทบของ APG ต่อหนังศีรษะ สำหรับสภาพผิวแห้ง