磺基琥珀酸酯鹽的配方研究

李伏益 史立文 鐘 凱 雷小英 劉煒康 毛雪彬 洪 鄭

（1.贊宇科技集團股份有限公司，浙江杭州，311300；2.浙江省贊宇表面活性劑重點企業研究院，浙江杭州，311300）

磺基琥珀酸酯鹽是一種性能優異的陰離子表面活性劑，其具有良好的乳化性、潤濕性和滲透性等特點，故廣泛用于日用化工、涂料、印染、農藥、礦山、造紙、皮革、感光等領域[1]?；腔晁狨}是始于1939年由美國開發以商品的形式出現在合成表面活性劑市場[2]，早期所開發的主要是雙酯二辛基琥珀酸酯鈉，由于其具有優良的表面性能，其作為滲透劑和分散劑被廣泛應用；在20世紀80年代中期這類表面活性劑不論在產品的數量還是種類上都有巨大的突破，單酯二鈉鹽因其良好的溫和性、潤濕性和對皮膚的低刺激性、低毒性，也被廣泛應用于日用化學品如護膚護發的化妝品、浴用品、香波、洗滌劑等[3]。根據Transparency Market Research最新發布的一份名為“2015—2023年磺基琥珀酸酯市場—全球行業狀況、規模、市場份額、增長、趨勢分析及預測”的報告顯示全球磺基琥珀酸酯表面活性劑市場在2013年的市值為2.715億美元，預計到2023年，將達到4.462億美元，2015—2023年間的復合增長率為5.3%。此外這類表面活性劑具有合成工藝簡單、無三廢、價格低、不需要較大的基建投資、生物降解性好、抗硬水能力強等優點，促使人們對其進行研究和開發，故其發展應用前景廣闊。

本文主要研究了以磺基琥珀酸酯鹽為主表活的浴液配方和潔面膏基礎配方應用研究，通過外觀、穩定性、黏度、泡沫等評價手段對配方進行優化，篩選出浴液和潔面膏配方。解決了氨基酸增稠困難等問題，對指導日化基礎配方應用以及氨基酸配方應用領域具有重要的理論和實際指導意義。

1 . 實驗部分

1.1 主要原料與儀器

磺基琥珀酸酯鹽，w=50%，實驗室自制；椰油酰丙氨酸鈉（SCA），w=30%；椰油酰胺丙基甜菜堿（CAB-30），w=30%；脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES（N2EO）），w=70%；烷基糖苷（C1214APG），w=50%；椰油酸單乙醇酰胺（CMEA）均來自于贊宇科技集團股份有限公司；甘油，分析純，杭州油脂化工有限公司；氯化鈉（NaCl），分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司；實驗用水均為去離子水。

電子天平，奧豪斯國際貿易（上海）有限公司；pH計，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；黏度計，美國BROOKFIELD；R-2000動態泡沫測試儀，德國SITA；恒溫水浴鍋。

1.2 實驗方法

1.2.1 黏度測定

測試前將樣品置于25 ℃下恒溫24 h，然后選擇合適的轉子與轉速，使用黏度計進行測試。

1.2.2 泡沫測定

用150 mg/kg的硬水配制樣品質量濃度為0.02%的溶液，用自動泡沫儀測定樣品溶液的發泡力及泡沫衰減曲線。儀器參數設定為：進液量250 ml，轉速1000 r/min，攪拌次數40次，間隔10 s/次，衰減曲線測量時間10 min，測量間隔為1 min。

1.2.3 穩定性測試

（1）熱儲穩定性：將樣品放置于401 ℃的恒溫箱中24 h后，取出恢復至室溫，觀察樣品有無分層現象，與原樣對比，有無明顯差異。

（2）冷藏穩定性

浴液配方：將樣品放置于-51 ℃的冰箱中24 h后，取出觀察樣品有無沉淀出現，恢復至室溫后與原樣對比，有無明顯差異。

潔面膏配方：將樣品放置于-81 ℃的冰箱中24 h后，取出觀察樣品有無沉淀出現，恢復至室溫后與原樣對比，有無明顯差異。

2 . 產品配方設計優化及性能測試

2.1 浴液配方設計及優化

本項目以磺基琥珀酸酯鹽表面活性劑為主表活進行基礎配方開發，選用公司自生產的脂肪醇磺基琥珀酸酯鹽AEMES為主表活，與椰油酰胺丙基甜菜堿CAB、烷基糖苷APG、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉AES這些綠色表面活性劑進行復配，配方設計如表1所示。

表1 浴液配方設計表

由于配方體系的黏度較低，需要通過添加增稠劑來進行增稠，選用了氯化鈉、羥丙基甲基纖維素HPMC、椰油脂肪酸單乙醇酰胺CMEA、甲基葡萄糖三油酸酯PEG-120以及季戊四醇四硬脂酸酯PEG-150來作為增稠劑，分別應用于配方體系中，樣品的外觀情況統計如表2所示。

表2 不同增稠劑對體系增稠性能

實驗結果表明：HPMC不適用于透明型產品的增稠，會影響產品透明度，而且HPMC增稠在低溫條件下會出現凝膠狀態；使用CMEA能夠對我們所研究的體系進行增稠，需要添加量至3%才能達到增稠效果，且產品在低溫下放置時呈乳白色牛奶狀；使用PEG-120作為增稠劑時，需要添加量2%以上才有增稠效果，但在低溫下渾濁。因此，選擇以PEG-150作為配方的增稠劑，根據實驗結果，確定PEG-150的添加量為1.5%，增稠效果好，且低溫透明。選用表1中配方10作為基礎配方，分別加入不同質量分數PEG-150的配方黏度如表3所示。

表3 不同質量分數的PEG-150對體系黏度的影響

由表3可以看出，隨著PEG-150質量分數的增加，樣品的黏度會逐漸增加，說明PEG-150與體系的協同作用明顯；在PEG-150加入達到1%以上時，配方體系的黏度呈現倍數上升，但是配方體系的黏度不是越大越好，黏度過大，產品配方流動性差且易凝膠；綜上所述，該浴液配方增稠劑PEG-150的加入量在1.2%~1.5%之間（表4）。

表4 優化后的浴液配方設計表

將樣品在25℃恒溫水浴中放置24h后，對樣品的黏度進行測量，結果如表5所示。

表5 浴液產品黏度

將a1、a2、a3、a4、a5號樣品置于40 ℃和-5℃條件下24 h，取出恢復至室溫觀察樣品與初始狀態下的對比情況，結果如表6所示。

表6 樣品的高低溫穩定性

由表6可以看出，a1、a2、a3、a4、a5號樣品的高低溫穩定性都是恢復至室溫無分層現象，說明其穩定性好。

對表4中樣品的泡沫性能進行評價，用150 mg/kg的硬水配制質量分數為0.02%的不同配方樣品的溶液，用動態泡沫儀測定起泡及穩泡性能，測試結果如圖1～圖4所示。

圖1 浴液產品在25℃下發泡性能

圖2 浴液產品在25 ℃下穩泡性能

圖3 浴液產品在40 ℃下發泡性能

圖4 浴液產品在40℃下穩泡性能

通過泡沫性能測試可以發現，5號配方體系的發泡力均較好，泡沫的總體積均在500ml以上；在25℃下，樣品發泡力最好的一號是a5，由于a5號的活性物含量最高，所以發泡力最好；在40℃下，5號樣品的發泡力差別不大，而且最高發泡體積基本上都在550ml以上，發泡力較好，這是由于在40℃下泡沫的體積達到極限了，所以5號配方的泡沫總體積基本相同，說明該浴液配方在40℃可以較好使用。

2.2 潔面膏配方設計及優化

由于磺基琥珀酸酯鹽在常溫下為膏狀，去污性好，性能溫和，凍點高，極易適合用在潔面膏的配方體系中，故本文以磺基琥珀酸酯鹽表面活性劑為主表活進行基礎配方開發，選用實驗室自制的磺基琥珀酸酯鹽為主表活，與月桂?；彼徕cSCA、椰油酰胺丙基甜菜堿CAB、烷基糖苷APG這些綠色表面活性劑進行復配，基礎配方設計如表7所示。

表7 洗面奶配方設計表

2.2.1 配方工藝

洗面奶的制備：將A相和B相分別加熱到80℃攪拌混合均勻，在攪拌情況下將B相緩慢加入到A相中，攪拌均勻30min后，降溫到45℃結膏出料。

將樣品在25℃恒溫水浴中放置24 h后，對樣品穩定性進行測試，2000 r/min結果如表8所示。

表8 AEMES對配方的影響

由表可以看出磺基琥珀酸酯鹽表面活性劑加量在10%～15%，配方耐熱性能不穩定，磺基琥珀酸酯鹽表面活性劑加量在20%~25%之間，配方穩定性良好。

2.2.2 椰油酰胺丙基甜菜堿CAB的篩選

按照表7編號b4的基礎配方，分別添加質量分數為1%、3%、5%的CAB，并分別編號為b5、b6、b7。根據步驟“2.2.1”制成的三種潔面乳，進行感官測試與理化測試，選出最佳的CAB表面活性劑添加量。

由表9可以看出，b5、b6、b7號穩定性均良好，洗凈力b6、b7號明顯好于b5號，但是b7號CAB含量過高，樣品洗完有一點殘留，不易洗凈。b7號樣品產生的泡沫體積最大最穩定，b6、b7號泡沫穩定程度差距不大，b5號泡沫穩定程度較低。綜合各方面測試結果，從最優角度考慮，本次實驗b6號配方中的CAB含量較為合適。

表9 CAB對配方的影響

3 . 研究結論

本文研究了磺基琥珀酸酯鹽表面活性劑與其他表面活性劑（脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽AES、烷基糖苷APG、椰油酰胺丙基甜菜堿CAB）的復配，通過外觀、穩定性、黏度、泡沫等評價手段對配方進行篩選和優化，篩選出浴液、洗面奶基礎配方，具體結論如下：

（1）浴液較好的配方為：磺基琥珀酸酯鹽為8%、烷基糖苷APG7%、椰油酰胺丙基甜菜堿CAB8%、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽AES為5%~6%、PEG-150為1.2%~1.5%，在該條件下，配方穩定性好，浴液的黏度適中，泡沫多且穩定。

（2）潔面膏較好的配方為：以磺基琥珀酸酯鹽為主表活，加入量為20%~25%、椰油酰胺丙基甜菜堿CAB為3%。