1、第 51 卷第 3 期2023 年 2 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.3Mar.2023洗面奶中的化学沈 栋,刘煊赫,吴 静(中国地质大学(北京)数理学院,北京 100083)摘 要:洗面奶能有效清洁面部皮肤,起到清洁作用的是洗面奶中添加的表面活性剂。本文通过讨论市面上各类洗面奶的表面活性剂的分子结构及化学性质,对洗面奶中的常用表面活性剂进行了分类整理和清洁机理的阐述解释,并且分别介绍了不同表面活性剂的化学结构特点和剖析了其在使用过程中的优缺点,从而使读者对生活中的化学产品有自己的认知,构筑起化学与生活的桥梁。关键词:洗面奶;表面活性
2、剂;化妆品;分类中图分类号:O647.2 文献标志码:E文章编号:1001-9677(2023)03-0017-04 基金项目:中国地质大学(北京)2021 年度优秀基层教学组织建设项目(JCJXZZ202108);中国地质大学(北京)2020 年大学生创新创业训练项目。第一作者:沈栋(2002-),男,在读大学生。通讯作者:刘煊赫(1988-),女,副教授,主要研究方向为光、电能源转化。Chemistry in Facial CleanserSHEN Dong,LIU Xuan-he,WU Jing(School of Science,China University of Geoscien
3、ces,Beijing,Beijing 100083,China)Abstract:Facial cleanser can effectively clean the face skin and the added surfactants play an important role in theclean process.By discussing on the market of all kinds of cleanser surfactant molecular structure and chemical propertiesof commonly used surfactants i
4、n the cleanser for sorting and cleaning mechanism of explanation,the different chemicalstructure characteristics of surfactant was respectively introduced,its advantages and disadvantages in the use process wereanalyzed,allowing readers have their own cognitive to the chemical products in daily life
5、,a bridge was built betweenchemistry and life.Key words:facial cleanser;surfactants;cosmetics;classification面部是人的第一象征,人们都希望自己面部干净清爽,油光满面和脏兮兮总给人不好的印象。而面部直接与外界接触,空气中的灰尘和细菌等不断吸附在皮肤上,加上皮肤分泌的油脂,脱落的表面细胞,导致面部污垢堆积。简单的清水洗脸并不能有效地清洁污垢,很容易造成毛孔堵塞,带来面部暗沉、黑头、痘痘等皮肤问题。洗面奶是市面上出现的常见洁面产品之一,洗面奶中真正起到清洁作用的实际上就是表面活性剂。表面活性剂
6、是一种显著减低溶液表面张力的物质,从分子结构上看,表面活性剂同时存在亲水基团和亲油基团(又称疏水基团),因此也被称为双亲分子,如图 1 所示1。图 1 表面活性剂的分子结构Fig.1 Structure of the surfactant表面活性剂按照溶于水能否电离分为离子型表面活性剂(如羧酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐、铵盐等)和非离子型活性剂(如酯类、酰胺类、聚氧乙烯醚类等)。离子型表面活性剂按其具有活性作用的是正离子还是负离子,又分为正离子型表面活性剂(如羧酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐等)和负离子表面活性剂(如铵盐等)。市面上洗面奶中使用的表面活性剂既有离子型表面活性剂,也有非离子型表面活性剂,依据分
7、子结构上的特点,主要分为十二烷基硫酸钠(Sodium Lauryl Sulfate,SLS)、十二烷基醚硫酸钠(Sodium lauryl trioxyethylene sulfate,SLES)类表面活性剂、皂基表面活性剂、氨基酸表面活性剂和其他表面活性剂。1 SLS,SLESSLS 和 SLES 广泛应用于洗涤清洁、个人护理行业和油田化学品等,又名月桂醇硫酸酯钠和月桂醇聚醚硫酸酯钠,需求量逐年增加。但这类表面活性剂对人体健康有不利影响。SLS 常被用于诱导皮肤刺激,模拟刺激性接触性皮炎(直接接触某些物质而导致皮疹、皮肤干燥开裂、发红、起泡、瘙痒等的疾病)2-3。SLS 常作为牙膏中的泡沫剂
8、,而医学研究证实 SLS 可导致口腔粘膜干燥破裂,诱导或加重口腔溃疡4。SLS 和 SLES是刺激性较强的表面活性剂,对皮肤刺激性比较大,对敏感性皮肤并不友好。SLS 和 SLES 一般用在洗发水、沐浴乳中,但市面上也有某些品牌洗面奶添加使用了此类表面活性剂。18 广 州 化 工2023 年 2 月图 2 SLS 和 SLES 的结构Fig.2 Structures of SLS and SLES2 皂基表面活性剂皂基洗面奶中添加的是皂基表面活性剂,皂基表面活性剂通常是由脂肪酸和碱剂发生皂化反应得到的脂肪酸的盐。脂肪酸盐即为通常所说的“皂”,常用于生产香皂、肥皂等。常用的脂肪酸主要有月桂酸、肉
9、豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸等(分子结构式如图 3 所示),不同脂肪酸碳链长度不同,清洁能力和发泡能力会有所不同。常用的碱剂主要有氢氧化钠、氢氧化钾和三乙醇胺。洗面奶配方中出现上述脂肪酸和碱剂,或者相应的脂肪酸钠或脂肪酸钾等均属于含皂基表面活性剂的洗面奶。添加皂基表面活性剂的洗面奶优点是泡沫丰富,清洁力强,洗面后给人清爽干净的感觉,但容易造成皮肤的过度清洁,皮肤脱脂,皮肤分泌更多的油脂,造成恶性循环。另外,皂基表面活性剂的碱性都比较强,会对皮肤造成一定的刺激。因此,皂基洗面奶仅适用于油性非敏感皮肤,也不易长期频繁使用,以免对其清洁力产生依赖,造成皮肤锁水能力下降、更易长痘等问题。图 3 常见脂肪酸的
10、结构Fig.3 Structures of common fatty acid3 氨基酸表面活性剂氨基酸洗面奶名称的由来不是因为洗面奶中有氨基酸,而是因为添加了氨基酸表面活性剂。氨基酸表面活性剂是氨基酸的衍生物,以 N-酰基氨基酸表面活性剂居多,可命名为:脂肪酸+酰+氨基酸+盐。合成 N-酰基氨基酸表面活性剂常用到的脂肪酸主要有月桂酸、硬脂酸、肉豆蔻酸、椰油酸和棕榈油酸等,其中椰油酸是由椰子油皂化、酸化、脱水等步骤获得,成分主要以中链脂肪酸为主,制备所得的椰油酰氨基酸以月桂酰氨基酸、十四烷酰氨基酸、辛酰氨基酸和癸酰氨基酸为主要成分7。棕榈油酸,又名9-十六碳烯酸,是棕榈油的主要组成部分,是一种
11、人体所需的不饱和脂肪酸,有助于抗脂肪沉降,促进人体健康。常用的氨基酸主要有谷氨酸、肌氨酸、甘氨酸、精氨酸等8,其中以谷氨酸居多。常用的碱剂主要有氢氧化钠、氢氧化钾和三乙醇胺三种。氨基酸表面活性剂便是由不同脂肪酸、氨基酸和碱剂组合制备得到,常用氨基酸表面活性剂结构如图 4 和图 5 所示。图 4 常见谷氨酸表面活性剂的结构Fig.4 Structures of common glutamate surfactants图 5 常见的其他氨基酸表面活性剂结构Fig.5 Structures of other common amino acid surfactants有的氨基酸洗面奶中添加了甲基月桂酰
12、基牛磺酸钠和甲基椰油酰基牛磺酸钠等(如图 6 所示)成分。虽然没以 N-酰基氨基酸表面活性剂命名公式命名,但这类表面活性剂也属于 N-酰基氨基酸型表面活性剂9-10,因具有磺酸基团被称为磺基氨基酸两性表面活性剂。图 6 常见的酰基牛磺酸钠表面活性剂结构Fig.6 Structures of common acyl taurine surfactants第 51 卷第 3 期沈栋,等:洗面奶中的化学19 氨基酸表面活性剂一般以天然成分为原料,根据氨基和羧基的数目不同分为酸性、中性和碱性,N-酰基氨基酸表面活性剂多呈现弱酸性,与面部皮肤 pH 相近,可以平衡酸碱度,减少对皮肤的刺激,低致敏无毒,并
13、具有一定的抗菌性,适合长期使用11-12。氨基酸表面活性剂泡沫比较丰富,清洁力也比较强,同时具有优良的水溶性和耐硬水性9-10。因此,氨基酸洗面奶虽然成本价格上要高于皂基洗面奶,仍受到消费者的追捧。4 其他类表面活性剂除了上述三类表面活性剂以外,市面上还有许多其他种类的表面活性剂,如烷基糖苷类、咪唑啉类、甜菜碱类、卵磷脂等,常见的此类表面活性剂结构如图 7 所示。烷基糖苷(Alkyl Polyglycoside,APG)是 20 世纪 90 年代出现的新型非离子表面活性剂,以天然葡萄糖和脂肪醇发生脱水聚合反应而成。1 个葡萄糖与脂肪醇聚合称为烷基葡糖苷,糖单元2 的糖苷统称为烷基多糖苷。烷基糖
14、苷具有优良的配伍性,安全低毒低刺激,绿色易降解,发泡能力强13-14。烷基糖苷类表面活性剂与氨基酸表面活性剂一样可作为婴童清洁产品的首选14。图 7 常见的其他类型表面活性剂结构Fig.7 Structures of other common surfactants安全性高常用于婴童清洁产品的还有两性表面活性剂。两性表面活性剂是在同一分子中既含有阴离子亲水基又含有阳离子亲水基的表面活性剂15,抗静电,具有良好的乳化性和分散性。经 ECOCERT 认证,对皮肤温和、泡沫丰富且配伍性好的两性表面活性剂主要有咪唑啉类、甜菜碱类和卵磷脂三种14,16。咪唑啉表面活性剂又称两性基乙酸盐,如月桂酰两性基乙
15、酸钠、椰油酰两性基乙酸钠等。这类表面活性剂温和高效,低毒耐硬水,同时在纺织、医疗、石油采矿领域也有广泛的应用。甜菜碱两性表面活性剂应用最为广泛,在婴童清洁产品中使用较多。甜菜碱是一种生物碱,又名 1-羧基-N,N,N-三甲氨基乙内酯,其化学结构和氨基酸相似,属于季铵碱类物。甜菜碱取材于自然成分,因在甜菜中发现而得名,广泛存在于动植物体内,如肝脏、脾脏、枸杞、豆科植物等17,比较温和,生物相容性好,且抗静电、抗菌、耐硬水,常与其他表面活性剂复配,中和毒性较大的表面活性剂18。卵磷脂也是一种天然无毒、安全性好的两性表面活性剂,另外,卵磷脂还具有良好的柔润皮肤和防止脂溢出效果,在化妆品的应用中越来越
16、被重视19。5 洁面机理表面活性剂的双亲性结构赋予了它的清洁作用。水的表面张力大,对污垢的润湿性小,用清水不容易将面部油污洗掉,加入表面活性剂后,表面活性剂定向吸附在污垢和皮肤的表面,亲水基一端朝外,亲油基一端吸附在污垢表面并进入内部,降低污垢和皮肤的附着力,在揉搓过程中,表面活性剂带着污垢脱离皮肤表面,随泡沫浮到水面,表面活性剂带有较多同性电荷,相互排斥,污垢稳定分散。洁净的皮肤表面则被表面活性剂分子吸附(亲油基一端吸附,亲水基一端朝外),污垢不易再吸附到皮肤表面,从而达到了洁面的目的20,面部去污过程示意图如图 8 所示。图 8 面部去污过程示意图Fig.8 Schematic diagram of facial decontamination process6 结 语由此可见,我们的日常生活处处离不开化学。表面活性剂工业在不断发展,人们对洁面产品要求也越来越高。我们期望具有无毒无刺激、安全性高、易降解、抗硬水特点,又兼具良好的生物相容性、洁面效果和一定功能性的表面活性剂的成功研发。当然比较产品不能只看成分,也要看配方和工艺等。经过研发者的努力,不久将来,市面上定会出现更理想的洁面
