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表面处理粉体化妆品


表面处理粉体在化妆品中的应用 组员:杨训武、张梦宇、陈霞、胡建、郭凯旋、汪清、朱新平 摘要: 本文主要介绍化妆品级不同种类的表面处理粉体在化妆品中的 应用。 关键字:表面处理、表面处理剂、偶联剂、含氢硅油、化妆品 一、化妆品原料简介 化妆品是以天然、合成或者提取的各种作用不同物质做为原料, 经加热、搅拌和乳化等生产程序加工而成的化学混合物质。化妆品的 原料种类繁多,性能各异。根据

化妆品的原料性能和用途,大体上可 分为基质原料和辅助原料两大类。前者是化妆品的一类主体原料,在 化妆品配方中占有较大比例,是化妆品中起到主要功能作用的物质。 后者则是对化妆品的成形、稳定或赋予色、香以及其它特性起作用, 这些物质在化妆品配方中用量不大,但却极其重要。不同的原料有着 不同的性质及用途, 凭借这些原料结构及性能的差异可以生产出不同 的品牌层次的化妆品原料。 化妆品通用基质原料包括:1、油性原料,是化妆品应用最广的 原料,在护肤产品中起保护、润湿和柔软皮肤作用,在发用产品中起 定型、美发作用;2、表面活性剂,能降低水的表面张力,具备去污、 润湿、分散、发泡、乳化、增稠等功能,被誉为工业味精;3、保湿 剂、是膏霜类化妆品必不可少的原料,其作用是防止膏体干裂,保持 皮肤水分;4、粘结剂,主要用于发胶、摩丝及胶状面膜;5、粉料, 主要用于制造香粉类产品;6、颜料、染料,主要用于制造美容修饰

类产品;7、防腐剂、抗氧剂,在化妆品保质期内和消费者使用过程 中抑制微生物生长;8、香料,增加化妆品香味,提高产品身价;9、 其他原料, 包括紫外线吸收剂、 用于染黑发的染料中间体、 烫发原料、 抑汗剂、祛臭剂、防皮肤干裂的原料、防粉刺原料等。 常见的天然添加剂有水解明胶、 透明质酸、 超氧化歧化酶 (SOD) 、 蜂王浆、丝素、水貂油、珍珠、芦荟、麦饭石、有机锗、花粉、褐澡 酸、沙棘、中草药等。下面就应用最为广泛的一种展开介绍: 表面活性剂 1、表面活性剂化学结构 表面活性剂从化学结构看,表面活性剂一端为疏水基,另一端为 亲水基。表面活性剂有去处污垢,增稠、发泡、润湿等功能,目前已 经广泛用于工农业生产,被化工界称为工业味精。现今全世界表面活 性剂年产值已经达到 1600 万 t, 这些表面活性剂是化妆品中普遍使用 的原料。 2、表面活性剂的特性 表面活性剂有三种特性: (1)去污作用,生产清洁类化妆品利用 该特性; (2)乳化作用,生产膏霜类、以及香波类用的表面活性剂作 为乳化剂; (3)湿润渗透作用,如染发剂、烫发剂均匀接触皮肤,面 霜、唇膏用于涂展。 3、表面活性剂的种类 表面活性剂的种类很多, 通常的按其在水溶液中离解程度分为两 类:非离子性表面活性剂和离子型表面活性剂;后者分为三类,阴离

子表面活性剂、阳离子表面活性剂和两型离子表面活性剂。 非离子性表面活性剂是在水中不解离成离子的表面活性剂, 在化 妆品中,品种较多,使用剂量非常大,品种主要两大类:聚氧乙烯型 和多元醇型;聚氧乙烯型有聚氧乙烯脂肪醇醚、聚氧乙烯烷基酚醚、 聚氧乙烯脂肪酸脂、 聚氧乙烯脂肪酰胺等; 多元醇型有: 烷基醇酰胺、 失水山梨醇单硬脂酸酯等;在化妆品中,使用的乳化剂、泡沫剂、增 稠剂、分散剂都多使用非离子性表面活性剂。 在化妆品中,除使用上述原料外还有以下物质:溶剂原料、香精 香料、染料、颜料以及防腐剂、抗氧剂等。这些物质在化妆品中起到 重要作用。 二、化妆品原料选用规则 虽然说化妆品原料种类极其广泛, 但具体生产制造过程中选用化 妆品原料时应注意以下几点: 1、广泛性 前面说过,原料越来越多,应该说凡是对人体皮肤、毛发、指甲 等外部器官有清洁、保护、滋养、治疗和美化作用的物质都可以被选 用。 2、有效性 选用的原料应该在化妆品中发挥确实有效的作用。 3、针对性 化妆品的品种很多, 应根据化妆品最终体现的效果有针对性地选 择原料。

4、配伍性 化妆品本身是一个复杂的多元体系, 它要求原料在复配体系中有 良好的配伍性质,从而确保体系物理化学体系性质稳定。 5、原料的安全性 应考虑原料对人体是否具有伤害。 6、原料的特殊性 部分化妆品具有特殊的功能和疗效, 他们是通过加入有特殊功效 的原料而实现的,这就需要根据特殊的作用去选择。 7、原料的时效性 化妆品既是日常生活必需品,也是顺应时代潮流的消费品。要求 化妆品原料也要不断地推陈出新,原料的选择也要有时代的特征、潮 流的特征和高科技的含量。 三、表面处理过的粉体原料在化妆品中的应用 众所周知粉质原料在化妆品中有着广泛的应用, 主要运用于粉末 状化妆品,爽身粉、香粉、粉饼、唇膏、胭脂以及眼影等原料。在化 妆品中主要起到遮盖、滑爽、附着、吸收、延展作用;常用在化妆品 中的原料有无机粉质原料、有机粉质原料以及其它粉质原料。这些原 料一般均含有对皮肤有毒性作用的重金属,应用时,重金属含量不得 超过国家化妆品卫生规范规定的含量。 近年来,随着化妆品工业的不断发展,表面处理过的粉体在化妆 品中得到了越来越广泛的拓展。 通过各种表面处理剂及化学物理方法 在粉体表面进行表面化学反应及表面化学包覆, 可改善粉末分散性能

以及耐光、耐温、耐候、耐化学品等诸多性能。不同的表面处理剂和 处理方式使得粉体具有不同的特性, 每一个表面处理剂都有其独特的 性质, 了解及选择经正确处理后的原料对于开发新的化妆品来说是很 必要的,因此配方师能够根据配方的需要开发各种特点鲜明的产品。 1、表面处理剂的分类 根据表面处理剂的不同,分为无机面处理和有机表面处理。依据 处理后的粉体的性质,分为亲水性表面处理和疏水性表面处理。无机 表面处理最常见的用锆氧化物、硅氧化物、铝氧化物对二氧化钛表面 进行处理, 无机物进行表面处理的主要目的是降低二氧化钛的光催化 活性,以获所需要的耐久性和光学特性。有机表面处理采用硬脂酸, 硬脂酸盐(或其它脂肪酸盐),钛酸酯偶联剂,铝酸酯偶联剂,全氟磷 酸酯,硅烷偶联剂,含氢硅油,其它等表面处理剂。化妆品中常用的 粉体包括滑石粉、高岭土、云母粉、碳酸钙、钛白粉、氧化锌、二氧 化硅、氧化铁颜料、色淀、尼龙粉等。以下是部分简介: (1)、滑石粉 为天然硅酸盐,主要成分为含水硅酸镁。特性为色白、 滑爽、柔软,对皮肤不发生任何化学反应,主要用作爽身粉、香 粉、粉饼、胭脂等各种粉类的化妆品的重要原料。 (2) 、高岭土 高岭土又叫白陶土,主要成分为含水硅酸铝,为白色或淡黄 色细粉,对皮肤的黏附性能好,有抑制皮脂及吸汗的性能,在化 妆品中与滑石粉配合使用,有缓解消除滑石粉光泽的作用,主要

用作粉条、眼影、爽身粉、香粉、粉饼、胭脂等各种粉类的化妆 品的重要原料。 (3)、钛白粉 为无臭、无味、白色、无定形微粒细粉末,具有较强的遮盖 力,对紫外线透过率较低,因此,应用于防晒化妆品中,也用于 粉条、眼影、爽身粉、香粉、粉饼、胭脂等各种粉类的化妆品的 重要遮盖剂。 (4)、云母粉 浅灰色鳞片状的结晶粉末。由于其分子结构特性,使其有很 强的附贴性和适度的光泽感及柔润感,经过特殊加工,可制成合 成云母,提高白色度同时改善妆面的亮度和持久性。 (5)、二氧化硅粉 有天然及合成两种,天然结晶产物也称石英,人工合成产品多为 非晶质构造。目前市场上使用的以人工合成品为主,有较强的增滑性 和吸油性,用于各种粉类产品,也可作为膏霜产品中的增粘剂和稳定 剂。 2、表面处理的方法 表面处理的工艺方法很多,依据作用效果或改性手段来命名的 话,有多种分类方法。可以将其概括为六类:表面包覆改性法、表面 化学改性法、机械力化学改性法、沉淀反应改性法、外膜层改性(胶 囊)法和高能表面改性法。这类分类方法很直观,针对性也强,但随 着表面改性技术的发展,不同方法的交互作用越来越繁杂。将其概括

地分为物理法、化学法和机械力化学方法三类更简洁。 (1) 、物理法 凡是不用表面改性剂而对粉体填料实施表面改性的方法, 都可归 于物理法。例如高聚物涂敷改性和高能改性方法等。 涂敷改性是借助粘附力用高聚物或树脂等对粉体进行包覆改性 的方法。如用聚乙二醇包覆硅灰石。将此改性硅灰石填充 PP,能有 效地提高 PP 的缺口冲击强度和低温性能。 高能表面改性是利用等离子体、电晕放电、紫外线等手段对矿物 进行表面改性的方法。李瑞海等通过高能辐照,使碳酸钙表面接上乙 烯基单体,形成一层有机膜。该有机膜改善了 HDPE 和 CaC03 之间 的相容性,改性后体系的拉伸强度和冲击韧性有明显提高,加上二流 变性能也有所改善, 其熔体粘度低, 温敏性好。 这种方法改性效果好, 填料表面生成的有机膜具有高度均匀、致密、与基体粘附强等优点。 这是别的表面改性方法所无法达到的, 被认为是粉体表面改性的一个 新动向。但该工艺复杂、成本高,目前还难于工业化应用。 (2) 、化学法 利用各种表面改性剂或化学反应而对粉体填料进行表面改性的 方法,通称为化学法,表面改性剂分子一端为极性基团,能与粉体表 面发生物理吸附或化学反应面连接在一起,而另一端的亲油性基团 (长烃链)与树脂基体形成物理缠绕或化学反应。结果表面改性剂在 无机填料和有机高聚物之间架起一座“分子桥” ,将极性不同、相容 性甚差的两种物质偶联起来, 从而增强了高聚物基体和填料之间的相

互作用,改善制品性能。 (3) 、机械力化学改性 机械力化学改性指的是通过粉碎、磨碎、摩擦等机械方法,使矿 物品格结构、晶型等发生变化,体系内能增大,温度升高,促使粒子 熔解、热分解、产生游离基或离子,增强矿物表面活性,促使矿物和 其他物质发生化学反应或相互附着,达到表面改性目的的改性方法。 机械力化学改性被认为是一种最具应用价值的高效改性方法。 丁浩、卢寿慈等认为,机械力化学改性有两层含义:第一, 利 用矿物超细粉碎过程中机械应力的作用激活矿物表面,使表面 晶体 结构与物理化学性质发生变化, 从而实现改性, 满足应用需要; 第二, 利用机械应力对表面的激活作用和由此产生的离子和游离基, 引发单 体烯烃类有机物聚合,或使偶联剂等表面改性剂高效附着而实现改 性。通常说的机械力化学改性一般指第二层含义。 利用机械力化学改性方法,可以对填料进行表面改性、表面接枝 改性和粒一粒包覆改性。 在实际生产过程中,往往是两种方法同时或连续的使用。一般来 说表面处理剂的作用是通过在极性的粉体粒子表面吸附, 表面处理剂 的分子的极性末端指向粒子,其非极性的 “尾巴”指向油性介质, 它在两者之间起着界面或桥的作用。 颜料表面吸附的表面处理剂层将 粉体粒子隔开,粉体粒子可以较容易的分散于介质中。 3、影响改性的主要因素 (1)粉体原料的性质

粉体原料的比表面积、粒度大小和粒度分布、比表面能、表面物 理化学性质、团聚性等均对改性效果有影响。 (2) 表面改性剂配方 粉体的表面改性在很大程度上是通过表面改性剂在粉体表面的 作用来实现的,因此表面改性剂的配方对改性效果有直接影响。表面 改性剂品种的选择主要由粉体原料的性质、 产品的用途或应用领域以 及工艺、价格、环保等因素决定;用量需通过改性实验和应用性能实 验来确定, 理论上在颗粒表面达到单分子层吸附所需的用量为最佳用 量;添加方法最好是表面改性剂和粉体均匀充分的接触,以达到改性 剂的高度分散和均匀包覆。 (3)表面改性工艺 要求满足表面改性剂的应用要求,对表面改性剂的分散性能好, 能够实现牢固均匀的包覆;同时要求工艺简单、参数可控性好、产品 质量稳定、能耗低、污染小。目前主要采用的工艺有干法、湿法、粉 碎和表面改性合二为一、干燥和表面改性合二为一等。 (4)表面改性设备 表面改性设备性能的优劣,关键在于以下基本工艺特性:A、对 粉体及表面改性剂的分散性。B、使粉体与表面改性剂有接触或作用 的机会。C、改性温度和停留时间。D、单位产品能耗和磨耗。E、粉 尘污染。F、设备的运转状态。高性能的表面改性剂应能够使粉体及 表面改性剂的分散性好、粉体与表面改性剂的接触或作用机会均等, 以达到均匀的单层吸附、减少改性剂用量;同时,能方便调节改性温

度、反应或停留时间,以达到牢固包覆和使溶剂或稀释剂完全蒸发; 此外,单位产品能耗和磨耗应较低,无粉尘污染,设备操作简单,运 行平稳。 4、表面处理粉体举例 下面主要介绍近年来在化妆品中使用比较广泛的表面处理粉 体,及其应用 。 (1)硅氧烷表面处理粉体 : 硅氧烷表面处理粉体是目前使用最广泛的表面处理粉体,大量 应用在粉饼、干湿两用粉饼、眼影、眼影膏、腮红、热灌粉底、粉底 液等产品中。硅氧烷处理的粉体是在粉粒子的表面化学键结合了硅 氧烷分子,因此具有优异的防水性,延展性、流动性、分散性和吸附 性,细腻感也非常好。特别是应用在硅油体系中能达到非常好的使用 效果 。 早期的硅氧烷表面处理剂是使用含氢硅油,如:道康宁的 DC 一 1107、G 的 TSF 一 484、信越的 KF 一 99,由于含有一定数量的比较 活泼 Si—H 键,在催化剂作用下,可与其它含双键、羟基等活性基团 的化学物质发生反应,生成具有各种特殊性能的硅产品,能在某些金 属盐触媒的催化下,在各种基材表面交联行成防水膜。不使用催化剂 的话要在高温下且反应时间较长。这种表面处理剂处理过的粉 体的 特点是疏水性突出,耐皮肤的汗和分泌的油脂,在皮肤保留时间长, 能在极性低的油类介质中有很好的分散。缺点是可能残留有活性基, 在碱性条件下会有氢气放出,因此对某些产品来说并不合适,而且他

们亦不易在一些酯类中分散 。 烷基硅偶联剂处理的粉体,近年来随着偶联剂的不断发展,越来 越多的偶联剂开始应用在粉体的表面处理上。长链烷基烷氧基硅烷 是一类新型的有机硅偶联剂, 其结构通式为 RSiRnX3-n, 其中 n = 0~3, x 通常为—OCH3、—0C2H5 等,R 为长链烷基。化妆品中使用较多 的烷基硅偶联剂是辛基三乙氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷、十 二烷 基三乙氧基硅烷。这类烷基硅偶联剂的结构是:R—S i—X 3,这里 X 是一个可水解的烷氧基团( 化妆品中一般采用乙氧基 ) ;R 这里是 长链烷基基团。硅烷氧基团能够与许多填料的表面基团反应。它们首 先可与水反应,产生硅三醇,释放出副产物乙醇。接着硅醇基团与填 料表面的羟基发生缩合反应,相邻的硅氧烷可以进一步反应,在填料 表面产生聚硅氧烷。通过引入长链烷基增强了粉体的亲油性,与皮肤 亲和性更好,在化妆品中可用作光亮助剂、疏水剂、润滑剂、滑爽剂 等,能赋予化妆品优异的护肤性、疏水透气性、抗氧化性、紫外防护 性、柔软性、滑爽性、防粘性等性能。烷基硅偶联剂处理过的粉体即 对油水有极强的相斥作用,持久耐用(不会因汗和皮脂而改变颜色), 又由于含有长链烷基基团,与皮肤有很好的亲和性。 (2)钛酸酯偶联剂,铝酸酯偶联剂等这一类偶联剂处理的粉体。下 面以钛酸酯为例。 钛酸酯有通用结构:XO.T i.(OY) 3,这里 XO—可以是一个烷氧 基基团,它能与无机填料表面羟基反应,—O Y 是有机官能片段。Y 部分可以包含几个不同的基团。 化妆品中一般使用的是异丙基三异硬

脂酸钛酸酯,美国 K e n r i c h 公司生产。用异丙基三异硬脂酸钛 酸 酯处理过的原料,表面形成一层均匀的亲油的异硬脂酸盐基团膜,所 以是亲油的, 可以给皮肤以极好的有机特性贴肤性并获得优异的防水 性。这类表面处理剂处理过的粉体在油酯中分散效果好,因而应用也 较为普遍。例如热灌粉膏,W/O 粉底液等。与未经处理过的粉体相 比具有很好的可浇注性和流动性,对皮肤亲和性好,粘度也更低。 (3) 其它表面处理粉体,用于化妆品粉体的表面处理方法还有很多。 例如表面活性剂处理、氨基酸、脂肪氨基酸、有机酯、卵磷脂、 金属皂 、即防水又防油的全氟磷酸酯等等。有的粉体原料是经过多 重的复合表面处理,我们最常使用的油溶性钛白粉就是用锆氧化物、 硅氧化物、铝氧化物再加上硬脂酸铝进行复合表面处理。 化妆品粉体表面处理技术走在世界前列的是日本和美国, 韩国也 紧随其后。如美国的 KOBO,日本的三好化成、大东化成等等。 (4) 一些表面处理粉体的比较和应用实例。 A:普通钛白粉 B :异丙基三异硬脂酸钛酸酯表面处理钛白粉 C :含氢硅油表面处理钛白粉 D:癸基三乙氧基硅烷表面处理钛白粉 1 :取 A、B 、C 、D 各 5 克分别放入盛有 5 0 ml 水的烧杯中,搅 拌后观察 。 A 、加入水中后在水中分散,杯底有沉淀 ; B 、加入水中后在静止的水中能漂浮 1 小时以上 ;

C 、加入水中后在静止的水中能漂浮 1 小时以上 ; D 、加入水中后在静止的水中能漂浮 1 小时以上 。 2 :取 A、B 、C 、D 各 4 0 克分别制备 40%的以下的溶剂的溶液, 研磨,静置 1 小时后观察。 结果见表: 项 目 DC 一 345 聚二甲基硅氧 烷 100cst A 分散液不能流 分散液不能流 分散液不能流 动 B 动 动 白油

分散液能自由 分散液能自由 分散液能自由 流动,油粉分层 流动,油粉分层 动,油粉分层不 不明显 最明显 明显

C

分散液能自由 分散液能自由 分散液能自由 流动,油粉分层 流动,油粉分层 流动,油粉分层 不明显 不明显 最明显

D

分散液能自由 分散液能自由 分散液能自由 流动,油粉分层 流动,油粉分层 流,油粉分层不 不明显 不明显 明显

(5) 配方举例 : 热灌型固体霜状粉饼

成 分 A 相 异丙基三异硬脂酸钛酸酯处理钛白粉 异丙基二异硬脂酸钛酸酯处理氧化铁黄 异丙基三异硬脂酸钛酸酯处理氧化铁红 异丙基三异硬脂酸钛酸酯处理氧化铁黑 异丙基三异硬脂酸钛酸酯处理辛烯基琥珀酸铝淀粉 异丙基三异硬脂酸钛酸酯处理绢云母 二氧化硅 B 相 角鲨烷 聚二甲基硅氧烷 5 c s t 棕榈酸异辛酯 聚甘油 2 三异砸脂酪酯 白油 氢化椰油甘油酯 微晶腊 巴西腊 地蜡 C 相 尼龙—1 2 D 相 防腐剂 操作工艺: ① 、粉碎组分 A 直到完全显色 。 ② 、搅拌加热组分 B 到 9 0 ~ 9 3 度 。

重 量(%) 13 0.33 0-33 0.10 15.00 5.24 2.00 6.50 8.00 16.00 5.50 3.00 2.00 4.00 2.00 5.00 l 2.00 适量

③ 、 加入 D 相继续搅拌并保持温度半小时, 将组分 A 加到组分 B 中, 混合直到均匀 。 ④ 、搅拌冷却到 82 度左右,加入组分 C,继续搅拌直到均匀。 ⑤ 、7 4 ~ 8 0 度浇注到容器中。 该配方的特点是触摸犹如液体,涂抹时具有粉体手感,而且非常 容易涂抹。异丙基三异硬脂酸钛酸酯处理的粉体降低了粉体的吸油 性,从 而使得粉料更容易被加到配方中,使得粉饼具有液体般触感, 和肌肤 具有优异的相容性。 四、总结 : 普通的粉质可以做到很细但极容易聚结,增加配伍的难度,成品 表现差,不防水防汗,易落妆,亲油性差,容易面现油光,妆容不持 久,厚重不自然。表面处理技术为化妆品粉料带来了革新性的改良。 现今的化妆者对化妆艺术的要求越来越高,除了对遮盖性、色彩 性的简单要求外,自然、透气、持久、安全、滋润、芳香、营养、闪 亮、肤感等各方面的呼声高亢,表面处理过的化妆品粉体将会得到越 来越广泛的应用。近年来,表面处理技术取得了突飞猛进的发展,抗 水、抗油能力、丝质般肤感、配伍时优秀的分散性、柔软肤感、粉料 的可高 加入量、原料的化学及物理稳定性、改善与活性成份的高兼 容性等都可以从硅、硅氧烷、烷基硅、钛酸酯、肉豆蔻酸镁、卵磷脂、 全氟磷酸酯等类对粉料进行表面处理得到。 我国化妆品表面处理技术 方面与日美等发达国家相比还有很大差距 。 参考文献 :

[ 1 ]郭广生,戴恒,薛春余。无机粉体表面处理技术及应用。[ J ].化 工新型材料,1997(11) 。 [ 2 ]裘炳毅, 《化妆品化学与工艺技术大全》 ,中国轻工业出版社。 [ 3 ]朱淮军,廖洪流,李凤仪。长链烷基硅烷偶联剂的合成研究,[ J ] 化工新型材料,2005 (9)。 [ 4 ]朱淮军,廖洪流,李凤仪。长链一烯烃的硅氢加成反应研究, [ J ].精细化工,2006 (1) 。


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