تقدم الأبحاث حول المواد الخافضة للتوتر السطحي في الشامبو

الشامبو منتج يُستخدم يوميًا لإزالة الأوساخ من فروة الرأس والشعر والحفاظ على نظافتهما. المكونات الرئيسية للشامبو هي مواد خافضة للتوتر السطحي (يُشار إليها باسم المواد الخافضة للتوتر السطحي)، ومكثفات، ومرطبات، ومواد حافظة، وغيرها. وأهم مكوناته هي المواد الخافضة للتوتر السطحي. لا تقتصر وظائف المواد الخافضة للتوتر السطحي على التنظيف، وتكوين الرغوة، والتحكم في السلوك الريولوجي، وترطيب البشرة فحسب، بل تلعب أيضًا دورًا رئيسيًا في عملية التكتل الكاتيوني. ولأن البوليمر الكاتيوني يمكن أن يترسب على الشعر، فإن هذه العملية ترتبط ارتباطًا وثيقًا بنشاط السطح، الذي يساعد أيضًا على ترسيب مكونات مفيدة أخرى (مثل مستحلب السيليكون، والمواد الفعالة المضادة للقشرة). يؤدي تغيير نظام المواد الخافضة للتوتر السطحي أو مستويات الإلكتروليت دائمًا إلى تفاعل متسلسل لتأثيرات البوليمر المرطب في الشامبو.

1. نشاط جدول SLES

SLS له تأثير ترطيب جيد، ويمكن أن ينتج رغوة غنية، ويميل إلى إنتاج رغوة سريعة. ومع ذلك، لديه تفاعل قوي مع البروتينات ومهيج للغاية للجلد، لذلك نادرًا ما يستخدم كنشاط سطحي رئيسي. المكون النشط الرئيسي الحالي للشامبو هو SLES. من الواضح أن تأثير امتصاص SLES على الجلد والشعر أقل من تأثير SLS المقابل. منتجات SLES ذات درجة أعلى من الإيثوكسيلة لن يكون لها في الواقع أي تأثير امتصاص. بالإضافة إلى ذلك، تتميز رغوة SLES بثبات جيد ومقاومة قوية للماء العسر. الجلد، وخاصة الأغشية المخاطية، أكثر تحملاً لـ SLES من SLS. كبريتات لوريث الصوديوم وكبريتات لوريث الأمونيوم هما أكثر المواد الخافضة للتوتر السطحي SLES استخدامًا في السوق. وجدت الأبحاث التي أجراها لونغ زيك وآخرون أن أمين كبريتات لوريث يتميز بلزوجة رغوة أعلى وثبات رغوة جيد وحجم رغوة معتدل ومنظف جيد وشعر أنعم بعد الغسيل، ولكن كبريتات لوريث ملح الأمونيوم يتفكك غاز الأمونيا في الظروف القلوية، لذلك فإن كبريتات لوريث الصوديوم، التي تتطلب نطاقًا أوسع من الرقم الهيدروجيني، تُستخدم على نطاق واسع، ولكنها أيضًا أكثر تهيجًا من أملاح الأمونيوم. يتراوح عدد وحدات إيثوكسي SLES عادةً بين 1 و5 وحدات. ستؤدي إضافة مجموعات الإيثوكسي إلى تقليل تركيز الميسيل الحرج (CMC) لمواد الفاعل بالسطح الكبريتية. يحدث أكبر انخفاض في CMC بعد إضافة مجموعة إيثوكسي واحدة فقط، بينما بعد إضافة 2 إلى 4 مجموعات إيثوكسي، يكون الانخفاض أقل بكثير. مع زيادة وحدات الإيثوكسي، يتحسن توافق AES مع الجلد، ولا يُلاحظ أي تهيج للجلد تقريبًا في SLES التي تحتوي على حوالي 10 وحدات إيثوكسي. مع ذلك، فإن إضافة مجموعات الإيثوكسي تزيد من قابلية ذوبان المادة الخافضة للتوتر السطحي، مما يعيق تكوين اللزوجة، لذا يجب إيجاد توازن. تستخدم العديد من أنواع الشامبو التجارية SLES التي تحتوي في المتوسط ​​على وحدة إلى ثلاث وحدات إيثوكسي.

باختصار، يُعدّ SLES فعالاً من حيث التكلفة في تركيبات الشامبو. فهو لا يتميز فقط برغوة غنية، ومقاومته القوية للماء العسر، وسهولة تكثيفه، وسرعة تجلطه الكاتيونية، لذا فهو لا يزال المادة الخافضة للتوتر السطحي السائدة في الشامبوهات الحالية. 

2. المواد الخافضة للتوتر السطحي من الأحماض الأمينية

في السنوات الأخيرة، نظرًا لأن SLES يحتوي على الديوكسان، فقد لجأ المستهلكون إلى أنظمة خافضة للتوتر السطحي أكثر اعتدالًا، مثل أنظمة خافضة للتوتر السطحي من الأحماض الأمينية، وأنظمة خافضة للتوتر السطحي من الجليكوسيد الألكي، وما إلى ذلك.

تنقسم المواد الخافضة للتوتر السطحي من الأحماض الأمينية بشكل أساسي إلى أسيل جلوتامات، و N-أسيل ساركوسينات، و N-ميثيل أسيل تورات، وما إلى ذلك.

2.1 أسيل الغلوتامات

تُقسم غلوتامات الأسيل إلى أملاح أحادية الصوديوم وأملاح ثنائية الصوديوم. محلولها المائي حمضي، ومحلولها المائي قلوي. يتميز نظام الفاعل بالسطح من غلوتامات الأسيل بقدرة رغوة مناسبة، وخصائص ترطيب وغسل، ومقاومة للماء العسر، وهي أفضل من أو تُشبه SLES. وهو آمن للغاية، ولا يُسبب تهيجًا أو حساسية جلدية حادة، وله سمية ضوئية منخفضة. يكون تهيج الغشاء المخاطي للعين خفيفًا لمرة واحدة، بينما يكون تهيج الجلد المصاب (محلول بنسبة كتلة 5%) قريبًا من تهيج الماء. غلوتامات الأسيل الأكثر تمثيلًا هو غلوتامات كوكويل ثنائي الصوديوم. يُصنع غلوتامات كوكويل ثنائي الصوديوم من حمض جوز الهند الطبيعي الآمن للغاية وحمض الجلوتاميك بعد كلوريد الأسيل. لي تشيانغ وآخرون. وُجِد في "بحث حول تطبيق غلوتامات كوكويل ثنائي الصوديوم في الشامبو الخالي من السيليكون" أن إضافة غلوتامات كوكويل ثنائي الصوديوم إلى نظام SLES يمكن أن يُحسِّن قدرة النظام على الرغوة ويُقلِّل من أعراض مشابهة لأعراض SLES. تهيج الشامبو. عندما كان عامل التخفيف 10 مرات، و20 مرة، و30 مرة، و50 مرة، لم يُؤثِّر غلوتامات كوكويل ثنائي الصوديوم على سرعة وكثافة التَّخَلُّط في النظام. عندما يكون عامل التخفيف 70 مرة أو 100 مرة، يكون تأثير التَّخَلُّط أفضل، لكنَّ التَّكثيف يكون أكثر صعوبة. والسبب هو وجود مجموعتين كربوكسيل في جزيء غلوتامات كوكويل ثنائي الصوديوم، ويتم اعتراض مجموعة الرأس المُحبَّة للماء عند السطح البيني. تُؤدِّي المساحة الأكبر إلى مُعامل تعبئة حرج أصغر، ويتجمع المُنشِّط السطحي بسهولة في شكل كروي، مما يُصعِّب تكوين مُذيلات تشبه الديدان، مما يُصعِّب التَّكثيف.

2.2 ساركوزينات N-أسيل

N-acyl sarcosinate له تأثير ترطيب في النطاق المحايد إلى الحمضي الضعيف، وله تأثيرات رغوية ومثبتة قوية، ولديه تحمل عالي للمياه العسرة والإلكتروليتات. وأكثرها تمثيلاً هو لورويل ساركوسينات الصوديوم. . لورويل ساركوسينات الصوديوم له تأثير تنظيف ممتاز. وهو مادة فعالة سطحية أنيونية من نوع الأحماض الأمينية يتم تحضيرها من مصادر طبيعية لحمض اللوريك وساركوسينات الصوديوم من خلال تفاعل من أربع خطوات من الفثالة والتكثيف والتحمض وتكوين الملح. عامل. إن أداء لورويل ساركوسينات الصوديوم من حيث أداء الرغوة وحجم الرغوة وأداء إزالة الرغوة قريب من أداء لوريث كبريتات الصوديوم. ومع ذلك، في نظام الشامبو الذي يحتوي على نفس البوليمر الكاتيوني، توجد منحنيات التكتل للاثنين. فرق واضح. في مرحلة الرغوة والفرك، يكون لدى شامبو نظام الأحماض الأمينية انزلاق فرك أقل من نظام الكبريتات؛ في مرحلة التنظيف، ليس فقط انزلاق التنظيف أقل قليلاً، ولكن أيضًا سرعة تنظيف شامبو الأحماض الأمينية أقل من شامبو الكبريتات. وجد وانغ كوان وآخرون أن النظام المركب لساركوزينات لورويل الصوديوم والمواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية والأنيونية والزويتريونية. من خلال تغيير معلمات مثل جرعة ونسبة المواد الخافضة للتوتر السطحي، وجد أنه بالنسبة لأنظمة المركبات الثنائية، يمكن أن تحقق كمية صغيرة من جليكوسيدات الألكيل سماكة تآزرية؛ بينما في أنظمة المركبات الثلاثية، يكون للنسبة تأثير كبير على لزوجة النظام، من بينها يمكن أن يحقق مزيج ساركوزينات لورويل الصوديوم وكوكاميدوبروبيل بيتايين وجليكوسيدات الألكيل تأثيرات تكثيف ذاتي أفضل. يمكن أن تتعلم أنظمة المواد الخافضة للتوتر السطحي من هذا النوع من مخطط التكثيف.

2.3 ن-ميثيل أسيل تورين

الخصائص الفيزيائية والكيميائية لـ N-ميثيل أسيل تورات تشبه خصائص كبريتات ألكيل الصوديوم بنفس طول السلسلة. كما يتميز بخصائص رغوية جيدة ولا يتأثر بسهولة بدرجة الحموضة وصلابة الماء. يتمتع بخصائص رغوية جيدة في النطاق الحمضي الضعيف، حتى في الماء العسر، لذا فإن له نطاق استخدامات أوسع من كبريتات الألكيل، وهو أقل تهيجًا للجلد من N- لورويل غلوتامات الصوديوم ولوريل فوسفات الصوديوم. وهو قريب من SLES، وأقل بكثير منه، وهو مادة خافضة للتوتر السطحي خفيفة التهيج. والأكثر تمثيلاً هو ميثيل كوكويل تورات الصوديوم. يتكون ميثيل كوكويل تورات الصوديوم من تكثيف الأحماض الدهنية المشتقة طبيعيًا وميثيل تورات الصوديوم. وهو مادة خافضة للتوتر السطحي من الأحماض الأمينية المعممة ذات رغوة غنية وثبات جيد للرغوة. إنه في الأساس لا يتأثر بدرجة الحموضة والماء. تأثير الصلابة. يحتوي تورات كوكويل ميثيل الصوديوم على تأثير تكثيف تآزري مع المواد الخافضة للتوتر السطحي الأمفوتيرية، وخاصة المواد الخافضة للتوتر السطحي الأمفوتيرية من نوع البيتين. ركز تشنغ شياومي وآخرون في "البحث في أداء تطبيق أربعة مواد خافضة للتوتر السطحي من الأحماض الأمينية في الشامبو" على غلوتامات كوكويل الصوديوم، وألانات كوكويل الصوديوم، وساركوسينات لورويل الصوديوم، وأسبارتات لورويل الصوديوم. أجريت دراسة مقارنة حول أداء التطبيق في الشامبو. وبأخذ لوريث كبريتات الصوديوم (SLES) كمرجع، تمت مناقشة أداء الرغوة والقدرة على التنظيف وأداء التكثيف وأداء التكتل. من خلال التجارب، استنتج أن أداء الرغوة لكوكويل ألانين الصوديوم وساركوسينات لورويل الصوديوم أفضل قليلاً من أداء SLES؛ لا يوجد فرق كبير في قدرة المواد الخافضة للتوتر السطحي من الأحماض الأمينية الأربعة، وجميعها أفضل قليلاً من SLES؛ أداء التكثيف أقل عمومًا من SLES. بإضافة مُكثِّف لضبط لزوجة النظام، يُمكن زيادة لزوجة نظام كوكويل ألانين الصوديوم إلى 1500 باسكال ثانية، بينما لا تزال لزوجة أنظمة الأحماض الأمينية الثلاثة الأخرى أقل من 1000 باسكال ثانية. تكون منحنيات التجلُّد للمواد الخافضة للتوتر السطحي للأحماض الأمينية الأربعة ألطف من منحنيات SLES، مما يُشير إلى أن شامبو الأحماض الأمينية يتدفق بشكل أبطأ، بينما يتدفق نظام الكبريتات بشكل أسرع قليلاً. باختصار، عند تكثيف تركيبة شامبو الأحماض الأمينية، يُمكنك التفكير في إضافة مواد خافضة للتوتر السطحي غير أيونية لزيادة تركيز الميسيل لغرض التكثيف. يُمكنك أيضًا إضافة مُكثِّفات بوليمر مثل ثنائي أوليات ميثيل جلوكوز PEG-120. بالإضافة إلى ذلك، لا يزال تركيب مُكيفات كاتيونية مناسبة لتحسين قابلية التمشيط يُمثل صعوبة في هذا النوع من التركيبات.

3. مواد خافضة للتوتر السطحي من جليكوسيدات الألكيل غير الأيونية

بالإضافة إلى مُنشِّطات السطح المُكوَّنة من الأحماض الأمينية، حظيت مُنشِّطات السطح المُكوِّنة من جليكوسيدات الألكيل غير الأيونية (APGs) باهتمام واسع في السنوات الأخيرة نظرًا لانخفاض تهيجها، وملاءمتها للبيئة، وتوافقها الجيد مع الجلد. عند استخدامها مع مُنشِّطات السطح مثل كبريتات بولي إيثر الكحول الدهنية (SLES)، تُخفِّض مُنشِّطات السطح المُكوِّنة من جليكوسيدات الألكيل غير الأيونية التنافر الكهروستاتيكي للمجموعات الأنيونية في SLES، مُشكِّلةً بذلك مُذيلات كبيرة ذات بنية تشبه القضيب. تقلُّ احتمالية اختراق هذه المُذيلات للجلد، مما يُقلِّل من تفاعلها مع بروتينات الجلد وما ينتج عنه من تهيج. وجد فو يانلينغ وآخرون أن SLES استُخدم كمُنشِّط سطح أنيوني، بينما استُخدم كوكاميدوبروبيل بيتايين ولورو أمفو أسيتات الصوديوم كمُنشِّطات سطحية ثنائية الأيونات، بينما استُخدم ديسيل غلوكوزيد وكوكويل غلوكوزيد كمُنشِّطات سطحية غير أيونية. المواد الفعالة، بعد الاختبار، تمتلك المواد الفعالة بالسطح الأنيونية أفضل خصائص الرغوة، تليها المواد الفعالة بالسطح الزويتريوني، وAPGs لديها أسوأ خصائص الرغوة؛ الشامبوهات التي تحتوي على المواد الفعالة بالسطح الأنيونية كعوامل فعالة بالسطح الرئيسية لها تكتل واضح، بينما تمتلك المواد الفعالة بالسطح الزويتريوني وAPGs أسوأ خصائص الرغوة. لم يحدث أي تكتل؛ من حيث خصائص الشطف وتمشيط الشعر المبلل، فإن الترتيب من الأفضل إلى الأسوأ هو: APGs > الأنيونات > الزويتريونيك، بينما في الشعر الجاف، تكون خصائص تمشيط الشامبو التي تحتوي على الأنيونات والزويتريونيات كمواد فعالة بالسطح رئيسية متكافئة. ، الشامبو الذي يحتوي على APGs كمادة فعالة بالسطح رئيسية لديه أسوأ خصائص تمشيط؛ يُظهر اختبار غشاء المشيمة الألانتي لجنين الدجاج أن الشامبو الذي يحتوي على APGs كمادة فعالة بالسطح الرئيسية هو الأخف، بينما الشامبو الذي يحتوي على الأنيونات والزويتريونيات كمواد فعالة بالسطح الرئيسية هو الأخف. تمامًا. تتميز APGs بمحتوى منخفض من CMC، وهي منظفات فعالة جدًا للبشرة والدهون الدهنية. لذلك، تعمل APGs كعامل خافض للتوتر السطحي رئيسي، وتميل إلى جعل الشعر يبدو جافًا ومُقشرًا. على الرغم من أنها لطيفة على البشرة، إلا أنها قد تزيل الدهون وتزيد من جفافها. لذلك، عند استخدام APGs كعامل خافض للتوتر السطحي رئيسي، يجب مراعاة مدى إزالتها لدهون البشرة. يمكن إضافة مرطبات مناسبة إلى التركيبة لمنع ظهور القشرة. وللتخلص من جفاف الشعر، يرى المؤلف أنه يمكن استخدامه أيضًا كشامبو للتحكم في الزيوت، للتوضيح فقط.

باختصار، لا يزال النشاط السطحي الأنيوني يهيمن على الإطار الرئيسي الحالي لنشاط السطح في تركيبات الشامبو، والذي ينقسم أساسًا إلى نظامين رئيسيين. أولًا، يُدمج SLES مع مواد خافضة للتوتر السطحي ثنائية الأيونات أو مواد خافضة للتوتر السطحي غير أيونية لتقليل تهيجها. يتميز نظام التركيبة هذا برغوة غنية، ويسهل تكثيفه، ويتميز بتكتل سريع لمكيفات زيت السيليكون والكاتيون، كما أنه منخفض التكلفة، لذلك لا يزال نظام المواد الخافضة للتوتر السطحي السائد في السوق. ثانيًا، تُدمج أملاح الأحماض الأمينية الأنيونية مع المواد الخافضة للتوتر السطحي ثنائية الأيونات لزيادة أداء الرغوة، وهو مجال رائج في تطوير السوق. يتميز هذا النوع من المنتجات التركيبية برغوة غنية وخفيفة. ومع ذلك، نظرًا لأن تركيبة نظام أملاح الأحماض الأمينية تتكتل وتتدفق ببطء، فإن شعر هذا النوع من المنتجات يكون جافًا نسبيًا. أصبحت APGs غير الأيونية اتجاهًا جديدًا في تطوير الشامبو نظرًا لتوافقها الجيد مع البشرة. تكمن صعوبة تطوير هذا النوع من التركيبات في إيجاد مواد فعالة سطحية أكثر فعالية لزيادة غنى الرغوة، وإضافة مرطبات مناسبة لتخفيف تأثير APGs على فروة الرأس. الظروف الجافة.