洗发水悬浮稳定新方案：探究三羟基硬脂精晶型对香波的性能影响

三羟基硬脂精作为流变改进剂，可增加低剪切黏度，起到悬浮稳定的作用，其悬浮液的流变行为在很大程度上取决于所获得的晶体形状。本文通过研究预溶剂、表面活性剂浓度、降温工艺三个重要参数对晶型的影响，探究晶型与稳定性、发泡性和刺激性的关系，以期为配方师提供一种更为简便的悬浮稳定思路和方法。

研究亮点速览

①纤维状晶体稳定性最优：16-18醇预溶+缓慢降温形成的纤维状晶体，稳定性远优于玫瑰花型和不规则球状晶体。

②降温速率决定晶型：缓慢降温(0.5°C/min)利于纤维状晶体形成，快速冷却生成不稳定球状晶体。

③高表活浓度促进纤维晶型：18%AES浓度下纤维状晶体最多，稳定性最好，浓度降低则晶体趋于球形、稳定性下降。

④纤维状晶体发泡性最佳：发泡性能纤维状＞玫瑰花型＞不规则球状；纤维状液晶不仅不降低发泡性能，反而会缓解16-18醇的降泡作用。

⑤温和安全：添加三羟基硬脂精不增加香波刺激性，晶型差异对产品安全性无影响，均为无/轻刺激级别。

01

实验部分

主要试剂

①三羟基硬脂精， w=99.95%,Ambuja Solvex Pvt. Ltd.；

②瓜儿胶羟丙基三甲基氯化铵N-HanceTM 3197(w=92.5%)，亚什兰(中国)投资有限公司；

③柠檬酸,w=100%，山东柠檬生化有限公司；

④椰油酰胺丙基甜菜碱，TC-CAB 35FO,w=29.5%，广州天赐高新材料股份有限公司；

⑤月桂醇聚醚硫酸酯钠，RSAW ESB 70/ZA,w=70%，广东丽臣奥威实业有限公司；

⑥月桂醇硫酸酯铵，RSAW AL 70/Z A,w=70%，湖南丽臣奥威实业有限公司；

⑦椰油酰甲基牛磺酸钠，Napure C-HP,w=30%，广州天赐高新材料股份有限公司；

⑧椰油酰氨基丙酸钠，Eversoft ACS,w=27.5%，南京华狮新材料有限公司；

⑨EDTA二钠Dissolvine Na2,w=100%，诺力昂化学品(宁波)有限公司；

⑩16-18醇，MASCOL 68/30P, w=100%, PT Musim Mas；

⑪椰油酰胺MEA,Top-rinese CMEA,w=95%，佛山合德新材料有限公司；

⑫乙二醇二硬脂酸酯，CutinaRAGS Pellet,w=100%，巴斯夫(中国)有限公司；

⑬辛酰甘氨酸，Puri-facteur,w=100%，东莞巨微新材料科技有限公司；

⑭乳化硅油聚二甲基硅氧烷和聚二甲基硅氧烷醇，QF-7165A，w=60%，广州市祺富精细化工有限公司；

⑮苯甲酸钠AR,w=100%，西陇科学股份有限公司；

⑯苯氧乙醇，PHE-SP10, w=100%, Yokkaichi Chemical Co., Ltd.；

⑰氯化钠，w=100%，江西九二盐业有限责任公司；

⑱氢氧化钠AR，w=100%，西陇科学股份有限公司；

⑲SPF级白来航鸡，新兴大华农禽有限公司。

02

实验结果与讨论

2.1

预溶剂对液晶形态及稳定性影响

实验采用香波中常用的原料16-18醇和椰油酰胺MEA作为预溶剂，对三羟基硬脂精进行预溶解和分散，以降低熔点和内聚能。

如图1a、c所示，复配16-18醇预溶剂的香波，三羟基硬脂精表现出大量细长的纤维状；图b、d复配椰油酰胺MEA表现为纤维和玫瑰花型共存状态。

组合物A和C配制的香波产品稳定性均是A级，B和D在40°C第3个月为B级，其余为A级。原因如图2所示，5~20μm的长纤维状态比表面积更大，能形成三维网络结构，相对于玫瑰花型，纤维型原料利用率最高，阻沉作用最大，稳定性远优于玫瑰花型。

2.2

降温工艺对液晶形态及稳定性影响

晶体形态是影响悬浮液流变性的最重要因素之一，主要取决于晶体在各个方向上的成核和相对生长速度。根据热力学和动力学因素，生长方向将遵循最可能生长的晶体取向。过往研究认为温度对油水乳液的结晶有重要影响。

如图3所示，0.5、1、2.5℃/min (图3a、3b、3c)降温速率下形成的结晶形态分别是纤维状、纤维与玫瑰花共存状，不规则球形状（a-1、b-1、c-1,200x显微图），从偏光图中可以看出（a-2、b-2、c-2,200x），降温速率越快晶核直径越大；产品在外观上白度逐渐增加，侧面也说明晶体粒径增大反射光逐渐增强。

a工艺（水浴降温）下稳定性均是A级，b工艺（自然降温）40℃第3个月是B级，c工艺（冰浴降温）在48/40℃第10天就出现c级现象，极不稳定，表明在快速冷却下形成的热稳定结构较少，而在缓慢冷却下形成的热稳定结构较多，这与Coupland等的研究一致。

Lopez等研究了乳脂在水乳剂中的结晶过程，发现在较慢的冷却速度下（0.5°C/min）可以观察到更多的球状晶体，而在较快的冷却速度下（>1000°C/min）可以得到更多的针状晶体，说明三羟基硬脂精在表面活性剂中的成晶与经典乳化液结晶不同，存在于水相中的表面活性剂使水相驱动的结晶形成非球形。

2.3

表面活性剂对液晶形态及稳定性影响

三羟基硬脂精的成晶过程与体系中表活体系密不可分，表面活性剂的存在至关重要，它增加了三羟基硬脂精的溶解度，提供了晶体生长的习性方向，维持了水相的晶体生长。如图4所示（a-1、a-2:18%AES；b-1、b-2:14%AES；c-1、c-2:10%AES；200X显微-偏光），随着AES浓度降低，乳化的三羟基硬脂精优先/单独结晶成球形晶体，部分形成纤维及少量的玫瑰花型；相反，在较高的表面活性剂浓度下，会形成更多的细长纤维状晶体。

稳定性：18%AES浓度的均是A级，14%和10%浓度的40℃第3个月出现B级。

16-18醇可以帮助高浓度表活自组装形成更多的球形及蠕虫状胶束，增溶作用大大增加，同时也提供三羟基硬脂精所需的模板定向结晶生长，使结晶熵更有利，从而产生更高的成核和晶体生长速率。本文通过优化配方和工艺，在高浓度下得到的纤维更多更细，悬浮能力更强，16-18醇的熔点为48~50℃，可以大幅降低成晶剂的熔点，工厂生产耗能减少，应用更为便捷。

2.4

不同形态的液晶对泡沫的影响

如图5所示（香波1：水浴冷却(组合物C)，香波2：自然冷却(组合物C)，香波3：冰水冷却(组合物C)，香波4：水浴冷却(组合物C中去除三羟基硬脂精)，香波5：水浴冷却(无组合物C))：

①对比香波1~3，泡沫高度大小：纤维状＞玫瑰花型＞不规则圆球型，香波1与香波2泡沫有显著性差异；

②对比香波1和5，可以看出，添加组合物C和不添加组合物C的泡沫无明显差异；

③对比香波1和4，发泡性远高于4，且有显著性差异，说明纤维状的液晶结构不仅不会降低香波的发泡性能，反而会减轻16-18醇带来的降泡作用。

发泡快慢与动态表面张力、胶束的稳定性及弛豫时间有非常大的关系，弛豫时间τ2定义的胶束断裂动力学决定了单体的解体和释放。纤维状的液晶大量储存在水相中，自身不参加胶束本身的形成，只有小部分16-18醇参与胶束形成，故而不影响胶束的弛豫过程，其发泡性略弱于完全不加组合物C的泡沫。同时由于其排序高度有序，可能比一般液体更加致密，可以明显地增加体系的力学强度，抵挡可能引起的液膜破裂和气泡崩塌的热和机械扰动。而大量不规则的圆球型液晶因为重力较大引发毛细管压力加强，排液速率增加，泡沫变少。

发泡时胶束有一个分解过程，当在具有非常稳定胶束的体系中，单体不能迅速释放，因此表面张力仍然很高，导致发泡性能较差。香波4中大量的16-18醇组装进入胶束中，导致胶束头基团之间没有离子排斥力，胶束较为稳定，体系的τ2值较长，发泡较慢。

2.5

不同液晶形态对香波安全性的影响

鸡胚尿囊膜绒毛膜（CAM）与眼结膜结构相似的特性，逐渐作为眼刺激Draize试验的替代方法。对比香波1-3与香波4和5，刺激性分类均是无/轻刺激，说明三羟基硬脂精添加在洗发水中不会引起不良反应，但也不会因为添加了三羟基硬脂精而降低了香波的刺激性，且与形态关系不大。

03

结论

本文研究三羟基硬脂精晶体形态的形成机制，并阐明晶体形态随预溶剂、冷却速率、表活浓度的变化。要形成理想且丰富的纤维状晶型、并且原料被充分活化利用这些关键因素缺一不可。仅添加0.28%的三羟基硬脂精就可提供了较佳的悬浮性能，相较于常规的卡波类、珠光剂类、二硬脂基邻苯二甲酰胺，有较高的性价比。

不规则球形晶体的稳定性不如玫瑰花型和纤维型，纤维型的晶体不仅提供高悬浮性，同时在有16-18醇大量预溶剂的前提下不影响产品原有的发泡性能，也不影响刺激性，侧面补充了洗发过程由于表面活性剂引发的细胞膜及细胞外基质流失的脂质。

大量表面活性剂形成的胶束，一方面提供了三羟基硬脂精分散的位点，一方面在缓慢降温过程中影响晶体生产的习性和方向，使其在水相缓慢成核结晶。其高悬浮性、易操作、温和性等特点使其具有广泛的应用价值，由于香波体系较多，如搅拌速率、不同类型的表面这些因素值得后面的研究学者去进一步探究。

来源：转载自《日用化学品科学》2025年8月第48卷第8期 P21-P26