原料新趋势 | 液晶面霜的“结构密码”：探究不同因素对聚甘油乳化体系形成液晶结构的影响

通过单因素实验设计探究了不同水溶性聚合物、脂肪醇、液体油脂、多元醇与离子强度及其用量变化在极端条件下对聚甘油-10硬脂酸酯乳化体系的液晶结构形成规律。研究结果表明，不管是在离心条件下，还是在高低温条件下考察90天，各组分及用量变化对乳化体系形成的液晶结构影响都不大。卡波姆与丙烯酰二甲基牛磺酸铵/VP共聚物表现出良好的液晶促进能力，且丙烯酰二甲基牛磺酸铵/VP共聚物在添加量小于1.0%时促进液晶形成；脂肪醇的碳链长度与液晶质量呈正相关，且用量越多液晶数量越多；中等极性的辛酸/癸酸甘油三酯可形成数量丰富且结构完整的液晶，具有3个羟基的甘油则表现出一定的抑制作用；在乳化剂添加量为0.5%时形成的液晶结构最为致密清晰。此外，该乳化体系的液晶结构对离子的耐受性强。

研究亮点速览

①聚合物调控存在差异性：卡波姆980与AVC（＜1.0%）促进液晶生成；MV-60与MAKIMOUSSE 25抑制；EMT-10、ZEN以及黄原胶形成的液晶数量多但偏小，且黄原胶的液晶结构低温出现聚集现象。

②脂肪醇碳链越长液晶数量越多：鲸蜡硬脂醇、山嵛醇以及硬脂醇更能促进液晶结构的形成，其中鲸蜡硬脂醇体系液晶数量低温减少、高温增多。

③中等极性油脂液晶最丰富：中等极性的辛酸/癸酸甘油三酯液晶最多且结构完整；非极性油脂液晶少但完整且亮区明显；极性更强的白池花籽油液晶相对减少。

④多元醇羟基数量影响液晶排列有序性：丁二醇、1,2-戊二醇、双丙甘醇、1,3-丙二醇形成大而密的液晶；甘油因三羟基强水合作用形成小而多的液晶。

⑤关键组分存在最优添加窗口：10 MS在0.5%时液晶致密且完整；AVC超过1.0%抑制液晶；硬脂醇≤1%无液晶形成，增加则液晶增多。

⑥离子强度可诱导相态转变且体系耐受性强：Nacl≥0.5%时层状转六方晶状，说明离子强度对液晶相态具有调控作用；且聚甘油-10硬脂酸酯乳化体系对离子强度表现出极强的耐受性。

01-实验部分

主要试剂

①甘油、丁二醇、1，3-丙二醇，广州恒滔贸易有限公司，化妆品级；

②1，2-戊二醇（平台商家：山东海科新源材料科技股份有限公司 有售）；

③丙烯酸羟乙酯/丙烯酰二甲基牛磺酸钠共聚物（EMT-10）、聚丙烯酸酯交联聚合物-6（ZEN）、三山嵛精、角鲨烷，广州市百好博有限公司，化妆品级；

④聚甘油-10 硬脂酸酯（10 MS），佛山市新安化工贸易有限公司，化妆品级；

⑤双丙甘醇，白池花籽油化妆品级（平台商家：广州柏燿生物科技有限公司 有售）；

⑥卡波姆（980）（平台商家：武汉瓴本科技有限公司 有售）；

⑦牛油果树果脂，广州荣道化工有限公司，化妆品级；

⑧丙烯酰二甲基牛磺酸铵/VP共聚物（AVC），广州市奥雪化工有限公司，化妆品级；

⑨鲸蜡硬脂醇，化妆品级（平台商家：广州道聪贸易有限公司 有售）；

⑩山嵛醇、辛酸/癸酸甘油三酯，上海赛福化工发展有限公司，化妆品级；

⑪硬脂醇，鲸蜡醇化妆品级（平台商家：江苏盛泰化学科技有限公司 有售）；

⑫氢化椰油甘油酯类，广州市碧盛贸易有限公司，化妆品级；

⑬聚二甲基硅氧烷（SF 5），广州市聚洋化工科技有限公司，化妆品级；

⑭聚丙烯酸钠接枝淀粉（MAKIMOUSSE 25），黄原胶化妆品级（平台商家：广州广发化工科技有限公司 有售）；

⑮聚丙烯酸钠（MV-60），上海淼森生物科技有限公司，化妆品级。

02-实验结果与讨论

2.1/不同因素对面霜液晶结构的影响

2.1.1-水溶性聚合物对液晶结构的影响

在乳化体系中，水溶性聚合物通过多种机制发挥关键作用：①通过形成三维网络结构显著提升体系黏度及屈服值，赋予产品适宜的涂抹性和抗垂流性；②强化乳液稳定性，通过吸附于油水界面形成空间位阻层抑制液滴聚结，尤其在液晶体系中可嵌入层状结构间隙增强界面膜强度，使离心稳定性提升。同时，聚合物对液晶结构具有调控作用。由图1可知：

（1）不管是常温条件下或离心条件下，还是高低温条件下考察90天，7种化妆品常用水溶性聚合物（980、EMT-10、AVC、ZEN、MV-60、MAKIMOUSSE 25和CG-T）与10 MS乳化体系结合后，其液晶结构均能稳定存在。

（2）在常温条件下，①980、AVC与该乳化体系结合形成的液晶结构明亮且清晰，能够促进液晶结构的生成；②EMT-10、ZEN以及黄原胶形成的液晶数量多但结构偏小，且黄原胶在低温储存90天后的液晶结构出现聚集现象，其面霜稳定性出现了异常（出水）；③MV-60与MAKIMOUSSE 25形成的液晶较难观察到，且在偏光显微镜下出现了大量黑色区域，破坏了液晶的有序结构，抑制了液晶的均匀分布；④在离心后，7种水溶性聚合物体系的液晶数量和结构基本没有差异性变化。

（3）在高温条件考察90天后，①980体系观察到的液晶结构变得更明亮且数量也相对增多，但在低温条件考察90天后的液晶数量减少且结构松散。②其他6种水溶性聚合物（EMT-10、AVC、ZEN、MV-60、MAKIMOUSSE 25和CG-T）在高低温条件下考察90天后的液晶数量与结构与常温状态下变化不大。

综上，说明不同水溶性聚合物体系下的液晶结构与数量受温度的影响存在差异性。

2.1.2-脂肪醇对液晶结构的影响

乳化体系中常用的高碳链脂肪醇为十六醇、十八醇、二十二醇以及十六/十八醇等。不同碳链长度、不同用量的脂肪醇会影响液晶结构在乳化体系中的形成。

由图2可知：

（1）不管是在离心条件或常温条件下，还是高低温考察90天，4种脂肪醇（鲸蜡硬脂醇、山嵛醇、硬脂醇以及鲸蜡醇）在 10 MS乳化体系中的液晶结构均能稳定存在。

（2）在常温条件下，鲸蜡硬脂醇、山嵛醇以及硬脂醇更能促进液晶结构的形成，即碳链长的脂肪醇更能促进液晶结构的形成。①鲸蜡硬脂醇体系在离心后以及低温条件考察90天后，其液晶数量相对减少，而在高温条件下考察90天后，其液晶数量相对增多。②其他3种脂肪醇（山嵛醇、硬脂醇与鲸蜡醇）体系液晶数量没有显著性变化。

2.1.3-液体油脂对液晶结构的影响

在乳化体系中，油水界面形成的液晶结构能有效抑制液滴聚结，从而提升体系稳定性。此外，油脂的引入可调控界面乳化剂的分子排布与相互作用力。若油脂极性强，容易和表面活性剂的亲水基发生相互作用，破坏表面活性剂在油水界面的稳定排列状态，则无法形成层状结构。

本研究选择了中等极性的白池花籽油与辛酸/癸酸甘油三酯，非极性的聚二甲基硅氧烷与角鲨烷作为研究对象。由图3可知，4种不同类型的油脂在10 MS乳化体系中的不同储存条件下，其液晶结构均能稳定存在。

（1）在常温条件下，①中等极性的辛酸/癸酸甘油三酯形成的液晶数量多且结构完整；②比辛酸/癸酸甘油三酯极性稍强的白池花籽油形成的液晶数量相对减少；③而非极性的聚二甲基硅氧烷与角鲨烷形成的液晶结构表现相似，数量相对少但完整且结构变大亮区更明显。

（2）①辛酸/癸酸甘油三酯体系在离心后以及低温条件考察90天后，其液晶数量相对减少，而在高温条件下考察90天后，其液晶数量相对增多。②其他3种液体油脂（聚二甲基硅氧烷、角鲨烷与白池花籽油）体系液晶数量没有显著性变化。

2.1.4-多元醇对液晶结构的影响

由图4可知，5种多元醇在10 MS乳化体系的不同储存条件下，其液晶结构均能稳定存在，但其液晶数量和结构大小随着考察条件和时间的不同存在差异。

（1）在常温条件下，丁二醇、1,2-戊二醇、双丙甘醇以及1,3-丙二醇形成的液晶结构大且致密，而甘油形成的液晶结构小但数量多。

（2）在离心后，丁二醇体系液晶数量变少，且结构松散；在高温条件考察90天后，5种多元醇体系的液晶基本没有变化，而在低温条件考察90天后，双丙甘醇以及1,3-丙二醇体系的液晶相对减少。

2.2/不同添加量对面霜液晶结构的影响

2.2.1-AVC添加量对液晶结构的影响

由图5可知，在常温条件下，随着AVC用量的增加（0.1%～0.8%），乳化体系中的液晶数量越多且结构越完整致密，但当用量增加到1.0%时，液晶数量开始变少。可能是在改变浓度条件以及环境条件下形成了较强的物理交联网络，该网络与液晶有序结构在空间占位、作用力方向和体系有序度上存在根本性矛盾，最终打乱液晶的排列结构。而经过离心与高低温储存90天后的液晶数量与结构没有显著性变化。

2.2.2-硬脂醇添加量对液晶结构的影响

当高碳链脂肪醇的用量增大，由于其空间体积不断增大，液晶结构双分子层沿着横向扩大，层间含水量会随之减少，液晶纵向缩短。因此，在选择高碳链脂肪醇制备液晶面霜时，尽量选择与表面活性剂疏水链长接近的脂肪醇，这样较容易制备液晶乳液。本文研究的4种脂肪醇，因硬脂醇的结构与乳化剂的结构相似，且制备得到的面霜外观更白更哑光，质感更好，其液晶结构和数量在极端条件下均能稳定存在，故继续深入研究硬脂醇的用量对体系形成液晶的影响。

由图6可知，在常温条件下，当硬脂醇的用量≤1%时，显微镜下观察不到液晶结构。脂肪醇量太少，则无法在广阔的油水界面上形成足够强度和有序度的“复合界面膜”。乳化剂分子可能以单层或无序的方式排列，无法支撑起长程有序的液晶结构。而其用量逐渐增加时，液晶结构越来越完整且数量越来越多。在离心与高低温条件下，其液晶结构和数量基本没有变化。

2.2.3-10 MS添加量对液晶结构的影响

不同种类的液晶乳化剂形成液晶的能力不同，除了乳化剂种类的影响，还有乳化剂用量的影响。本文研究了乳化剂10 MS的5个添加浓度（0.1%、0.5%、1.0%、2.0%与4.0%）对形成液晶的影响，由图7可知：

（1）在常温条件下，①当10 MS的用量从0.1%增加到0.5%时，形成的液晶结构愈发致密且完整，②当其用量大于1.0%时，在偏光显微镜下观察到的液晶小而无序。

（2）在高温条件下，0.1%与0.5%的10 MS体系的液晶结构更加完整且有序。

（3）在离心与低温条件下，不同添加浓度的乳化剂体系下液晶结构和数量基本没有变化。

2.3/ 离子强度对面霜温度稳定性和液晶结构的影响

2.3.1-稳定性记录

由表2可知，在离心与室温和高温条件下观察90天后的面霜，稳定性均正常，而在低温条件下出现了破乳现象，即不同离子强度对面霜的稳定性影响一致。

2.3.2-液晶结构观察分析

NaCl是化妆品乳化体系中常用的增稠剂和低温稳定剂，其解离产生的离子结构简单，不易与体系中其他成分发生复杂相互作用，能更精准地考察离子强度本身对液晶形成的影响，而非离子种类的特异性作用。故本文选定了NaCl的不同添加量作为判断离子强度影响液晶形态的因素。由图8可知：

（1）在常温条件下，随着NaCl用量的增加，其形成的液晶结构愈发明显，且数量越来越少。

（2）在离心条件下，当NaCl用量≥0.5%时，偏光显微镜下观察到了六方晶状液晶结构，且NaCl用量越多，六方晶状液晶的数量越多，揭示了离子强度对液晶相态具有调控作用。

（3）在高低温条件下储存90天后的液晶结构和数量的变化没有显著性差异，即离子强度的增加没有抑制液晶结构的形成，说明聚甘油-10硬脂酸酯乳化体系对离子性的耐受性很强。

结论

本文通过单因素实验设计，系统探究了在离心、高低温（-15℃与48℃）长期储存等极端条件下，配方组成及其用量对10 MS乳化体系液晶结构形成与稳定性的影响规律。主要结论如下：

1）各组分对液晶结构的形成具有特异性调控作用。水溶性聚合物中，980与AVC可作为有效的液晶结构促进剂，但AVC添加量超过1.0%不利于液晶形成。脂肪醇的碳链长度与液晶数量呈正相关，其作用机制在于作为助乳化剂延伸并稳定了界面膜的疏水层。油脂的极性至关重要，中等极性的辛酸/癸酸甘油三酯与乳化剂疏水链的相容性最佳，最有利于形成数量丰富、结构完整的层状液晶。多元醇的影响与其羟基数量相关，含有3个羟基的甘油因强水合作用会对液晶分子有序排列产生一定扰动。

2）关键组分的用量存在明确的“功能窗口”。乳化剂10 MS在添加量为0.5%时，能形成最为致密清晰的液晶结构，低于或高于此浓度均无法获得最优效果，表明其形成层状液晶存在最适浓度。AVC与硬脂醇的用量效应进一步证实，液晶结构的构建对关键组分的浓度极为敏感，存在确定的起效阈值与优化区间，这为配方的精准调控提供了定量依据。

3）聚甘油-10硬脂酸酯乳化体系展现出优异的稳定性与独特的相行为潜力。该体系形成的液晶结构在经历高速离心、90天高低温测试后仍能保持稳定，证明其具备良好的机械稳定性与长期储存储稳定性。尤为重要的是，体系对离子强度表现出极强的耐受性，且在NaCl浓度≥0.5%并结合离心剪切条件下，观察到了从层状液晶向六方晶状液晶的转变，揭示了通过调控离子环境与外力场，有望主动操纵该体系的液晶相态，拓展其在缓释输送、流变改性等方面的应用潜能。

来源：转载自《日用化学品科学》2026年5月第49卷第5期P28-P34