油包水乳化体系的配方设计及生产工艺研究_待续_

收稿日期： ２００６－ ０９－ ２５ 作者简介： 唐俊敏 （ １９８０－） ， 男， 江苏人， 工程师。联系电话： ０２１－ ６４４７９５１６。
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公司专栏
日用化学品科学
第 ２９ 卷
化剂的选配又不当， 则容易引起油包水乳化体系的表 面出现水珠、油水分层， 进而体系完全转相的情形。 那么在不影响体系乳化能力的情形下， 适当地添加低 ＨＬＢ 值的油包水助乳化剂， 如 ＨＬＢ 在 ２～４ 的 Ａｒｌａ－ ｃｅｌ ８３ 或 者 ＰＲＩＳＯＲＩＮＥ ３７９３ （ 聚 甘 油 － ２－ 三 异 硬 脂 酸酯） ， 不仅可以增强配方的稳定性， 而且也可增强 产品在涂抹时的轻盈和滋润感觉。
在油包水的体系中， 聚甘油酯类油包水乳化剂因 为其滑爽和轻盈的独特肤感， 近年来发展越来越快。 但通常乳化能力的不足， 更多地被应用为助乳化剂， 如 ＰＲＩＳＯＲＩＮＥ ３７００， ＰＲＩＳＯＲＩＮＥ ３７９１ 和 ＰＲＩＳ－ ＯＲＩＮＥ ３７９３ 等 等 。 目 前 较 为 新 意 的 选 择 是 ＰＲＩＳ－ ＯＲＩＮＥ ３７９１ 和 ＰＲＩＳＯＲＩＮＥ ３７９３。由于这两个油包水 的乳化剂都属于同系油包水的乳化剂， 如分开单独使 用， 乳化效能都比较有限， 如果复配使用， 则会有较 大的变化。由于两者相容性及配伍性能非常好， 且其 ＨＬＢ 值分别为 ７ 和 ２．５， 是一个非常不错的配伍乳化 对。另外作 为 粉 体 湿 法 分 散 处 理 剂 ， ＨＬＢ 值 一 般 宜 选择在 ７～９， 作为粉底类和防晒类产品的粉体 分 散 剂， ＰＲＩＳＯＲＩＮＥ ３７９１ 是一个不可多得的选择。设计 油 包 水 的 乳 化 体 系 ， 可 推 荐 ＰＲＩＳＯＲＩＮＥ ３７９１ 和 ＰＲＩＳＯＲＩＮＥ ３７９３ 按 ２∶１ 的比例， 不仅使得复合乳化 剂的 ＨＬＢ 值在 ５～６， 而且还可以更好地增强粉体的 分散性能。用此两个乳化剂复配使用， 不仅仅可以用 在油包水各类含粉类配方体系中， 更为突出的是可做 出较为清爽型油包水体系的保湿霜， 以及各种疗效性 产 品 的 基 质 。 ＰＲＩＳＯＲＩＮＥ ３７９１ 和 ＰＲＩＳＯＲＩＮＥ ３７９３ 的复合乳化体系非常轻盈， 甚至可以配制出接近水包 油的触觉， 但却无硅油包水的干涩， 以及和硅油、油 包水复配体系带来的果冻感以及较高不稳定性。
乳化剂 ＨＬＢ 值的选择对体系的稳定性非常关键。 目前， 市场上油包水主乳化剂的 ＨＬＢ 选择范围控制 在 ５～６ 之间， 助乳化剂的选择范围可能更宽些， 如 ＨＬＢ 在 ２～８。由于 ＨＬＢ 值是随着温度的变化而随之 变化的。尤其对于非离子性乳化剂， 通常升高温度， 乳化剂的 ＨＬＢ 值会下降， 降低温度， 乳化剂的 ＨＬＢ 值则会上升。如在温度在较大范围中不断地变化， 乳
在油包水乳化剂中， Ａｒｌａｃｅｌ Ｐ１３５ 的乳化 能 力 和 抵抗极性油脂的能力非常强， 要远远的优异于其他类 型的乳化剂。除了本身较高的分子质量、双“锚”式 界面定型外， 其较长的聚氧乙烯链也是非常关键和创 意的， 要比其他同等 ＨＬＢ 值乳化剂拥有更长和更多的 亲水端。由于乳化剂要在体系中稳定， 必须具有强烈 的双亲性， 对于任何一相， 过弱或过强度都不利于体系 的稳定。Ａｒｌａｃｅｌ Ｐ１３５ 因为含有 ３０ 个聚氧乙烯基团， 比 同类的油包水乳化剂能够承受更高极性的油脂和更多 用量的极性油脂 （ 详情参阅下文油脂的极性对配方体 系的影响） 。通过调整油脂极性和用量， Ａｒｌａｃｅｌ Ｐ１３５ 可 以非常轻易地配制出能够喷雾的油包水乳化体系。
油包水乳化体系保湿性比水包油体系有明显的提 高， 同时在使用后的滋润度和膏体的光亮度明显优于 水包油体系。但油包水乳化体系也有一些不足， 一是 配方设计以及生产工艺调控的难度， 比水包油体系增 大； 二是体系涂抹的肤感通常较水包油黏腻、厚重。 但随着新型乳化剂的出现 ， 如聚甘油酯 （ ＵＮＩＱＥＭＡ 公司 ＰＲＩＳＯＲＩＮＥ 系列） 以及聚硅氧烷醇共聚体 （ 如 ＤＥＧＵＳＳＡ 的 硅 油 包 水 乳 化 剂 系 列） ， 油 包 水 乳 化 体 系的涂抹感观有了极大的提升， 甚至也有部分可以和 传统水包油产品相媲美。随着市场和消费需求的发 展， 油包水产品正被越来越多地应用到各类护理产品 中去， 如粉底液、防晒霜、保湿霜以及各种疗效性产 品的基质。
乳化过程也可看作乳化剂在被分散液滴表面形成
一保护膜的过程。通常混合乳化剂形成的复合膜具有 相当高的强度， 因而界面膜不易破裂， 其形成的乳化 体系更趋于稳定。在选择混合乳化剂时， 要注意各组 份分子之间的相互作用力要强， 且能在界面相中紧密 排列。如果能选择分子结构相近且不同分子质量的乳 化剂作为乳化剂对， 乳化效能和稳定性会有更大的提 升 。 如 推 荐 使 用 ＰＲＩＳＯＲＩＮＥ ３７９１ （ 聚 甘 油 － ２ 异 硬 脂 酸 酯） 和 ＰＲＩＳＯＲＩＮＥ ３７９３ （ 聚 甘 油 － ２ 三 异 硬 脂 酸酯） 按 ２∶１ 的比例复配使用， 可以制作出非常稳 定和轻盈的油包水乳化体系。
油包水的乳化剂， 除了从结构种类上区分， 其分 子质量大小也是非常关键的选择参数， 一般来讲， 分 子质量越大， 乳化剂在界面层上形成的界面膜的强度 也就越大， 体系就更容易稳定， 但乳化剂的分子质量 过高或使用量过大， 乳化体系的涂抹感会略有下降。 而小分子量的油包水的乳化剂则反之。因此， 在选择 同等类型的乳化剂时， 建议使用拥有多亲油和亲水基 团的乳化剂， 因为其亲油亲水分界端的截面积越多， 体系越稳定。如果乳化剂中有多个亲水和亲油的端 面， 就像很多的“锚”一样， 将使得乳化剂牢牢地锁 定 在 界 面 层 。 相 关 的 乳 化 剂 可 推 荐 使 用 Ａｒｌａｃｅｌ ８３， Ａｒｌａｃｅｌ Ｐ１３５， ＰＲＩＳＯＲＩＮＥ ３７９３ 等等。
由于乳化剂分子在液滴表面上可形成致密的吸附 层， 并在界面层形成定向楔的界面， 因此乳化剂分子 的结构以及空间排布对稳定性的影响是比较关键的。 乳化剂分子就像两头大小不一的楔子， 在油水界面上 形成紧密排列的吸附层。截面积小的一头总指向外 相， 截面积大的一头总指向内相， 形成定向楔的界 面。因此在不影响到空间位阻的情况下， 选择油包水 乳化剂时尽可能选择亲油端较大较多的乳化剂作为主 乳化剂， 如推荐使用具有双亲油端和长亲水链结构的 Ａｒｌａｃｅｌ Ｐ１３５， 以 及 适 当 地 选 配 不 同 分 子 质 量 的 油 包 水助乳化剂， 如 Ａｒｌａｃｅｌ ８３ 作为复合乳化剂， 这样乳 化体系相对较难发生转相以及破乳。
调整， 并介绍了有利凯玛公司的油包水乳化剂。
关键词： 乳化剂； 油包水； 乳化体系； 工艺控制
中图分类号： ＴＱ６５８
文献标识码ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Ａ
文章编号： １００６－ ７２６４（ ２００６） １０－ ００３９－ ０７
１ 油包水乳化体系
１．１ 油包水乳化体系的定义 通常将连续相为油相的乳化体系定义为油分散体
系， 根据内相的不同， 通常又有不同的区分， 如含 水、无水、部分固体或全固体以及多分散相等等。 １．２ 油包水乳化体系的特点
特定的固体粉末有助乳化作用。许多小粒径固体 粉末， 当它们处在相界面上时， 也能起到良好的乳化 作用。如常见的硬脂酸的镁、锌和铝等二价或三价碱 金属盐、气相二氧化硅和有机膨润土等等。而一些常 见的固体颗粒， 需经过特定的表面处理及细化改性 后， 才具有助乳化作用。
因此， 适当地选择乳化剂和助乳化剂， 进行合理 的配对， 对油包水体系的稳定性有着至关重要的作 用， 也是配方成败的关键。通常的乳化体系， 乳化剂 的用量一般在 ３％ ～４％ ， 在含极性油 或 高 粉 量 的 乳 化体系时， 乳化剂用量一般在 ４％ ～５％ 。 在 这 里 需 要指出的一点是， 在乳化体系里， 尤其是油包水的乳 化体系里， 并非是乳化剂用量越高越稳定， 当乳化剂 的用量高于一定的范围， 其体系的稳定性常常是下降 的。其可能的原因一方面是由于乳化界面的空间位阻 效应， 另一方面油包水的乳化剂形成油性胶团的能力 较低。但由于油包水乳化剂的两亲性与强极性油脂属 性非常接近， 多余的乳化剂在界面层则非常活跃， 通 过对界面层的吸引和穿透， 反而使得界面层的强度下 降， 可能导致乳化体系转相甚至破乳。
在油包水体系中， 亲水基伸入水中， 亲油基伸入油 中， 而乳化剂处于油和水的界面中， 通常也称为“第 三亚相”。乳化剂的 ＨＬＢ 值和结构种类的选择， 以及 乳化剂及乳化助剂在界面上的空间排布和相互作用对 乳化体系稳定性有直接的影响。
通常选择油包水乳化剂的 ＨＬＢ 值在 ３～８ 的范围 内 ， 目 前 市 场 上 常 见 的 又 以 ５～６ 为 主 。 乳 化 剂 的 ＨＬＢ 值的 不 同 以 及 用 量 不 同 ， 体 系 的 涂 抹 感 和 稳 定 性各有差异。目前常见的油包水乳化剂有失水山梨醇 脂 肪 酸 酯 （ ＵＮＩＱＥＭＡ ＳＰＡＮ 系 列 如 ＡＲＬＡＣＥＬ ８３ 失 水山梨醇倍半油酸酯等） ， 聚氧乙烯聚羟基脂肪酸酯 （ ＵＮＩＱＥＭＡ ＡＲＬＡＣＥＬ 系列如 ＡＲＬＡＣＥＬ Ｐ１３５ 聚氧乙 烯 ３０ 聚 羟 基 硬 脂 酸 酯 等） ， 聚 甘 油 脂 肪 酸 酯 （ Ｕ－ ＮＩＱＥＭＡ 公 司 ＰＲＩＳＯＲＩＮＥ 系 列 如 ＵＮＩＱＥＭＡ ＰＲＩＳ－ ＯＲＩＮＥ ３７００ 聚甘油 － ３ 双异硬脂酸酯等） ， 环氧乙烷 和 环 氧 丙 烷 共 聚 体 （ 参 见 Ｄｅｇｕｓｓａ 相 关 产 品 ， 如 ＥＭ９０， ＥＭ９７ 等） ， 助乳化剂有脂肪酸的二价或三价金 属 盐 ， 脂 肪 醇 聚 氧 乙 烯 醚 （ 如 ＵＮＩＱＥＭＡ ＢＲＩＪ 系 列 产品） ， 聚氧乙烯醚蜡类 （ 如 ＵＮＩＱＥＭＡ ＥＳＴＯＬ ３７５２， 聚氧乙烯醚 － ８ 蜂蜡等） 。
助乳化剂通常可作为乳化剂的增效剂。对于两亲 的乳化剂， 以溶解度较大的相为外相， 因此， 要增加 乳化体系的稳定性， 需要增强油包水乳化剂在油相的 溶解度。通常在水相添加 ０．５％ ～２％的无机盐， 可以 很好地降低乳化剂在水相中的溶解度。其原因主要是 无机盐在水合时， 是通过离子键， 其键能要远远大于 油包水乳化剂亲水端水合时形成的氢键， 因而在类似 于“盐析“效应的影响下， 乳化剂在油相得到了更大 的溶解。另外， 无机盐可以使乳化颗粒带电， 使得乳 化颗粒在连续相中相互排斥， 以帮助体系得以更好的 稳定， 这尤其对于黏度较低的油包水乳化体系显得更
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第 １０ 期
唐俊敏： 油包水乳化体系的配方设计及生产工艺研究 （ 待续）
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加重要。 对于常见的山梨醇脂肪酸酯、聚氧乙烯聚羟基脂
肪酯以及聚甘油酯类油包水乳化剂， 除了添加无机盐 可增强体系的稳定性外， 还可以针对性地在水相添加 相应的山梨醇、聚乙二醇和甘油等对应的亲水性多元 醇。由于相应的多元醇在一定的温度下在水相都有一 定的溶解值， 在水相添加适量的多元醇， 可以降低对 应乳化剂亲水端在水相的溶解能力， 因而相对地增加 了乳化剂在油相的溶解值。在水相添加无机盐和多元 醇， 通常是同时进行的。这样不仅可以提高乳化剂的 乳化效能， 同时， 由于无机盐和多元醇的加入， 可以 明显地降低水相的冰点， 使得油包水乳化体系的抗寒 性能有了极大的提升。
第 ２９ 卷第 １０ 期 ２００６ 年 １０ 月
日用化学品科学
ＤＥＴＥＲＧＥＮＴ ＆ ＣＯＳＭＥＴＩＣＳ
Ｖｏｌ．２９ Ｎｏ．１０ Ｏｃｔ． ２００６
油包水乳化体系的配方设计及生产工艺
研究 （ 待续）
唐俊敏 （ 有利凯玛上海代表处， 上海 ２０００３０）
摘要： 论述了影响油包水乳化体系稳定性的因素、油包水的配方设计原则以及油包水的生产工艺的控制和
下面将重点讨论影响油包水乳化体系稳定性的因 素、油包水的配方设计原则， 以及油包水的生产工艺 等内容。
２ 影响油包水乳化体系稳定性的因素
影响油包水乳化体系的稳定的因素较多， 通常可 以分为以下几点： 乳化剂的选择、油脂的选择、含固 颗的选择、乳化体系黏度的控制和生产工艺的选择等 主要方面。
２．１ 乳化剂的选择 通常乳化剂在乳化体系中聚集在乳化界面层， 如