功能性聚二甲基硅氧烷共聚醇的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用

高志紅，裘炳毅

（華南師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，廣東廣州，510006）

功能性聚二甲基硅氧烷共聚醇的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用

高志紅，裘炳毅

（華南師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，廣東廣州，510006）

介紹了聚二甲基硅氧烷共聚醇的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)特點(diǎn)及其在個(gè)人護(hù)理品方面中的應(yīng)用。

聚二甲基硅氧烷共聚醇；結(jié)構(gòu)；性質(zhì)；應(yīng)用；個(gè)人護(hù)理品

聚硅氧烷衍生物自20世紀(jì)90年代開(kāi)始在化妝品洗滌用品和個(gè)人護(hù)理品配方中使用，至今已在香波、護(hù)發(fā)素、各類護(hù)發(fā)品和彩妝化妝品方面獲得十分廣泛的應(yīng)用，它們獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)不僅非常有效地調(diào)理和保護(hù)了頭發(fā)和皮膚，而且改善了產(chǎn)品的感觀特性，同時(shí)使用時(shí)無(wú)毒無(wú)刺激[1-2]。

1　聚二甲基硅氧烷共聚醇的結(jié)構(gòu)

聚二甲基硅氧烷是二甲基硅氧烷重復(fù)單元組成的雜化無(wú)機(jī)-有機(jī)均聚物，即聚合物由每個(gè)硅原子帶有二個(gè)甲基（-CH3）的一個(gè)無(wú)機(jī)硅氧烷骨架（-Si-O-）組成[3]，其中硅原子可接受不同的取代基團(tuán)，和硅氧烷骨架有不同的結(jié)構(gòu)組合，從而衍生出有不同性質(zhì)和功能的龐大的衍生物體系。聚氧乙烯/聚氧丙烯-n/m聚二甲基硅氧烷（PEG/PPG-n/m Dimethicone）就是這個(gè)體系中的一小部分[4]。

聚氧乙烯/聚氧丙烯-n/m聚二甲基硅氧烷（PEG/PPG-n/m Dimethicone）是含有聚氧乙烯聚氧丙烯基團(tuán)的聚二甲基硅氧烷共聚醇（Dimethicone Copolyol，簡(jiǎn)稱DMC），根據(jù)取代基團(tuán)的位置，其化學(xué)結(jié)構(gòu)（圖1）可分為：支鏈型（或稱梳型），ABA型和AB型。

圖1　PEG/PPG-n/m 聚二甲基硅氧烷的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2　聚二甲基硅氧烷共聚醇的化學(xué)結(jié)構(gòu)分析、性質(zhì)及應(yīng)用

從PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷的化學(xué)結(jié)構(gòu)可看出，乙氧基-丙氧基（n/m）的位置和數(shù)目、a值（圖2中D的數(shù)目）和b值（圖2中D*的數(shù)目）比值、端基種類等都影響其性質(zhì)，這也是構(gòu)成此類化合物性質(zhì)多樣性的原因[5]。

2.1結(jié)構(gòu)式中a與b的比例與性質(zhì)及應(yīng)用相關(guān)性

PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷的水溶性由其分子結(jié)構(gòu)中的a和b的比值決定。如果a與b的比值太小，盡管結(jié)構(gòu)中含有EO（乙氧基）基團(tuán)，其性質(zhì)依然是不溶于水的。能夠溶于水的b最小單位數(shù)用下式表示：b =（0.17）（a實(shí)際的單位數(shù)）+1，這也解釋了為什么能夠溶于水的、有用的PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷數(shù)量那么有限的原因。表1列出根據(jù)上述公式得出的a與b的比例與溶解性的關(guān)系。另外，其性質(zhì)直接與分子量大小相關(guān)。低分子量的PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷傾向于潤(rùn)濕表面滲透入組織，具有優(yōu)異的潤(rùn)濕性能，隨著分子量提高，潤(rùn)濕性能逐漸消失，調(diào)理性能及乳化性能成為主導(dǎo)。

PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷另一有趣的功能是它們可將水帶入油相。即使本身是水不溶性的，也具有這功能。實(shí)驗(yàn)時(shí)將2g受試DMC溶于100g異丙醇中，在不斷攪拌情況下，慢慢地加入去離子水直至出現(xiàn)混濁，記錄至渾濁時(shí)所需的水量，可獲得PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷容忍的水量，圖2示出幾種DMC對(duì)水的容忍度實(shí)驗(yàn)結(jié)果，（其中D的數(shù)目代表圖1中的a值，D*的數(shù)目代表b值，M代表端基為三甲基硅氧烷）[5-6]。利用這性質(zhì)可將少量水加入到含顏料的彩妝化妝品和唇膏中，改善產(chǎn)品的膚感。

圖2　幾種DMC對(duì)水的容忍度試驗(yàn)結(jié)果

2.2結(jié)構(gòu)式中m與n的數(shù)值與性質(zhì)及應(yīng)用的相關(guān)性

當(dāng)結(jié)構(gòu)單元b中只含有8mol的EO(n)，不含PO(m)時(shí)，被稱為PEG-8聚二甲基硅氧烷，常用作發(fā)用及皮膚的調(diào)理劑。表2列出PEG-8聚二甲基硅氧烷系列中不同a/b單元與分子量、濁點(diǎn)、潤(rùn)濕性、臨界膠束濃度（CMC）、表面張力、溶解性的關(guān)系。

表1　a與b比例與PEG / PPG-n / m聚二甲基硅氧烷溶解性的關(guān)系（10%水溶液）

表2　PEG-8聚二甲基硅氧烷系列性質(zhì)

PEG-n系列中常見(jiàn)的物質(zhì)還有PEG-3聚二甲基硅氧烷（發(fā)用及皮膚調(diào)理劑）、PEG-6聚二甲基硅氧烷（潤(rùn)滑劑、增塑劑）、PEG-7聚二甲基硅氧烷（成膜劑）、及用作發(fā)用及皮膚調(diào)理劑的PEG-9、PEG-10、PEG-12、PEG-14、PEG-17聚二甲基硅氧烷。如PEG-12聚二甲基硅氧烷（PEG-12 Dimethicone）為半透明黃至棕色液體，濁點(diǎn)95～100℃，可做乳化劑、起泡劑、潤(rùn)濕劑、增塑劑、保濕劑、潤(rùn)膚劑，與大多數(shù)化妝品原料配伍，在體系中低用量就可降低表面張力，并能產(chǎn)生稠密穩(wěn)定的泡沫，且賦予頭發(fā)柔軟潤(rùn)滑的感覺(jué)。又由于它溶于水、乙醇和水-醇系統(tǒng)，在水系統(tǒng)中十分穩(wěn)定，也常用于發(fā)膠和其他免洗護(hù)發(fā)產(chǎn)品、香波、護(hù)膚乳液、剃須皂，也適用于系列汽車和家用清潔產(chǎn)品，玻璃清潔防霧劑等。

表3　PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷及其復(fù)配物的性質(zhì)和應(yīng)用

當(dāng)結(jié)構(gòu)中b單元只含有PO(m)，不含有EO(n)， 則被稱為PPG-m聚二甲基硅氧烷，市場(chǎng)可見(jiàn)的有PPG-2、PPG-12、PPG-27聚二甲基硅氧烷，這類表面活性劑的極性和親水性更強(qiáng)，用于化妝品配方中減弱親脂性、有非離子調(diào)理劑的作用。如PPG-2聚二甲基硅氧烷（PPG-2 Dimethicone）為琥珀色液體，溶于乙醇和異丙醇?？勺鰬腋?、潤(rùn)膚劑，用于彩妝、唇部化妝品、抑汗/祛臭制品，特別適用于洗發(fā)護(hù)發(fā)產(chǎn)品，賦予頭發(fā)柔潤(rùn)的感覺(jué)，并且在染發(fā)產(chǎn)品中起著良好的固色作用。

2.3與其他溶劑復(fù)配的性質(zhì)及應(yīng)用

PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷也可與其他聚二甲基硅氧烷或溶劑復(fù)配使用，起協(xié)同作用。表3列出3種PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷產(chǎn)品及復(fù)配物的性質(zhì)和應(yīng)用。

3　結(jié)語(yǔ)

目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了宣稱無(wú)需硅油的個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品，但基于聚二甲基硅氧烷共聚醇的性質(zhì)，其在個(gè)人護(hù)理品中的應(yīng)用依然有廣泛的目標(biāo)市場(chǎng)需求。

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Structure, Property and Application of Functional Dimethicone Copolyol

Gao Zhihong，Qiu Bingyi
(Research Center, South China Normal University, Guangzhou, Guangdong, 510006)

Structure, property and application of dimethicone copolyol in the personal care products are introduced.

dimethicone copolyol；structure；property；application；personal care products

TS03；TQ658

A

1672-2701（2016）10-56-05

高志紅女士，理學(xué)碩士-工學(xué)碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事儀器分析、精細(xì)化工產(chǎn)品質(zhì)量分析及研發(fā)工作。E-mail:jxhg@scnu.edu.cn。