洗發(fā)水、沐浴露、潔面乳是我們?nèi)粘６紩?huì)接觸到的洗護(hù)類產(chǎn)品，但了解它功效和原理的人并不多。今天，就讓我來給大家科普一下，這類產(chǎn)品發(fā)揮作用的核心成分是什么？
從大多數(shù)洗護(hù)類產(chǎn)品的成分背標(biāo)上我們可以看到，除了水以外，排在前面的大多數(shù)都是月桂醇聚醚硫酸酯鈉、椰油酰胺丙基甜菜堿、椰油酰甘氨酸鈉等成分。排位越靠前說明這些成分在該產(chǎn)品中的占比越大，對(duì)整個(gè)產(chǎn)品體系架構(gòu)發(fā)揮著核心的作用，上述的這些成分的使用目的都是表面活性劑，也就是我們常說的表活。
表面活性劑與人們生活息息相關(guān)，在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展中也起著重要的作用。這類物質(zhì)具有良好的潤濕、乳化、去污、分散及滲透等功能。下文將向大家簡單介紹一下表面活性劑。
1、表面活性劑的概述
表面活性劑應(yīng)當(dāng)是這樣一類物質(zhì)，在加入量很少時(shí)即能明顯降低溶劑（通常為水）的表面（或界面）張力，改變物系的界面狀態(tài)，能夠產(chǎn)生潤濕、乳化、起泡、增溶及分散等一系列作用，從而達(dá)到實(shí)際應(yīng)用要求。
1.1 表面活性劑的分類
表面活性劑的品種有很多，可以從不同的角度進(jìn)行分類。例如按離子類型分類可分為非離子型和離子型，離子型又可分為陰離子、陽離子和兩性表面活性劑。按表面活性劑的特殊性分類可分為碳氟表面活性劑、含硅表面活性劑、高分子表面活性劑、生物表面活性劑、冠醚表面活性劑。此外還可以按照親水基結(jié)構(gòu)、疏水基種類分類等等。
2、表面活性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
表面活性劑分子通常由兩部分構(gòu)成：一部分是疏水基團(tuán)（hydrophobic group）,它是由疏水、親油的非極性碳?xì)滏湗?gòu)成，也可以是硅烷基、硅氧烷基或碳氟鏈；另一部分是親水基團(tuán)（hydrophilic group）,通常由親水、疏油的極性基團(tuán)構(gòu)成。這兩部分分子處于表面活性劑分子的兩端，形成不對(duì)稱結(jié)果。因此，表面活性劑分子是一種雙親分子，具有既親油、又親水的雙親性質(zhì)。
當(dāng)它們在溶液中以很低的濃度溶解分散時(shí)，優(yōu)先地吸附在溶液的表面或其他界面上，形成定向排列的表面層。使表面或界面張力（或自由能）顯著降低，改變體系的界面狀態(tài)；當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，溶液中締合成膠團(tuán)，從而直接地產(chǎn)生潤濕或反潤濕、乳化或破乳、起泡或消泡、分散、加溶和洗滌等作用。（如下圖所示）
3、表面活性劑的作用原理
從表面活性劑的定義可以看出，表面活性劑產(chǎn)生的特殊作用主要來源于兩方面：一方面是降低體系的表面張力；另一方面是膠束的形成。
3.1 表面張力
表面或界面可看作是兩種或兩種以上不相混溶相的邊界。在多相的體系中，盡管從理論上看，界面對(duì)其主體（界面以外部分）性質(zhì)沒有影響，但相之間的界面是決定整個(gè)體系特性和行為的主要因素。多相體系在科學(xué)和工業(yè)的各種應(yīng)用都取決于相界面和相間反應(yīng)的控制能力。
在化妝品實(shí)際應(yīng)用中，遇到5種類型的界面，其中包括：固-氣，液-氣，固-液，液-液，固-固。習(xí)慣上，將包含一種氣相和一種凝聚相的界面稱為“表面”。在討論表面活性劑對(duì)體系表面性質(zhì)的影響時(shí)，主要是研究含有一種液相的分散體系。
如果沒有外力的影響或影響不大時(shí)，液體總是趨向于成為球狀，如水銀珠和荷葉上的水珠那樣。體積一定的幾何形體中，球體的表面積最小，因此，一定量的液體自其他形狀變?yōu)榍蛐螘r(shí)就伴隨表面積的縮小，從而降低表面自由能。故液體表面有自動(dòng)收縮的趨勢。
表面張力是由于液體表面范德華力不平衡引起的（如圖2）。在液體內(nèi)部，平均來說分子受到周圍鄰近分子的吸引力是對(duì)稱和平衡的；但在液體表面，因?yàn)樯厦鏆庀嘀蟹肿拥拿芏群苄。鼘?duì)液體分子的吸引力可以忽略，表面的分子只受到下面液相分子的吸引。結(jié)果，表面的分子總是盡力向液體內(nèi)部擠，從而，使液體表面有張力，有自動(dòng)收縮的傾向。當(dāng)分子從內(nèi)部移向表面時(shí)，必須克服表面分子所受到的指向內(nèi)部的合力作用，故需要供給能量。增加液體的表面積就是把一定數(shù)量的內(nèi)部分子變?yōu)楸砻嫔系木哂休^高能量的分子。為此，外界必須對(duì)體系做功，導(dǎo)致體系能量升高。對(duì)液體表面自由能做出貢獻(xiàn)的分子間相互作用力隨液體組成和狀態(tài)而異，可以是范德華力的各種成分、氫鍵、金屬鍵等?？傊?，表面上存在過剩能量和表面張力現(xiàn)象是構(gòu)成界面的兩體相性質(zhì)不同和分子間存在相互作用的結(jié)果。
3.2 表面活性劑膠束
形成膠束是表面活性劑的重要性質(zhì)之一，也是產(chǎn)生增溶、乳化、洗滌、分散和絮凝等作用的根本原因。
表面活性劑分子的親油基團(tuán)之間因疏水性存在顯著的吸引作用，易于相互靠攏、締合，從而逃離水的包圍。當(dāng)表面活性劑在溶液表面的吸附達(dá)到飽和后，它們便在溶液內(nèi)部由分子或離子分散狀態(tài)締合成由數(shù)個(gè)乃至數(shù)百個(gè)離子或分子所組成的穩(wěn)定膠束。此時(shí)，再提高表面活性劑的濃度已不能顯著增加溶液中單個(gè)分子或離子的濃度，而只能形成更多的膠束。
在水介質(zhì)中，表面活性劑將極性的親水基團(tuán)朝外形成與水接觸的外殼，將朝內(nèi)排列的非極性基團(tuán)包在其中，使它們不與水接觸?？梢姡z束的形成實(shí)際是表面活性劑分子為緩和水和疏水基之間的排斥作用而采取的另一種穩(wěn)定化方式，疏水作用導(dǎo)致表面活性劑在表面上的吸附和在溶液內(nèi)部膠束的生成，其根本的決定因素是活性劑分子的雙親結(jié)構(gòu)。
膠束的結(jié)構(gòu)主要由內(nèi)核和外殼兩部分構(gòu)成，對(duì)于離子型表面活性劑，外殼的外側(cè)還有擴(kuò)散雙電層，但非離子膠束沒有雙電層結(jié)構(gòu)。
在表面活性劑的溶液中，膠束與分子或離子處于平衡狀態(tài)，它起著表面活性劑分子倉庫的作用，在其被消耗時(shí)釋放出單個(gè)分子或離子。另一方面，膠束自身能夠產(chǎn)生乳化、分散及增溶等作用，因此表面活性劑通常在一定的濃度以上，即形成膠束時(shí)使用。
臨界膠束濃度是衡量表面活性劑的表面活性和表面活性劑應(yīng)用中的一個(gè)重要物理量。其定義為：開始形成膠束的最低濃度被稱為臨界膠束濃度，簡稱CMC。臨界膠束濃度越小，表明此種表面活性劑形成膠束和達(dá)到表面（界面）吸附飽和所需的濃度越低，從而改變表面（界面）性質(zhì)，產(chǎn)生潤濕，乳化、起泡等作用所需的濃度也越低?？梢姡R界膠束濃度是表面活性劑溶液性質(zhì)發(fā)生顯著變化的“分水嶺”。
總而言之，表面活性劑的很多應(yīng)用均與膠束有關(guān)，詳細(xì)內(nèi)容將在后期介紹。
參考文獻(xiàn)
[1]王世榮,李祥高,劉東志等.表面活性劑化學(xué).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010.
[2]MolletH.and Grubenmann A. Formulation Technology:Emulsions,Suspensions,translated by Payne H.R. WILEY-VCH Verlag GmbH. New York,2001:1~57.
[3]Rosen M.J.Surfactants and Interfacial Phenomena,Wiley-Interscience,New York.1989:108-169.
[4]Drew Myers,Surfaces,Interfaces,and Colloids:Principles and Applications,edn.,John Wiley&Sons. U.S.A.1999:21~39.
[5]裘炳毅,高志紅.現(xiàn)代化妝品科學(xué)與技術(shù).中國輕工業(yè)出版社,2015.
復(fù)制
