林鎮(zhèn)孟 洪永順 黃壯安

摘 要： 介紹纖維素及微晶纖維素的來源結(jié)構(gòu)等特性，以及在化妝品中應(yīng)用的種類。纖維素/微晶纖維素粒子取代塑料粒子的合適選擇、天然木材纖維類磨料在牙膏中的應(yīng)用、微晶纖維素柔粉的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 纖維素；微晶纖維素；摩擦劑

0前言

纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分，是世界上蘊(yùn)藏量最豐富的天然高分子化合物，每年由光合作用可產(chǎn)生幾千億噸，是自然界中最豐富的綠色可再生的有機(jī)資源?，F(xiàn)如今纖維素及其衍生產(chǎn)品被視為最理想的綠色環(huán)保材料，纖維素原料主要來源于木材、棉花、麻類植物、竹稈、草稈、甘蔗渣等，在德國已有企業(yè)對(duì)木材纖維素進(jìn)行精細(xì)化加工，并同時(shí)對(duì)木材產(chǎn)區(qū)的開采、種植、管理進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定，從而形成企業(yè)的良性發(fā)展與社會(huì)責(zé)任相結(jié)合的可持續(xù)發(fā)展之路，下圖為光合作用合成纖維素簡(jiǎn)易圖。

結(jié)構(gòu)：纖維素為長(zhǎng)鏈線型高分子化合物，它的結(jié)構(gòu)單元是吡喃環(huán)D-葡萄糖，相互間以β-1，4糖苷鍵連接，分子式為（C6H10O5）n，聚合度n大多在幾百之一萬之間，通過X射線衍射研究發(fā)現(xiàn)纖維素大分子的聚集體中包括結(jié)晶區(qū)和無定型區(qū)，結(jié)晶區(qū)部分分子排列的比較整齊、有規(guī)則，晶胞結(jié)構(gòu)為單斜晶胞模型；無定型區(qū)的分子排列不整齊、較疏松，因而密度較低，從結(jié)晶區(qū)到無定型區(qū)是逐步過渡的，無明顯界限。結(jié)構(gòu)圖如下：

由于組成纖維素大分子的每個(gè)葡萄糖基環(huán)均具有3個(gè)醇羥基，從而使纖維素有可能發(fā)生各種酯、醚化反應(yīng)，通過這些反應(yīng)能夠生成許多有價(jià)值的纖維素衍生物，有如羥丙基甲基纖維素，羥乙基纖維素，羧甲基纖維素鈉等，這些纖維素衍生物在各行各業(yè)中都廣泛應(yīng)用。

粉狀纖維素在美國、歐洲及日本藥典均有收載，其制法如下：

將植物材料纖維漿，用17.5%NaOH （或24%KOH）溶液在20℃處理，不溶解的部分為α-纖 維素，用轉(zhuǎn)鼓式干燥器制成片狀，再經(jīng)機(jī)械粉碎即得。粉狀纖維素的聚合度約為500，分子量約為2.43*10？。

性質(zhì)：粉狀纖維素呈白色，無臭，無味，具有纖維素的通性，不同細(xì)度的粉末的流動(dòng)性和堆積密度不一，其大小從10-1000um不等，或呈棒狀，或呈粒狀。在相對(duì)濕度為60%時(shí)，平衡吸濕量大都在10%以下，常溫下，纖維素既不溶于水，也不溶于一般的有機(jī)溶劑，如酒精、乙醚、丙酮、苯等，因此在常溫下，它是比較穩(wěn)定的。

微晶纖維素是天然纖維素經(jīng)稀酸水解至極限聚合度（ LOOP） 的可自由流動(dòng)的極細(xì)微的短棒狀或粉末狀多孔狀顆粒，顏色為白色或近白色， 無臭、無味， 極限聚合度（ LODP） 在10～ 200； 不具纖維性而流動(dòng)性極強(qiáng)，不溶于水、稀酸、有機(jī)溶劑和油脂。

微晶纖維素的配制方法為：用稀無機(jī)酸溶液將α-纖維素在105℃煮沸，去無定型部分，過濾，用水洗及氨水洗，余下的結(jié)晶部分，經(jīng)劇烈攪拌分散，噴霧干燥形成多孔粉末。

應(yīng)用：通過工藝，可以將纖維素系列產(chǎn)品分為以下兩類，分別為：纖維素/微晶纖維素類磨砂（按摩）類顆粒和微晶纖維素柔粉。

1、 纖維素/微晶纖維素類磨砂（按摩）類顆粒

1.1 近年來隨著環(huán)境的惡化以及人們環(huán)保意識(shí)的逐步提高，越來越多的國家已經(jīng)意識(shí)到PE、PP之類合成的塑料粒子對(duì)環(huán)境特別是海洋生態(tài)造成嚴(yán)重的影響，由于合成塑料粒子不易生物降解，其降解周期長(zhǎng)達(dá)幾十年甚至上百年，不斷的塑料粒子堆積已經(jīng)嚴(yán)重污染了環(huán)境：據(jù)美媒體報(bào)道，如今五大湖區(qū)內(nèi)沉有數(shù)千萬塑料微珠。不僅如此，在密歇根湖，紐約港、洛杉磯湖、太平洋內(nèi)均有大量塑料微珠聚集。科學(xué)家表示，有毒塑料微珠被魚類、貝類等海洋生物食用后，將經(jīng)由食物鏈返回至人類，對(duì)人類的健康構(gòu)成威脅?！犊茖W(xué)美國人》雜志2014年10月29日?qǐng)?bào)道：塑料微粒已經(jīng)污染中國的海鹽，每磅（約454g）海鹽檢出了1200多顆塑料微粒；華盛頓郵報(bào)引用的研究預(yù)測(cè)，2050年，海洋中的塑料總量將超過魚類總量。面對(duì)日趨嚴(yán)峻的塑料垃圾的威脅，越來越多的國家和機(jī)構(gòu)紛紛加入保護(hù)地球環(huán)境的行列中：2015年12月初，美國眾議院通過一項(xiàng)提案：從2017年7月1日起，肥皂、牙膏以及其他身體護(hù)理用品中禁止添加塑料微粒；12月20日美國參議院通過此項(xiàng)提案，12月28日奧巴馬簽署該項(xiàng)禁塑法案。2016年9月29日，韓國發(fā)布“化妝品安全指標(biāo)規(guī)定”，從2017年7月開始禁止化妝品生產(chǎn)中使用塑料微球。

2016年11月4日，加拿大聯(lián)邦政府公布將全面禁止銷售添加塑料微球的沐浴露、牙膏、磨砂膏等洗護(hù)用品，該禁令于2018年7月1日起正式實(shí)施。2017年12月4日，新西蘭總理宣布，新西蘭政府將禁止銷售和生產(chǎn)塑料微球，禁令將在6個(gè)月內(nèi)生效。

在社會(huì)公德和法律法規(guī)的驅(qū)使下，尋求更加安全可降解的粒子來替代塑料微球已經(jīng)是大勢(shì)所驅(qū)，在尋找替代粒子的路上，以核桃殼為代表的果殼類磨砂粒子最先被工程師們想到，但果殼類磨砂粒子是通過簡(jiǎn)單的機(jī)械粉碎得到的，產(chǎn)品雜質(zhì)較多，里面含有色素、果膠等，產(chǎn)品需要通過輻照來控制微生物的生長(zhǎng)，并且產(chǎn)品所帶的色素應(yīng)用到產(chǎn)品中經(jīng)過一段時(shí)間后產(chǎn)品會(huì)有一定的色差，使得產(chǎn)品的一致性不容易控制，同時(shí)像核桃殼、杏仁殼之類的粒子比較硬質(zhì)，棱角比較尖銳，并不適合于面部肌膚；而以5-10年生的云杉為原料生產(chǎn)出來的纖維素粒子，產(chǎn)品質(zhì)地純凈，色澤白，是替代塑料粒子的絕佳選擇，應(yīng)用到產(chǎn)品中具有優(yōu)異的清潔效果又不易損傷到肌膚，同時(shí)可以促進(jìn)肌膚的新陳代謝。這種木材纖維具有優(yōu)異的可塑性，可以通過切斷或壓制，制得各種不同的類型產(chǎn)品：有絲棒狀、顆粒狀、橢圓狀、球形狀、粉質(zhì)狀等等，可以滿足不同產(chǎn)品和不同膚感的要求。

1.2 纖維類磨砂粒子不僅在皮膚護(hù)理上取得優(yōu)異的成績(jī)，同時(shí)由于其安全可吞食的特點(diǎn)，正在被越來越多的牙膏工程師所關(guān)注，對(duì)于中國牙膏市場(chǎng)的現(xiàn)狀，無論是成人牙膏還是兒童牙膏又或者是牙齒問題患者用的牙膏，其里面的摩擦劑皆為水合硅石或磷鈣類原料，產(chǎn)品的差異化極低，而纖維類磨料具有軟質(zhì)不損傷牙齒，同時(shí)安全可吞食的特點(diǎn)，必將越來越受到關(guān)注，現(xiàn)在在德國和日本已有品牌企業(yè)用纖維類磨料開發(fā)出新一代的牙膏產(chǎn)品，而作為牙膏的消費(fèi)大國，我們也期待有更好更安全的牙膏制品為我們的生活服務(wù)。

2、微晶纖維素柔粉

2.1 近年來以滑石粉為代表的礦物粉中存在石棉或重金屬的潛在風(fēng)險(xiǎn)，一直是科學(xué)家爭(zhēng)論的問題，特別是某知名化妝品品牌的爽身粉巨額賠償案更是成為市場(chǎng)焦點(diǎn)；同時(shí)我國2016年實(shí)施了《化妝品安全技術(shù)規(guī)范2015》對(duì)原料重金屬要求大幅提高。由木材纖維開發(fā)的微晶纖維素柔粉是取代礦物粉、硅粉、PMMA粉的理想選擇。

對(duì)于新型爽身粉的開發(fā)，近年來工程師一直在尋找更安全的原料來取代滑石粉，雖然暫時(shí)選用了淀粉和改性淀粉來替代滑石粉，但是淀粉在吸濕后的休止角會(huì)增加，變粘稠的爽身粉容易引起皮膚不適，同時(shí)它也會(huì)加劇痱子問題，因?yàn)榈矸墼谖鼭竦那闆r下可能為引起痱子的細(xì)菌提供養(yǎng)分，使其繁殖更快，因此玉米淀粉并非真正意義上安全的滑石粉替代物。

微晶纖維素類超精細(xì)柔粉的粒徑在2-100um，這類超精細(xì)粉擁有柔滑的觸感、天然安全，吸水等獨(dú)到的特點(diǎn)，同時(shí)微晶纖維素柔粉具有優(yōu)異的流動(dòng)性，吸濕后其休止角較小，其優(yōu)異的特點(diǎn)也將越來越受工程師們關(guān)注。

下表是玉米淀粉、滑石粉和某一款微晶纖維素柔粉VIVAPUR CS **FM的休止角變化。

由上表可得，玉米淀粉吸濕后變粘稠其休止角增加4.12°，而微晶纖維素柔粉VIVAPUR CS **FM的休止角變化與玉米淀粉恰恰是相反，其吸濕后的休止角下降了4.03°，這可以說明微晶纖維素柔粉在遇到液體時(shí)流動(dòng)性會(huì)比其他兩種原料要好。

2.2 微晶纖維素柔粉除了可以用在爽身粉的開發(fā)外，在膏霜乳液以及彩妝上也得到很好的應(yīng)用，同時(shí)也可以用于新一代的泥膏狀面膜中，由于傳統(tǒng)泥膏狀面膜中含有較多的礦物泥，而礦物泥含有的雜質(zhì)較多，并且礦物泥中含有一定量的金屬離子，使得產(chǎn)品多偏堿性，產(chǎn)品的脫脂性較強(qiáng)，使用后皮膚往往會(huì)出現(xiàn)偏干的情況，而選用微晶纖維素柔粉作為泥膏狀面膜的填料，產(chǎn)品質(zhì)地純凈，使得產(chǎn)品的一致性較好，最重要是使用后肌膚柔軟保濕，是新一代泥膜的基料。

3、展望

綜上可知，在化妝品行業(yè)，隨著人類環(huán)保意識(shí)的提升，難以降解的化工合成類聚合原料正在被環(huán)保的天然材料慢慢替代，同時(shí)更加安全的原材料也將受到化妝品工程師的關(guān)注和青睞，纖維素/微晶纖維素作為環(huán)?？稍偕木G色原料將會(huì)大有所為，同時(shí)我們也將繼續(xù)關(guān)注纖維素/微晶纖維素在表面處理系列產(chǎn)品以及纖維素改性系列產(chǎn)品的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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