金銘揚,楊銀
(上海泰敦生物科技有限公司,上海200060)
硅酸鎂鈉表面同時帶有正負兩種電荷,以其納米顆粒作為親油端,陽離子為親水端,可以將油分子與水分子結(jié)合在一起,從而達到類似乳化劑的效果。
硅酸鎂鈉是一種由硅-氧四面體和鎂-氧八面體在Z 軸方向上以2∶1 的周期性排列形成的層狀硅酸鹽礦物。硅酸鎂鈉的三八面體結(jié)構(gòu)中,鎂-氧八面體中的一部分鎂離子被鈉離子取代,使晶層帶有負電荷,可交換的鈉離子存在于相鄰片晶之間,平衡其所帶的負電荷,使整個晶體呈中性[1~4]。
本文以硅酸鎂鈉作為研究對象,研究其對油脂、乳化劑和油包水顆粒表面的影響,進而提出電荷乳化理論,并探究硅酸鎂鈉在乳液及粉底中的應用加以證明電荷乳化理論。
圖1 層狀硅酸鹽的結(jié)構(gòu)圖
乳酸、26# 白油、新戊二醇二(乙基己酸)酯、S21 (PEG-21 硬脂醇醚)、E-10 (PEG-10 大豆甾醇)、LE (PEG-30 二聚羥基硬脂酸酯)、粉漿、DC345、甘油、硅酸鎂鈉、漢生膠T、硅酸鎂鈉、去離子水、香精、杰馬-P、CREEMUL GT、氯化鈉,以上化學用品均來自上海恩飛化學品有限公司。HH.S21-8-S 電熱恒溫水浴鍋、JB-90D 型強力電動攪拌器、PHS-2F 數(shù)字pH 計、82-2 型恒溫磁力攪拌器、NDJ-1 旋轉(zhuǎn)粘度計、JA12002 電子天平。
由于屈服值是乳化的重要影響因素,而粘度又很大程度上反映了屈服值情況,因此研究中以粘度為控制變量,探索不同條件下硅酸鎂鈉粘度的變化。
實驗中首先用乳酸將2%硅酸鎂鈉的pH 調(diào)節(jié)至6.86,放置2d 后使pH 穩(wěn)定在8.00 左右,模擬應用粉底產(chǎn)品的pH 值,再測定各因素對硅酸鎂鈉的粘度影響。
1.2.1 硅酸鎂鈉對油脂表面影響
在2%硅酸鎂鈉溶液中,分別加入0、3%、5%、7%、10%油脂,攪拌0.5h 后用旋轉(zhuǎn)粘度計測量其25℃時的粘度。油脂種類分別為26#白油和NGDO(新戊二醇二(乙基己酸)酯)。
1.2.2 硅酸鎂鈉對乳化劑的影響
在2%硅酸鎂鈉溶液中,分別加入0、0.5%、1.0%、1.5%乳化劑,攪拌0.5h 后用旋轉(zhuǎn)粘度計測量其25℃時的粘度。乳化劑種類分別為S21(PEG-21 硬脂醇醚)、E-10 (PEG-10 大豆甾醇) 及LE(PEG-30 二聚羥基硬脂酸酯)。
1.2.3 硅酸鎂鈉在乳液中的應用
試驗用油包水乳液配方如表1。
表1 油包水乳液配方
將表1 中油包水乳液分別以0、1%、5%、10%、20%、30%的比例加入1%硅酸鎂鈉溶液中,攪拌混勻后用旋轉(zhuǎn)粘度計測量其25℃時的粘度。
1.2.4 硅酸鎂鈉在粉底中的應用
表2 硅酸鎂鈉性能對比實驗
表2 配方中粉漿是一種油包水粉底液,將其稱為轉(zhuǎn)相粉底。
將油包水粉底分別以0、1%、5%、10%、20%、30%的比例加入1%硅酸鎂鈉溶液中,攪拌混勻后用旋轉(zhuǎn)粘度計測量其25℃時的粘度。
由圖2 可知,油脂對粘度有較大影響作用,且各種油脂作用不同。非極性油脂(26# 白油)降低粘度,極性油脂(新戊二醇二異辛酸酯NGDO)增加粘度。
圖2 油脂對2%硅酸鎂鈉粘度的影響
極性油脂能增加體系的稠度,其原因是極性油脂具有極性,容易被極化吸附在硅酸鎂鈉的陰離子表面上,這種吸附增加了硅酸鎂鹽納米陰離子的厚度,在電性不變的情況下,減少了顆粒間距離,在總體積不變的情況下增加了體系電排斥力,從而表現(xiàn)為稠度的增加。白油以油滴的形式存在,降低了介電常數(shù),從而降低了排斥力,降低稠度。從乳化角度上分析,一定量的極性油脂能被吸附穩(wěn)定,即被乳化。
由圖3 可知,同樣乳化劑用量下,乳化劑的HLB 越高,體系的粘度越低,在一定范圍內(nèi)用量增加粘度也增加。其中,具有高HLB 值的S21(PEG-21 硬脂醇醚)、中HLB 值的E-10(PEG-10大豆甾醇)及低HLB 值的LE(PEG-30 二聚羥基硬脂酸酯)對2%硅酸鎂鈉粘度的影響則很好地說明了這一點。這是因為水溶乳化劑降低了水相導電性,降低硅酸鎂鈉薄片間排斥力,從而降低粘度。疏水乳化劑則因其極性被吸附,其作用與極性油脂相同從而導致粘度增加。
圖3 乳化劑對2%硅酸鎂鈉粘度的影響
圖4 油包水乳液對1%硅酸鎂鈉粘度的影響
由圖4 可知,油包水乳液加入硅酸鎂鈉溶液中,粘度隨乳液用量的增加而逐漸增加,在加入一定量的乳液后能形成膏體,且硅酸鎂鈉用量越多,形成膏體所需要的乳液越少。含2%硅酸鎂鈉時,10%的乳液加入即可形成膏體。
圖5 表明,含有乳化劑和油脂的油包水乳液對硅酸鎂鈉具有極強的增稠作用,遠大于兩者簡單增稠作用之和,近似高于一倍的增稠能力,顯示油包水乳化劑和極性油脂存在協(xié)同增稠作用。
圖5 含10%、30%硅酸鎂鈉的油包水乳液對比圖
這是由于硅酸鎂鈉顆粒吸附在油包水乳液上面,每個乳液顆粒表面都被帶上了負電荷,它們相互排斥,從而增加了體系的稠度。
同樣現(xiàn)象也發(fā)生在加入油包水粉底液中。不過同樣乳液用量下粘度有所下降。這可能是粉底本身的電性基數(shù)降低了油包水顆粒間的電排斥力,從而使顆粒間的排斥力降低,導致體系粘度降低。
圖6 油包水粉底對1%硅酸鎂鈉粘度的影響
圖6 表明,硅酸鎂鈉增加了體系的穩(wěn)定性,所得膏體冷熱循環(huán)一個月后仍保持穩(wěn)定,這種提供穩(wěn)定性的性能,它可認為是硅酸鎂鈉的一種后乳化能力(穩(wěn)定能力,區(qū)別于乳化劑增加表面積的前乳化能力)。
1)極性油脂或含極性油脂的混合油脂能被硅酸鎂鈉吸附,使體系粘度增加,體現(xiàn)硅酸鎂鈉具有乳化作用。
2)硅酸鎂納能乳化和穩(wěn)定油包水顆粒,具有類似乳化劑的乳化性能。
3)硅酸鎂納能穩(wěn)定油包水乳液,形成分散體且具有很強的穩(wěn)定性,所得體系能耐受長期高低溫考察,被稱之為“后乳化作用”。
此外,實踐表明,硅酸鎂鈉與油包水乳化劑的協(xié)同作用可以得到一個令市場滿意的革命性粉底產(chǎn)品。