高志紅，裘炳毅

（華南師范大學實驗中心，廣東廣州，510006）

功能性聚二甲基硅氧烷共聚醇的結構、性質及應用

高志紅，裘炳毅

（華南師范大學實驗中心，廣東廣州，510006）

介紹了聚二甲基硅氧烷共聚醇的結構、性質特點及其在個人護理品方面中的應用。

聚二甲基硅氧烷共聚醇；結構；性質；應用；個人護理品

聚硅氧烷衍生物自20世紀90年代開始在化妝品洗滌用品和個人護理品配方中使用，至今已在香波、護發(fā)素、各類護發(fā)品和彩妝化妝品方面獲得十分廣泛的應用，它們獨特的物理化學性質不僅非常有效地調理和保護了頭發(fā)和皮膚，而且改善了產品的感觀特性，同時使用時無毒無刺激[1-2]。

1　聚二甲基硅氧烷共聚醇的結構

聚二甲基硅氧烷是二甲基硅氧烷重復單元組成的雜化無機-有機均聚物，即聚合物由每個硅原子帶有二個甲基（-CH3）的一個無機硅氧烷骨架（-Si-O-）組成[3]，其中硅原子可接受不同的取代基團，和硅氧烷骨架有不同的結構組合，從而衍生出有不同性質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的聚二甲基硅氧烷共聚醇（Dimethicone Copolyol，簡稱DMC），根據取代基團的位置，其化學結構（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結構

2　聚二甲基硅氧烷共聚醇的化學結構分析、性質及應用

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

2.1結構式中a與b的比例與性質及應用相關性

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

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。實驗時將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對水的容忍度實驗結果，（其中D的數目代表圖1中的a值，D*的數目代表b值，M代表端基為三甲基硅氧烷）[5-6]。利用這性質可將少量水加入到含顏料的彩妝化妝品和唇膏中，改善產品的膚感。

圖2　幾種DMC對水的容忍度試驗結果

2.2結構式中m與n的數值與性質及應用的相關性

當結構單元b中只含有8mol的EO(n)，不含PO(m)時，被稱為PEG-8聚二甲基硅氧烷，常用作發(fā)用及皮膚的調理劑。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、潤濕性、臨界膠束濃度（CMC）、表面張力、溶解性的關系。

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

表2　PEG-8聚二甲基硅氧烷系列性質

PEG-n系列中常見的物質還有PEG-3聚二甲基硅氧烷（發(fā)用及皮膚調理劑）、PEG-6聚二甲基硅氧烷（潤滑劑、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95～100℃，可做乳化劑、起泡劑、潤濕劑、增塑劑、保濕劑、潤膚劑，與大多數化妝品原料配伍，在體系中低用量就可降低表面張力，并能產生稠密穩(wěn)定的泡沫，且賦予頭發(fā)柔軟潤滑的感覺。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)膠和其他免洗護發(fā)產品、香波、護膚乳液、剃須皂，也適用于系列汽車和家用清潔產品，玻璃清潔防霧劑等。

表3　PEG/PPG-n/m聚二甲基硅氧烷及其復配物的性質和應用

當結構中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，市場可見的有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，用于化妝品配方中減弱親脂性、有非離子調理劑的作用。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櫮w劑，用于彩妝、唇部化妝品、抑汗/祛臭制品，特別適用于洗發(fā)護發(fā)產品，賦予頭發(fā)柔潤的感覺，并且在染發(fā)產品中起著良好的固色作用。

2.3與其他溶劑復配的性質及應用

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聚二甲基硅氧烷產品及復配物的性質和應用。

3　結語

目前市場上出現(xiàn)了宣稱無需硅油的個人護理產品，但基于聚二甲基硅氧烷共聚醇的性質，其在個人護理品中的應用依然有廣泛的目標市場需求。

[1] F?rster T. Cosmetic Lipids and the Skin Barrier [M].New York: Marcel Dekker. Inc., 2002:255-271.

[2] Sun J.Z，Parr J.W，Travagline D. Stable Conditioning Shampoos Containing High Molecular Weight Dimethicone[J]. C & T, 2002, 117(11): 41-46.

[3] Fevola M.J. Ingredient Profile: Dimethicone[J]. C & T, 2012, 127(4): 252-258.

[4] Dietz T. A Novel Silicone-based O/W Emulsifier with Skin Smoothing Sensation[J].C & T, 2002, 117(5): 71-81.

[5] O'Lenick A.J. Silicones for Personal Care [M].Garol Stream: IL 60188-2787 USA,Allured Publishing Corp, ,2003: 41-53.

[6] Newton J，Postiaux S，Stoller C，etc.Silicone-Based Vesicle Delivery Systems[J].C & T, 2004, 119(12): 53-60.

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，理學碩士-工學碩士，高級實驗師，主要從事儀器分析、精細化工產品質量分析及研發(fā)工作。E-mail:jxhg@scnu.edu.cn。