Ứng dụng chất HĐBM trong sản phẩm chăm sóc tóc

Tài liệu về ứng dụng của chất hoạt động bề mặt trong sản phẩm chăm sóc tóc......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

~~~~~~*~~~~~~

BÁO CÁO MỸ PHẨM THIÊN NHIÊN

ỨNG DỤNG CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT TRONG CÁC SẢN PHẨM CHĂM SÓC TÓC GVHD:PGS.TS Nhóm 5:

I) CÁC NGUYÊN LIỆU CƠ BẢN ĐỂ SẢN XUẤT MỸ PHẨM BAO GỒM:

• Các dầu, mỡ, sáp

• Chất làm ẩm

• Chất sát trùng

• Chất bảo quản

• Chất chống oxy hóa

• Chất màu

• Hương liệu

• Các chất phụ gia khác

1) Giới thiệu về chất hoạt động bề mặt sử dụng trong mỹ phẩm

a) Cấu trúc

Gồm hai phần: ưa nước (hydrophilic head) và kị nước (Hydrophobic tail)

Tính ưa, kị nước của một chất hoạt động bề mặt được đặc trưng bởi thông số là độ cân bằng ưa kị nước (HLB : -Hydrophilic Lipophilic Balance-HLB), có giá trị từ 0 đến 40

• HLB càng cao thì hóa chất càng dễ hòa tan trong nước

• HLB càng thấp thì hóa chất càng dễ hòa tan trong các dung môi không phân cực như dầu CHĐBM là thành phần chủ yếu có tác dụng tẩy rửa trong mĩ phẩm: Chất hoạt động bề mặt là một thành phần giúp cho quá trình tẩy rửa dễ dàng hơn do nó tạo bọt, chất bẩn không tan tập trung lên

bề mặt bọt bị đẩy ra ngoài hay phân tán vào dung dịch ở dạng huyền phù, treo lơ lửng và được làm sạch bằng nước

b) Cơ chế tẩy rửa

Sự tẩy rửa được định nghĩa là “làm sạch mặt của một vật thể rắn, với một tác nhân riêng biệt, chất tẩy rửa, theo một tiến trình lý hóa khác hẳn với việc hòa tan thông thường

Quá trình tẩy rửa xảy ra theo các bước như sau:

 Dung dịch tẩy rửa trong nước làm giảm sức căng của nước, nước thấm sâu vào xơ sợi

 Quá trình lấy bẩn ra

 Quá trình chống tái bám chất bẩn

 Chất hoạt động bề mặt tạo bọt, chất bẩn không tan tập trung lên bề mặt bọt và bị đẩy ra ngoài hay phân tán vào trong dung dịch ở dạng huyền phù, treo lơ lửng

Chất tẩy rửa là chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng bề mặt của nước làm cho vải được thấm ướt hoàn toàn.Mỗi phân tử của chất hoạt động bề mặt có 1 đầu ưa nước, đầu này bị các phân tử nước hút và 1 đầu không ưa nước (kị nước) – đầu này đồng thời vừa đẩy nước vừa hút vào các chất dầu mỡ bẩn Các lực ngược nhau này đã kéo các chất bẩn ra và làm chúng treo lơ lửng trong nước

ở dạng hòa tan, nhũ hoặc huyền phù Khuấy đảo của tay hay máy giặt đã giúp kéo hẳn các chất bẩn

ra khỏi bề mặt cần làm sạch

Các vết bẩn phân cực thì dùng chất hoạt động bề mặt anion, các vết bẩn không phân cực thì dùng chất hoạt động bền mặt không ion

Chọn lựa và sử dụng CHĐBM cho các quá trình

• Tẩy rửa: SLES, ALES, Cetyl ete sulfat, sunfosucinat Na,…

• Thấm ướt: alkyl ether sulfat alkyl sulfat mạch ngắn,…

• Tạo bọt: SLES tăng cường với các alkanolamide,…

• Nhũ hóa: Glyceryl stearate, laureth-2,3 ,PEG-20 stearate,…

• Làm tan: alkyl ether sulfate,…

II) ANKYL POLYGLUCOSIDES (APGs)

1) Giới thiệu

Alkyl polyglucosides (APGs) là một chất hoạt động bề mặt không ion, được sử dụng rộng rãi

trong các hộ gia đình và có nhiều ứng nhiều ứng dụng trong công nghiệp Nó có nguồn gốc từ các loại đường, thường sản xuất từ glucose và rượu béo Các nguyên liệu cho sản xuất APGs trong công nghiệp là tinh bột và chất béo

Phương trình tổng hợp alkyl glucoside

Công thức alkyl polyglucoside

APGs thân thiện môi trường, có khả năng tự phân hủy, không độc hại, ít ảnh hưởng đến da bởi vì

nó được làm từ nguyên liệu tái tạo, glucose chiết xuất từ ngô và rượu béo từ các loại dầu dừa và cọ

Với sự gia tăng của chiều dài mạch carbon, độ hòa tan của APGs thay đổi rất nhiều và thường HLB

nó thay đổi từ 10-19 Sản phẩm tạo ra có sức căng bề mặt thấp và tác dụng tốt trong việc làm sạch, làm ướt, độ hòa tan, ổn định với nhiệt, bền với nước cứng và bền với kiềm, chất tạo bọt,… Nó tương thích với nhiều chất hoạt động bề mặt ít hoặc không ion khác

2) Quá trình phát triển

Nhà hóa học người Đức Emil Fischer đã phát triển các quá trình xác định và tổng hợp APGs đầu tiên vào năm 1893 Quá trình đó hiện nay được biết đến là "Fischer glycosidation" và bao gồm phản ứng xúc tác axit của glycoses với rượu Một thế kỷ sau, sau một nghiên cứu và phát triển nỗ lực tốn kém và phức tạp, công ty Henkel (Đức) thiết kế thành công quy trình sản xuất công nghiệp cho APGs

Ngay từ năm 1893, Fischer đã nhận thấy tính chất thiết yếu của APGs, chẳng hạn như sự ổn định cao đối với quá trình oxy hóa và thủy phân, đặc biệt là trong môi trường kiềm mạnh Cả hai đặc điểm đó có giá trị quan trọng trong các ứng dụng về hoạt động bề mặt

Các bằng sáng chế đầu tiên mô tả cách sử dụng APGs được ứng dụng trong chất tẩy rửa được nộp tại Đức vào năm 1934

Rohm & Haas là người đầu tiên đưa ra thị trường octyl/decyl polyglycoside với số lượng lớn vào cuối những năm 70, tiếp theo là BASF và sau đó là SEPPIC

Vào đầu những năm 1980, một số công ty đã bắt đầu các chương trình để phát triển APGs với chuỗi alkyl dài hơn (dodecyl/tetradecyl) nhằm tạo ra một chất hoạt động bề mặt mới dùng trong mỹ phẩm và chất tẩy rửa Bao gồm Henkel KGaA, Düsseldorf (Đức) và Horizon-một đơn vị của Công ty Sản xuất A.Estaley của Decatur, Illinois

Đỉnh cao mới trong khai thác thương mại của APGs đã đạt được vào năm 1992 với việc khánh thành một nhà máy sản xuất chất kết dính APG công suất 25.000 tấn/năm của tập đoàn Henkel tại Hoa Kỳ và năm 1995 với việc mở một nhà máy thứ hai công suất tương đương của Henkel KGaA

ở Đức

Tổng hợp các glycosides theo Fischer

3) Công nghệ sản xuất.

3.1) Nguyên liệu thô để sản xuất APGs.

3.1.1)Rượu béo.

Rượu béo có thể thu được từ các nguồn dầu mỏ (rượu béo tổng hợp) hoặc từ các nguồn tài nguyên tự nhiên, tái tạo như chất béo và dầu (rượu béo tự nhiên) Pha loãng chất béo được sử dụng trong tổng hợp APGs để tạo thành phần kỵ nước của phân tử Các rượu béo tự nhiên thu được sau quá trình chuyển hoá và phân đoạn chất béo và dầu (triglycerides), tạo thành esters methyl của axit béo tương ứng và quá trình hydro hóa sau đó Tùy thuộc vào độ dài chuỗi alkyl mong muốn của rượu béo, các nguyên liệu chính là dầu và chất béo của các nguyên liệu sau: dầu dừa hoặc dầu hạt cọ trong dãy C12/14 và dầu ót hoặc dầu hạt cải dầu cho các rượu béo C16/18

3.1.2 )Nguồn Carbohydrate.

Phần ưu nước của phân tử APGs bắt nguồn từ một carbohydrate Dựa trên tinh bột từ ngô, lúa mì hoặc khoai tây, cả carbohydrate polymer và monomer đều thích hợp làm nguyên liệu cho sản xuất APGs Các carbohydrate polymer bao gồm, ví dụ: tinh bột hoặc glucose syrups

có chất lượng thấp trong khi các carbohydrate đơn phân tử có thể là bất kỳ một dạng nào trong

đó có glucose Lựa chọn nguyên liệu thô không chỉ ảnh hưởng đến chi phí nguyên vật liệu mà còn ảnh hưởng đến chi phí sản xuất Nói chung, chi phí nguyên liệu tăng lên theo thứ tự tinh bột/glucose, syrup/glucose và glucose monohydrate/waterfree, ngoài ra còn tùy thuộc vào các yêu cầu về thiết bị của nhà máy và do đó chi phí sản xuất giảm theo cùng một thứ tự

3.1.3) Độ polymer hóa (Độ trùng hợp).

Thông qua tính đa dạng của nguồn carbohydrate, điều kiện của phản ứng Fischer được xúc tác bằng axit tạo ra hỗn hợp oligomer, trong đó trung bình có nhiều hơn một đơn vị glycose được gắn vào một phân tử rượu Số lượng trung bình các đơn vị glycose liên kết với một nhóm rượu được mô tả bằng mức độ trùng hợp (DP) Hình bên cho thấy sự phân bố của một APGs với DP = 1,3 Trong hỗn hợp này, nồng độ của các oligomers riêng lẻ (mono-, di-, tri-, -, glycosid) phần lớn phụ thuộc vào tỷ lệ glucose và rượu trong hỗn hợp phản ứng DP trung bình là một tính chất quan trọng đối với tính chất hóa lý và ứng dụng của APGs Trong phân bố cân bằng, DP của một chuỗi alkyl có độ dài tương đối với các tính chất cơ bản của sản phẩm, chẳng hạn như tính phân cực, độ hòa tan,… Về nguyên tắc, sự phân bố oligomer

có thể được mô tả bằng mô hình toán học

P M McCurry cho thấy một mô hình được phát triển bởi P.J Flory để mô tả sự phân bố oligomer của các sản phẩm dựa trên các monome đa chức cũng có thể được áp dụng cho APGs Phiên bản sửa đổi này của phân bố Flory mô tả các APGs như một hỗn hợp của các oligomers phân bố có trật tự Hàm lượng phân tử trong hỗn hợp oligomer giảm với mức độ trùng hợp ngày càng tăng Việc phân phối oligomer thu được bằng mô hình toán học này phù hợp với kết quả phân tích

Phân phối đặc trưng của oligomer glycoside dodecyl trong một hỗn hợp DP = 1,3 R =

dodecyl

3.2) Sản xuất APGs ( Sản xuất Dodecyl polyglucosides: APGs-12).

Tóm tắt quá trình chính để tổng hợp

alkyl polyglycosides

Có hai phương pháp chính để sản xuất APGs-12 là phương pháp glycosid hóa gián tiếp và phương pháp glycosid hóa trực tiếp

Quá trình chuyển hóa qua hai giai đoạn (gián tiếp) đòi hỏi nhiều thiết bị hơn là tổng hợp trực tiếp Trong giai đoạn đầu tiên, carbohydrate phản ứng với một rượu mạch ngắn (ví dụ: n-butanol hoặc propylen glycol) Trong giai đoạn thứ hai, alkyl glucoside mạch ngắn được chuyển hóa bằng một rượu có mạch tương đối dài (C12/14-OH) để tạo thành APGs cần thiết Nói chung với cùng năng suất, quá trình chuyển hoá qua nhiều giai đoạn dẫn đến chi phí nhà máy cao hơn so với tổng hợp trực tiếp Bên cạnh hai giai đoạn phản ứng, cần thêm bồn chứa và các giai đoạn tái chế cho rượu mạch ngắn APGs phải được tinh chế thêm hoặc phức tạp hơn do các tạp chất có trong tinh bột (ví dụ protein) Trong quá trình chuyển hoá hóa đơn giản nhất, syrups có hàm lượng glucose cao (DE> 96%) hoặc các loại glucose rắn có thể phản ứng với các rượu mạch ngắn dưới áp suất thường Các quá trình liên tục đã được phát triển trên cơ sở này Hình bên cho thấy cả hai đường tổng hợp cho APGs

3.2.1)Tổng hợp APGs-12 bằng

Phương pháp sản xuất APGs-12 trực tiếp từ glucose và rượu n-dodecyl với xúc tác là p-Toluenesulfonic acid và acid photphoric Lợi thế của phương pháp này là chi phí sản xuất thấp, độ tinh khiết của sản phẩm cao và các sản phẩm phụ ít Phương pháp này chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như: chất xúc tác, tỷ lệ rượu và glucose, nhiệt độ phản ứng và áp suất Qua tham khảo nhiều công trình nghiên cứu thì điều kiện tốt nhất để tổng hợp APGs-12 là: tỷ lệ mol của rượu và glucose 7: 1; nhiệt độ phản ứng là 115° C, lượng chất xúc tác là 1,3%, áp suất phản ứng trong 3

-4 kPa

4) Ứng dụng:

4.1) APGs trong các sản phẩm chăm sóc cá nhân:

Quá trình glycosid hóa C12/14 - APG FOH = fatty alcohol

4.1.1)Trong mỹ phẩm:

Trong lĩnh vực thẩm mỹ, APGs đại diện cho một lớp chất hoạt động bề mặt kết hợp tính chất của các chất không ion và anion Cho đến nay, tỷ lệ lớn các sản phẩm thương mại sử dụng C8-14 APGs cho các công thức làm sạch mỹ phẩm Thành phần của chúng được xác định để có được hiệu suất tối ưu, chẳng hạn như tạo bọt,

độ nhớt và các tính chất xử lý khác

4.1.2)Trong nhiều sản phẩm khác:

Sản phẩm chăm sóc tóc

Kem đánh răng

Dầu gội đầu

Sửa tắm

 Kết luận:

Alkyl polyglucosides (APGs) được sản xuất bằng cách kết hợp một loại đường

như glucose với một rượu béo trong sự có mặt của chất xúc tác axit ở nhiệt độ cao

Các ứng dụng chính của APGs có thể được áp dụng trong các ngành công

nghiệp chất tẩy rửa, mỹ phẩm, sinh học, hóa chất, thực phẩm, nhựa, thuốc trừ sâu, dệt, làm giấy, thuốc men và dầu,…APG0810 có thể được sử dụng trong thuốc trừ sâu, chất tẩy rửa bề mặt cứng và chất tẩy rửa công nghiệp, APG 0814 có thể được

sử dụng trong mỹ phẩm và dệt may và APG1214 có thể được sử dụng trong dầu gội đầu, tắm bọt, mỹ phẩm và chất tẩy rửa,…

Đặc tính nổi bật:

 Được sản xuất từ các nguồn tài nguyên thiên nhiên, năng lượng tái tạo

 Hoạt động bề mặt không ion, tương thích với tất cả các lớp bề mặt

 Dễ dàng phân hủy sinh học

 Rất hiệu quả chi phí

 Bề mặt cực kỳ nhẹ/nhũ hóa

 Tính chất nhũ hoá xuất sắc

 Khả năng tương thích da tuyệt vời

 Hành vi bọt nổi bật với bề mặt

 Hiệu suất làm sạch tuyệt vời

III) CÁC SẢN PHẨM DẠNG BÌNH CHĂM SÓC TÓC:

- Một số chất hoạt động bề mặt được sử dụng trong phối chế dầu gội

- Tìm hiểu ứng dụng chất hoạt động bề mặt trong sản phẩm dầu gội đầu và

sữa tắm dành cho nam

- Các dòng sản phẩm :

 X-MEN:

Các sản phẩm sẽ trình bày và đề cập:

• Sản phẩm dầu gội nước hoa X-men Sport

• Sản phẩm dầu gội Oxy perfect shampoo

• Sản phẩm sữa tắm X-men Boss

Sản phẩm dầu gội nước hoa

X-men Sport

Ammonium

laurenth sulfate

Ammonium lauryl

sulfate

olpropane

isothiazolinone

Chất bảo quản

Tricaprylate/

Tricaprate

isothiazolinone

Chất bảo quản

Sản phẩm dầu gội Oxy Perfect Shampoo

Ammonium

laurenth sulfate

Ammonium lauryl

sulfate

Benzoate

Cocamido propyl

betaine

quản Acrylates

copolymer

Tạo độ mềm mượt Sodium chloride Chất làm sệt

Trimethicone

DMDM hydantoin Bảo quản C12-15 Pareth-3

cứng

Sản phẩm X.Men Boss

Sodium laurenth

sulfate

Lauryl glucoside

Cocamidopropyl

Betain

-10

Chất điều hòa

Cocoate

Diệt khuẩn

Glycol Distearate Tạo nhũ Methylcloro

isothiazolinone

Chất bảo quản

 Khảo sát tính chất các chất hoạt động bề mặt chính có trong sản phẩm chăm sóc tóc:

 Ammonium laurenth sulfate

 Ammonium lauryl sulfate

 Demethicone

 Cocamido propyl betaine

 Sodium laurenth sulfate

 Lauryl glucoside

 Dimethicone

 Lauric Acid

1 Sodium Lauryl Sulfate:

 Sodium Lauryl Sulfate and Ammonium Lauryl Sulfate, là muối của Lauryl Sulfate, được sử dụng rộng rãi làm CHĐBM dạng anion

 Trong mỹ phẩm và các sản phẩm chăm sóc cá nhân , Sodium Lauryl Sulfate and Ammonium Lauryl Sulfate được sử dụng thứ yếu trong dầu gội,sữa tắm, nước hoa, lăn khử mùi và cũng có thể tìm thấy ở những sản phẩm khác.Nó có thể dùng trong nước cứng khảo sát tính chất các CHĐBM chính có trong sản phẩm dầu gội đầu

 Sodium Lauryl Sulfate và Ammonium Lauryl Sulfate làm sạch da và tóc với việc hỗ trợ sự kết hợp giữa nước với dầu và chất bẩn, do đó chất bẩn được tẩy ra ngoài

 Công thức hóa học: CH3(CH2)10CH2OSO3NH4

 Ammonium lauryl sulfat đóng vai trò như một chất tạo bọt, và có tính tẩy rửa Trong phân tử của chúng một đầu có chứa một mạch Carbon dài, đầu còn lại là muối của acid sulfuric và NH3 Mạch dài có tính kỵ nước, đầu chứa muối có tính

ưa nước, làm cho nó có tính tẩy rửa và hoạt động bề mặt tốt.

 Khi ammonium lauryl sulfate phản ứng với ethylene oxide, kết quả tạo thành một phân tử lớn hơn là ammonium laureth sulfate Phân tử lớn này cũng có tính tẩy rửa

và HĐBM tương tự, nhưng lớn hơn, vì vậy nó không thâm nhập da và tóc dễ dàng Thuật ngữ "laureth" thật sự là một sự làm giảm bớt

2 Cocamidopropyl Betaine:

 Công thức hóa học:

 Cocamidopropyl Betaine là một chất tẩy rửa lưỡng tính, mà là một chất tẩy rửa có thể hoạt động như một acid hoặc base Nó không gây kích ứng da hay màng nhầy

 Nó được dùng để làm đặc những dầu gội đầu, và để giảm bớt sự kích thích do các chất tẩy rửa khác ảnh hưởng

 Nó có những hiệu ứng kháng sinh, và được sử dụng trong những sản phẩm vệ sinh

cá nhân

 Nó có những thuộc tính chống sự tĩnh điện, vì vậy nó có vai trò điều hoà trong những dầu gội đầu

3 Dimethicone:

 Công thức hóa học:dimethicone

 Dimethicone và Methicone là silicone dạng polyme Sự khác biệt duy nhất giữa hai polyme là các đơn vị lặp lại của Dimethicone chứa hai nhóm methyl, trong khi các đơn vị lặp lại của Methicone có chứa một nhóm methyl

 Trong mỹ phẩm và các sản phẩm chăm sóc cá nhân Dimethicone và các thành phần liên quan được sử dụng trong xây dựng nhiều loại mỹ phẩm và các sản phẩm chăm sóc cá nhân bao gồm các loại kem mỹ phẩm và kem, xà bông tắm, dầu gội

và các sản phẩm chăm sóc tóc Các thành phần được sử dụng rộng rãi nhất trong nhóm này là Dimethicone

 Silicones được sử dụng như emollients (làm mềm da) và như chất lỏng dễ bay hơi

mà làm cho lớp phủ cảm thấy mịn, nhưng mà không bay hơi để lại một bã nhờn

 Dimethicone là tên gọi khác polydimethylsiloxane và được sử dụng để tạo một cảm giác mềm mượt cho mái tóc hay da sản phẩm Nó cũng được sử dụng như một emulsifier cho nhũ "nước-trong-dầu"

4 Cocamide DEA:

 Công thức hóa học: