氨基酸表面活性剂在洗发水中的应用：凝聚层形成行为与润滑性能研究

本研究由Takenaga Hiranuma（1,2）、Yoshiaki Yamamoto（1）和Yoshimune Nonomura（2）合作完成。第一作者单位是日本川崎精细化学株式会社（Kawaken Fine Chemicals Co. Ltd.）的家用化学品研发部，第二作者单位是山形大学（Yamagata University）先进工程研究生院。研究成果发表于2025年的《Journal of Surfactants and Detergents》，文章标题为《Coacervate Formation Behavior and Lubrication Properties of a Hair Shampoo Formulated with Amino Acid Surfactants and Cationized Cellulose》。

学术背景

本研究属于表面活性剂化学与化妆品科学的交叉领域，聚焦于氨基酸表面活性剂（amino acid surfactants）在洗发水配方中的作用机制。氨基酸表面活性剂因其低刺激性、生物降解性和优异的清洁性能，近年来成为个人护理产品的研究热点。然而，关于其在洗发过程中形成的凝聚层（coacervate，即胶体溶液中因电解质或聚合物作用产生的离子复合物）对头发润滑性能的影响，此前缺乏系统性研究。本研究旨在比较三种典型氨基酸表面活性剂——月桂酰甲基氨基丙酸钠（sodium lauroyl methylaminopropionate, LMA）、月桂酰天冬氨酸钠（sodium lauroyl aspartate, LAP）和甲基月桂酰牛磺酸钠（sodium methyl lauroyl taurate, LMT）的凝聚层形成能力及其对湿发摩擦系数的影响，为低刺激性且高润滑性洗发水的开发提供理论依据。

研究流程

1. 材料与洗发水配方制备
   研究使用LMA、LAP和LMT作为主要阴离子表面活性剂，搭配两性表面活性剂月桂酰胺丙基甜菜碱（lauramidopropyl betaine, LPB）、非离子表面活性剂PPG-2椰油酰胺（PPG-2 cobamide, PG2C）和阳离子聚合物聚季铵盐-10（polyquaternium-10, PQ-10）。洗发水配方中各组分的比例为：阴离子表面活性剂12%、两性表面活性剂6%、非离子表面活性剂2%、阳离子聚合物0.5%，其余为水。通过加热混合（80°C，15分钟）和pH调节（柠檬酸调节至6.0）制备样品。

2. 凝聚层形成行为观察

   • 浊度测量：将洗发水稀释10倍、100倍和1000倍后，使用分光光度计（SE7700）测定溶液浊度。
     
   • 视觉观察：稀释液静置72小时后，记录相分离现象（水相与白色/半透明沉淀）。
     
   • 离心分离：通过离心（3000g，10分钟）获取凝聚层并称重。
     

3. 凝聚层在头发表面的吸附量测定
   使用漂白处理的黑发样本（0.5 g），浸泡于稀释洗发水溶液中10分钟，取出后静置72小时（25°C，55%湿度），通过重量差计算吸附量。

4. 湿发动力学摩擦系数测量
   采用摩擦评估系统（Tribo Master TL201T）模拟人手梳理过程，参数设置为：负载20 g、滑动速度10 mm/s和100 mm/s。通过聚氨酯指纹模型接触探头测量摩擦系数，每组重复3次取平均值。

主要结果

1. 凝聚层形成能力

   • LMA在稀释10倍时浊度达91.8%，显著高于LAP和LMT（p < 0.001）。其凝聚层形成区域（0.3%-6%浓度）更广，而LAP和LMT仅在0.3%-4%和0.3%-3.8%浓度范围内形成凝聚层。
     
   • 离心后，LMA系统的凝聚层重量（0.807 ± 0.034 g/100 g）显著高于其他两种表面活性剂（LAP为0.106 ± 0.029 g/100 g，LMT未检出）。
     

2. 头发表面吸附与润滑性能

   • LMA在10倍稀释时的吸附量（0.051 ± 0.002 g/1 g头发）最高，且湿发摩擦系数（0.031 ± 0.001）最低，表明其润滑性能最优。
     
   • 摩擦系数随稀释倍数增加而升高，但LMA在100倍稀释时仍保持较低值（0.071 ± 0.003），显著优于对照组（p < 0.05）。
     

结论与意义

本研究证实LMA因其pKa（约5.8）接近洗发水常用pH范围（5.5-6.5），能与阳离子聚合物形成更稳定的凝聚层，从而显著降低头发摩擦。这一发现为开发低刺激性、高润滑性洗发水提供了关键依据：
- 科学价值：揭示了氨基酸表面活性剂结构（羧酸基团数量与pKa）对凝聚层形成及吸附行为的影响机制。
- 应用价值：LMA可作为优选成分，提升洗发产品从清洗到冲洗全程的顺滑体验。

研究亮点

1. 创新方法：首次系统比较三种氨基酸表面活性剂的凝聚层行为，并关联其摩擦学性能。
   
2. 技术应用：采用模拟指纹的接触探头（专利设计）提升摩擦测量的仿生准确性。
   
3. 跨学科意义：结合胶体化学与化妆品工程，为表面活性剂配方设计提供新思路。
   

其他价值

作者指出，LMA的凝聚层可能通过形成厚流体动力膜（hydrodynamic film）实现润滑，未来可进一步研究其与硅油等成分的协同效应。数据公开声明提到，研究数据可向通讯作者申请获取，增强了结果的可重复性。