在开发膏霜时,配方师往往会面临一些“玄学”问题:

为什么同样的配方,换了不同的脂肪醇,粘度却天差地别?

为了提高耐热性,特意将C16/18醇换成了熔点更高的纯C18(硬脂醇),结果膏体反而做不起来,甚至出现分层?

很多时候,我们将脂肪醇(Fatty Alcohols)仅仅视为“增稠剂”或“油相填充物”。但英国斯特拉斯克莱德大学的 G.M. Eccleston 教授在其经典研究中表明:脂肪醇是构建膏霜“骨架”——层状凝胶网络(Gel Network)的灵魂。

今天,我们结合Eccleston教授的两篇殿堂级文献(IJCS 1982 & Colloids and Surfaces 1997),用真实的数据和显微镜照片,为你揭开“高纯度脂肪醇的陷阱”。

脂肪醇在非离子型乳化剂体系中的影响

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颠覆认知:C18醇的“滑铁卢”

按照常理,C18硬脂醇(熔点~58°C)比C16鲸蜡醇(熔点~49°C)更硬、熔点更高。逻辑上,用纯C18做的面霜应该更稠、更耐热,但实验结果令人大跌眼镜。

Eccleston在1982年的研究中,使用PEG-1000单硬脂酸酯(一种常用的非离子乳化剂)分别搭配不同的脂肪醇制备乳液。通过长达30天的粘度监测,得到了下面这张著名的图表:

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▲不同脂肪醇体系在30天内的粘度变化趋势(C16:十六醇;C18:18醇;C14:十四醇;C/S:十六十八醇)

数据告诉我们残酷的真相:C18体系做出来的不是霜,而是流动的液体(Mobile Liquid),且几天内就发生了破乳。

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▲表1:不同脂肪醇在非离子体系中的表现对比

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核心机理:溶胀(Swelling)与液晶网络

为什么“高纯度、高熔点”的C18反而导致了配方失败?这必须从凝胶网络理论说起。

膏霜的粘度并非主要来自内相油滴的堆积,而是来自连续相(水相)中的结构。当表面活性剂、脂肪醇和水混合时,表面活性剂会插入脂肪醇的晶格中,形成层状结构,并像千层饼一样“含住”大量的水。这个过程叫做“溶胀”(Swelling)。

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▲非离子乳化体系中的层状凝胶网络示意图

在非离子体系中(如PEG酯类),由于缺乏强静电排斥力,温和的乳化剂很难插入到纯C18紧密的晶格中。结果就是:无法溶胀,没有骨架。

而当你把C16(短一点)和C18(长一点)混合在一起时,晶体内部就无法完美对齐了。C18比C16多出的两个碳原子会突出来,导致层与层之间无法紧密贴合。这种“长短不一”在晶体内部制造了大量的微小空隙(Voids)和晶格缺陷(Defects)。非离子乳化剂就可以插入进去,增加配方稳定性和稠度。

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▲混合醇 vs 纯C18醇的微观机理差异

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显微镜下的证据:看到相互作用

如果你不相信枯燥的粘度曲线,显微镜下的照片则更加直观。研究者将脂肪醇晶体放在载玻片上,滴加表面活性剂溶液,观察两者接触边缘的“相互作用”。

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▲图(a):肉豆蔻醇(Myristyl alcohol, C14) 的晶体;图(b):肉豆蔻醇(C14)+表面活性剂溶液(接触6小时后);图(c):鲸蜡醇(Cetyl alcohol, C16)+表面活性剂溶液(接触6小时后);图 (d):硬脂醇 (Stearyl alcohol, C18) +表面活性剂溶液(接触24小时后)

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▲表3:显微镜扩散实验结果对比 (PEG-1000 MS体系)

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配方师的避坑指南

基于Eccleston教授的研究,我们在开发配方(尤其是使用非离子乳化剂,如PEG-100硬脂酸酯、68型乳化剂、A165等)时,应遵循以下原则:

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▲表4:配方开发实操建议

总结:脂肪醇不是简单的填充料,它的微观结晶状态决定了产品的宏观命运。理解“液晶网络理论”,是配方师从“像厨师”进阶为“像化学家”的关键一步。

脂肪醇在离子型乳化剂体系中的影响

如果说非离子乳化剂是“挑剔的绅士”,那么离子型乳化剂(Ionic Emulsifiers)就是“强力的推土机”。在离子体系中,脂肪醇的命运发生了惊天逆转。

典型体系:皂基(硬脂酸钠)、硬脂酰谷氨酸钠(SSL)、阳离子季铵盐(1631/1831)等

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核心机理:静电排斥力的“暴力美学”

离子型乳化剂的头部带有强烈的电荷(正电或负电)。当它们插入脂肪醇晶格后,头部之间会产生巨大的静电排斥力(Electrostatic Repulsion)。

这就好比在层与层之间装上了“液压千斤顶”。相比于非离子体系微弱的水合力(只能撑开约100Å),离子体系的静电斥力能将水层强行撑大到 500Å 甚至更厚。

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▲离子型乳化体系的层状结构示意图

图解:注意图中标注的 ~500Å。静电斥力(图中的正负号)强行撑开了巨大的吸水空间,极少量的乳化剂就能锁住大量的水。

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纯C18醇的“逆袭”:从废柴变王者

还记得在非离子体系中被嫌弃的纯硬脂醇(C18)吗?在离子体系中,它翻身了。

能够溶胀:在巨大的静电斥力面前,纯C18晶格紧密的范德华力不足以抵抗。乳化剂能强行撬开晶格,形成凝胶网络。

高粘度与硬度:由于纯C18醇本身的晶格刚性强,一旦形成网络,往往比混合醇体系更硬、更稠。

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全景对比:一张表看懂配方底层逻辑

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离子体系配方师实战建议

虽然离子体系可以用纯C18醇,但纯C18醇由于结晶性太好,长期储存容易发生“奥斯特瓦尔德熟化”(晶体变大、变粗)。

如果做的是普通保湿霜,C16/18混合醇依然是稳定性最保险的选择,因为其混乱的晶格能抑制大晶体的生成,保证膏体细腻。