本文采用质构仪和流变仪研究了化妆品中常用的4种多元醇(甘油、丁二醇、双丙甘醇、1，3-丙二醇)不同质量分数和总质量分数10%时，2个多元醇不同配比对K-卡拉胶与刺槐豆胶(质量分数比为1:1)复配凝胶的硬度和流变特性的影响，在此基础上研究了多元醇对K-卡拉胶硬度和刺槐豆胶静态黏度的影响。
研究亮点速览
①多元醇对凝胶硬度的影响：甘油对凝胶硬度提升作用弱，丁二醇、双丙甘醇和1,3-丙二醇在高含量（≥8%）时可显著增强凝胶硬度，其中双丙甘醇效果最为明显。
②复配多元醇对凝胶硬度的影响：多元醇复配具有显著协同增效作用，其中丁二醇与双丙甘醇有最强的协同增强作用。
③多元醇对刺槐豆胶黏度的影响：黏度随多元醇含量增加而提升，双丙甘醇对刺槐豆胶黏度的增强作用最强，丁二醇次之，甘油和1,3-丙二醇影响较小。
④多元醇提高凝胶热性能：加入多元醇能够普遍提高凝胶化温度和胶化温度，甘油在8%时提升作用达到最大，丁二醇和双丙甘醇在较高含量（6%-10%）时显著。
⑤复配多元醇提升耐热稳定性：甘油与双丙甘醇、甘油与1,3-丙二醇以2:8比例复配，或丁二醇与双丙甘醇复配时，有利于提升凝胶产品的耐热稳定性。
⑥多元醇对凝胶稳定性的影响：含多元醇的凝胶在常温和高低温条件下表现更稳定，随多元醇含量越高，硬度下降幅度减小，熔融化程度降低，稳定性改善越明显。
⑦多元醇影响凝胶使用肤感：丁二醇、双丙甘醇及高含量1,3-丙二醇增强凝胶韧性但降低贴肤性；甘油与低含量1,3-丙二醇有利于提升软度与贴肤性。
01
实验部分
主要试剂
①甘油，丰益油脂科技有限公司;
②丁二醇（BG），山东海科新源材料科技股份有限公司;
③双丙甘醇(DPG)，SK picglobal Co.,Ltd；
④1,3-丙二醇(PDO)，Primient Covation LLC；
⑤刺槐豆胶GENU GUM type RL-200，美国CP Kelco公司；
⑥卡拉胶BLK 1060，浙江上方生物科技有限公司；
⑦对羟基苯乙酮，德之馨香精香料(南通)有限公司；
⑧苯氧乙醇，托尔专用化学品有限公司；
⑨纯化水，实验室自制。
多元醇凝胶配方制备
固定k-卡拉胶和刺槐豆胶的质量分数为1%，配制含多元醇的质量分数分别为0(即不含多元醇)，2%，4%，6%，8%，10%共6个梯度溶液。配方表见表1。
KC-LBG复配凝胶的制备
固定KC和LBG的质量分数均为1%，含单一多元醇的凝胶按照质量分数0，2%，4%，6%，8%，10%共6个梯度制备，含2种多元醇复配的凝胶按多元醇总质量分数10%，质量比分别是2:8、4:6、6:4、8:2共4个梯度制备。配方表见表2。
02
实验结果与讨论
1
不同质量分数的多元醇对k-卡拉胶和KC-LBG凝胶硬度的影响
由图1可知，不同质量分数的甘油均会降低k-卡拉胶凝胶的硬度，其他3种多元醇在添加量≤4%时，对凝胶的硬度也是起负面作用，随着多元醇含量继续增加至10%时，对凝胶硬度开始有比较明显加强作用趋势。
由图2可知，4种多元醇对凝胶硬度的影响情况不同：
①当添加量2%时，4种多元醇对凝胶硬度的提升几乎没有明显的帮助，且除1,3-丙二醇之外，相比无添加多元醇的硬度反而稍有下降。
②甘油在2%-10%，随着浓度增加凝胶硬度没有明显变化，表明甘油对凝胶硬度提升几乎没有正向影响。
③随1,3-丙二醇质量分数增多凝胶硬度增大，当达到6%时，出现短暂下降，随后再次随质量分数增大而增强，丁二醇和双丙甘醇在2%~10%范围内随着质量分数增加，凝胶的硬度均逐渐增大，但添加相同质量百分数时，对凝胶硬度的提升作用大小为双丙甘醇略强于丁二醇。
④添加到高含量(≥8%)时，丁二醇和双丙甘醇对凝胶硬度提升作用已经大于1,3-丙二醇添加10%的作用。
2
2个多元醇不同配比对KC-LBG凝胶硬度的影响
由图3可知：①甘油与PDO、BG、DPG的复配多元醇体系随着甘油占比的增多，凝胶硬度呈逐渐下降趋势，过多添加(>6%)甘油不利于提升凝胶硬度。少量添加(2%)甘油与DPG有较好的协同增效作用。
②PDO与BG的复配体系中随着BG占比的减少，凝胶硬度呈下降趋势，但两者之间仍呈现有协同作用，两者的复配宜以BG为主，PDO为辅；
③PDO与DPG的复配体系中，当PDO添加2%，DPG添加8%时，有最强的协同作用，当PDO添加8%，DPG添加2%时，协同作用次之，但两者比例相近时并没有呈现明显协同作用；
④BG和DPG有最强的协同增强作用，尤其是当两者质量比在4:6和6:4时。
3
不同质量分数的多元醇对刺槐豆胶黏度的影响
图4是含不同质量分数多元醇的刺槐豆胶溶液的黏度曲线。可以看出，在低含量(2%)时，4种多元醇对刺槐豆胶溶液的黏度增加幅度不大，但随着质量分数增多，丁二醇和双丙甘醇对黏度影响显著增大，影响程度大小依次是双丙甘醇>丁二醇>甘油和1,3-丙二醇。
多元醇是含有多个羟基(-OH)的有机化合物，原因可能是多元醇与刺槐豆胶分子之间形成氢键等分子间作用力，对刺槐豆胶的分子结构和聚集状态产生影响；也可能是随着多元醇的加入，溶液的性质，如极性、介电常数等发生了改变，从而影响了刺槐豆胶分子在溶液中的溶解和扩散行为。
4
单一多元醇对KC-LBG凝胶流变特性的影响
图5是含单一多元醇不同质量分数的凝胶黏度-温度曲线。4种多元醇的加入均会提高凝胶化温度(Ts)和胶化温度(Tm)。
甘油的加入对Ts和Tm的提升作用较小，且当达到8%时提升作用达到最大，Ts提高6℃左右，随着添加量增多到10%时反而起反作用。
丁二醇、双丙甘醇和1,3-丙二醇添加量较低时(≤4%)对Ts和Tm的提升也不明显，当丁二醇和双丙甘醇添加量较高时(6%~10%)可将Ts提升8~14℃左右，1,3-丙二醇则需加到较高含量(8%~10%)才有相近表现。在测试浓度范围内，整体的Ts和Tm均随着这3种多元醇质量分数的增多而升高。
添加甘油/山梨醇会使构象转变和凝胶化转移到更高的温度。这是由于其介电常数较低并且与卡拉胶形成氢键的能力降低。但也不排除是因多元醇促进刺槐豆胶黏度的提升对此起到正向贡献作用。
5
多元醇复配对KC-LBG凝胶流变特性的影响
图6是总质量分数10%2个多元醇不同配比的凝胶黏度-温度曲线，Ts和Tm的提升，有利于提升凝胶产品的耐热稳定性。由图5和图6可知：
①甘油和1,3-丙二醇复配比为2:8时Ts高于其他配比，但其他配比Ts稍低于单含10%1,3-丙二醇，可知以1,3-丙二醇为主时，少量添加甘油可有效提升Ts，有正协同效应；
②甘油和丁二醇复配比为2:8~4:6时，和当甘油和丁二醇复配比为6:4至8:2时的Ts几乎一样，与单含10%丁二醇无明显区别，但比单含10%甘油的显著提高；
③甘油和双丙甘醇复配比为2:8时有明显协同作用，随着甘油占比增多，协同效应减弱。
④1,3-丙二醇和丁二醇复配比为2:8与4:6的Ts相比6:4与8:2的低5℃左右，相应的，Tm也低4~5℃。
⑤1,3-丙二醇和双丙甘醇复配比4:6和8:2时的Ts比2:8和6:4的高5~8℃；丁二醇和双丙甘醇各个复配体系的Ts介于50~54℃，均比单含丁二醇/双丙甘醇10%的Ts高5~9℃，两者有明显的正协同作用。
6
稳定性测试
3个月稳定性测试结果显示，含多元醇的常温样品硬度值相比初始(24h)样品没有明显变化，而没有添加任何多元醇的硬度值相比初始样品的则会下降约30%。
-15℃测试样品出现不同程度析水现象，没有添加多元醇和多元醇含量2%时硬度值相比初始样品会下降约50%，其他比例的硬度值下降约有10%~50%不等，析水量和硬度值总体表现为随多元醇含量增高下降幅度减小，这主要是不同多元醇的种类和含量对冰冻点影响程度不同，低温冰晶破坏凝胶。
45℃测试样品硬度值变化不大，与初始值相比增加约有3%~10%不等，熔融化程度随多元醇含量增多而减小。
50℃测试1个月硬度值增加约有5%~10%不等，熔融化程度比45℃严重。整个测试过程中耐热条件下失重率约有1.5%~3%不等，分析认为硬度有所增大主要是测试时失水导致。
7
凝胶面膜肤感评价
图7(a含不同质量分数甘油的凝胶，b含不同质量分数丁二醇的凝胶，c含不同质量分数双丙甘醇的凝胶，d含不同质量分数1,3-丙二醇的凝胶)是不同质量分数的多元醇对KC-LBG凝胶面膜使用性的影响。从图中可以看出，双丙甘醇和丁二醇以及1,3-丙二醇含量较高时对胶体的韧性有较好的作用，但贴肤性(容易下滑的程度)则随含量增加而变差，这主要是硬度因它们含量增大而增大，胶体的硬弹性能提升。甘油以及低含量的1,3-丙二醇对胶体的软度和贴肤性能方面的调节有比较好的作用。
03
结论
通过考察对比4种化妆品中常用的多元醇对KC-LBG凝胶的硬度和黏度-温度曲线的影响，结果发现：
①在提升凝胶硬度、改善凝胶化和溶胶化温度方面，多元醇复配使用比单一使用可以提供更明显的增效作用。
②在测试对比的质量分数10%以内，对增强凝胶硬度方面，甘油对凝胶硬度的增加没有明显影响，丁二醇、双丙甘醇和1,3-丙二醇在≥8%时对凝胶硬度有较明显提升；当多元醇两两复配时，甘油和双丙甘醇、1,3-丙二醇和丁二醇、1,3-丙二醇和双丙甘醇的质量比为2:8时，均有明显协同提升作用，丁二醇和双丙甘醇所有复配质量比对凝胶硬度均有明显提升作用，尤其是当两者质量比为4:6和6:4时表现最强。
③在凝胶化和溶胶化温度改善方面，相比不含多元醇，添加多元醇的配方有一定程度的提升作用，且随质量分数增多而提高；当多元醇两两复配时，甘油和双丙甘醇复配质量比为2:8，1,3-丙二醇和双丙甘醇复配质量比为4:6和8:2，以及丁二醇和双丙甘醇的所有复配质量比均有明显提升作用。
本研究为多元醇在凝胶产品的选择和应用提供了一定的参考价值，但具体机理仍需进一步研究。
来源：转载自《日用化学品科学》2025年11月第48卷第11期 P44-P50
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