Polyquaternium-10陽離子纖維素Polyquaternium-10陽離子纖維素，又稱纖維素醚季銨鹽，是一種羥乙基纖維素與烷基三甲基氯化銨的天然高聚物。它事實上是一種陽離子表面活性劑，屬于美國化妝品盥洗用品和香料協會（CTFA）命名的聚季銨鹽（Polyquaternium）類，簡稱為PQ-10。一、PQ-10的合成PQ-10是由纖維素及其衍生物進行季銨化后得到的產物。其合成工藝流程見圖1。它的合成路線以下式所示：陽離子纖維素的普通合成路線圖1陽離子纖維素合成工藝流程圖二、PQ-10的物理性質PQ-10普通為白色或淡黃色可自由流動的粉末，易分散溶于水或與水混溶的溶劑混合物中，適宜攪拌可形成無色或淡黃色的均勻溶液。溫水和高剪切都有助于溶解。某些市售PQ-10的物理性質見表1。表1某些市售PQ-10的物理性質性質JR和LR系列（UcionCarbide）CelquatSC系列(NationStarch)上海高維JR-125JR-400JR-30MLR-400LR-30MCelquatSC-240CelquatSC-230MGW-400外觀白色至淡黃色粉末白色至淡黃色粉末白色至淡黃色粉末白色至淡黃色粉末白色至淡黃色粉末淺棕色粒狀粉末淺棕色粒狀粉末白色或微黃色粉末粘度BrookfliedLVF粘度計粘度計轉子號粘度計轉數/r·min-1溶液濃度w/%溫度t/℃粘度η/mPa·s130-22575-175230-225300-500330-1251000-2500230-225300-500330-1251250-2250120-221400220-1211500---221100-600揮發(fā)物w/%水分w/%水不溶物w/%灰分（以NaCl計）w/%含氮量w/%pH值(w=2%水溶液，21℃)≤6.0-≤0.5≤3.01.5-2.2-≤6.0-≤0.7≤3.01.5-2.2-≤6.0-≤1.0≤3.01.5-2.2-≤6.0-≤0.5≤3.00．8-1．1-≤6.0-≤1.0≤3.00．8-1．1-7-0.3-2.177---27-≤7-≤4.51-26-7粒度通過20目通過40目≥95≥85≥95≥85≥95≥85≥95-≥95-------三、PQ-10的溶解性PQ-10不溶于乙醇和異丙醇，但它的水溶液可用這些醇進行稀釋，制成其混合溶劑溶液，并且，它的水溶液對醇的容忍度隨聚合物的濃度變化而變化。四、PQ-10吸附親和性PQ-10是發(fā)類化妝品調理劑中較重要的一類陽離子聚合物，它對人類頭發(fā)有較好的吸附親和性。頭發(fā)有低的等電點（約為pH=3.67），在等電點以上，頭發(fā)帶有負電荷，帶正電荷的陽離子纖維素極易被吸附在頭發(fā)上。染色、著色實驗表明，只有陽離子纖維素烷基部分靠近8-10個碳原子時才體現出較好的范德華力。隨著陽離子構造部分的相對分子量的增大，吸附作用也相對增強，親合作用更加突出。對陽離子纖維素在頭發(fā)角蛋白上的吸附有影響的因素重要有聚合物的分子量和溶液濃度、無機鹽的存在及頭發(fā)受損傷程度。有關陽離子纖維素分子量對分子在頭發(fā)上吸附的影響，能夠通過下面的實驗數據（見圖2）得出結論。通過對市售三種不同粘度等級的JR型陽離子聚合物JR-125、JR-400、JR-30M（相對分子量分別為250000，400000，600000）和羥乙基纖維素（HEC）溶液在漂白過的頭發(fā)上的吸附表明，最低分子量的JR-125吸附最快，程度也最大，而高分子量的JR-30M則由于滲入受到限制，其吸附很快達成飽和，并且陽離子纖維素比羥乙基纖維素吸附量都要大。圖2HEC和不同等級JR聚合物的吸附性聚合物的濃度增加時，其吸附量也會發(fā)生變化。例如，對于JR-125，當溶液濃度由質量分數為0.01%增至0.1%時，JR-125的吸附量會明顯增加（見圖3）。但是濃度增加，擴散速度會減慢。不同pH值時，PQ-10的吸附量也會發(fā)生變化，其中pH=7時吸附量最大。在酸性溶液中，由于氫離子的存在，減少了頭發(fā)表面負電荷，其吸附量較低。同時，溶液pH值較高時，由于PQ-10的穩(wěn)定性變差，吸附量也相對減少。鹽的存在也會對PQ-10的吸附產生影響。對于JR-125溶液，在有無機鹽存在的狀況下，其吸附量會發(fā)生很大變化（見圖4）。即使鹽的濃度僅為0.01M，但是JR-125的吸附量卻減少二分之一以上。這可能是由于頭發(fā)上的吸附量被屏蔽（即競爭性克制作用），并且隨著陽離子帶電量的增加，吸附量減少的幅度也越大。由于PQ-10普通是與大多數表面活性劑進行復配應用，因此研究表面活性劑對PQ-10吸附量的影響更加有實際應用價值。據報道，陰離子表面活性劑和陽離子表面活性劑對陽離子纖維素的吸附影響最大，兩性表面活性劑次之，非離子表面活性劑最小。分析可能是陰離子表面活性劑與PQ-10互相作用形成絡合物的緣故。隨著陰離子表面活性劑濃度的增加，它首先吸附在PQ-10表面，形成第一吸附層，中和了PQ-10的正電荷，其溶解度也可能減少，甚至有時會產生沉淀。隨著陰離子表面活性劑濃度進一步增加，又會形成第二吸附層，整個絡合物又帶有負點荷，同時也增加了絡合物的溶解度，絡合物又完全溶解。這種絡合物的形成在一定程度上減少了陰離子表面活性劑對皮膚的刺激。圖3不同濃度JR-125溶液的吸附性圖4無機鹽對JR-125吸附性的影響PQ-10即使對頭發(fā)有較好的吸附親和性，但是不會在頭發(fā)上過量積聚，使頭發(fā)變硬。它只是產生部分吸留，在皮膚和頭發(fā)表面形成透氣性保護膜，含有保護和修復角質層及修補分叉和損壞頭發(fā)的作用。五、PQ-10的配伍性PQ-10屬于陽離子纖維素醚，不能與陰離子水溶性聚合物配伍，可與羥乙基纖維素（HEC）和羥丙基纖維素（HPC）配伍。與陰離子表面活性劑配伍時，在靠近等摩爾的狀況下，會產生沉淀，在濃度較低或陰離子表面活性劑與PQ-10含量比為5∶1時，可制得透明溶液。在實際應用中，兩者比例會更高，配伍上普通不會有問題。六、PQ-10的pH值穩(wěn)定性PQ-10在較低或較高的pH范疇內會發(fā)生化學水解，在pH值為4—8范疇內，穩(wěn)定性比較好。七、PQ-10用途鑒于PQ-10上述的吸附調理性，它重要用作發(fā)類制品的調理劑（如香波、護發(fā)素、摩絲和發(fā)膠等），體現較好的定型、梳理、光澤和抗靜電作用。同時，用于護膚品能賦予產品潤滑、柔軟和無油膩的感覺。用量范疇為質量分數0.2%-2.0%。八、PQ-10安全性經人體皮膚敷貼實驗證明，PQ-10不會引發(fā)皮膚刺激和過敏。粉末和質量分數為2%-5%的溶液對眼睛無刺激。九、PQ-10儲存PQ-10水溶液會滋生細菌，諸多霉菌產生的纖維素酶會使其催化降解，因此在配制PQ-10溶液時，需要良好的衛(wèi)生條件和添加適量的防腐劑。含有質量分數2%-10%的乙醇和丙二醇的體系是穩(wěn)定的。粉狀原料在不使用時要密封保存，并且在操作中應避免侵入和接觸眼睛，同時要避免粉塵吸入。十、PQ-10市售品種：聯合碳化（愛美高公司）：JR-125，JR-400，JR-30MLR-400,LR-30M國民淀粉：SC-240，SC-240C，SC-230M上海高維：GW-400闡明：陽離子纖維素的產品系列名稱與產品的粘度和氮含量有關。如對于聯合碳化公司的產品，JR系列為高取代產品，LR為中級取代產品，而JR-125為高取代低粘度產品，JR-30M為高取代高粘度產品。十一、PQ-10的檢測辦法（一）、灰份(以氯化鈉重量計)1、儀器（1）100mL瓷坩堝（2）馬福爐（600℃）（3）電爐（置于通風櫥中）（4）坩堝鉗2、試劑（1）濃硫酸3、檢測環(huán)節(jié)（1）將100mL瓷坩堝放于600℃馬福爐中，恒重最少1h。然后放在干燥器中冷卻，稱重并統(tǒng)計瓷坩堝質量m1，精確到0.1mg；（2）稱取0.9-1.5g樣品于恒重瓷坩堝中，記為m2，精確到0.1mg；（3）接著向瓷坩堝中加入約3mL濃硫酸，然后把瓷坩堝放在置于通風櫥中的電熱板上。啟動電熱板，同時用坩堝鉗夾住坩堝并且不停旋轉，使?jié)饬蛩峤櫲繕悠?。繼續(xù)加熱電熱板，直到形成凝膠。如果有未反映的聚合物存在，則再加適量濃硫酸以使其完全反映。在操作中要注意避免樣品發(fā)生飛濺；（4）繼續(xù)慢慢加熱電熱板約45min，直到樣品不再冒煙。如果發(fā)現尚有未反映的白色聚合物，則再加入少量濃硫酸；（5）把瓷坩堝放入通風櫥中的600℃馬福爐中約1h，直到灰份變成黑色。冷卻后，灰份又變成白色。若冷卻后發(fā)現有黑色斑點，用少量濃硫酸慢慢潤濕灰份，然后再重復環(huán)節(jié)(4)；（6）將瓷坩堝從馬福爐中取出，在干燥器中冷卻至室溫（約30min）；（7）精確稱量瓷坩堝質量m3，精確到0.1mg；（8）計算灰份質量百分含量：灰份（%）={[（m3-m1）×82.29]/(m2-m1)}×100m1:瓷坩堝質量，gm2:瓷坩堝和樣品總質量，gm3：瓷坩堝和反映后樣品的總質量，g（二）、粒度1、儀器（1）（過篩）搖晃器（2）20、40、80、200和325目的準篩（帶底盤和蓋子）（3）軟毛刷2、注意事項（1）操作中要輕拿輕放原則篩，使用和保存過程中要避免損壞篩網；（2）每次分析完畢后，要用軟毛刷徹底清潔原則篩，周期性地用溫和的肥皂水清洗原則篩，并觀察篩網有無掛破和撕破，否則需要更換。3、檢測環(huán)節(jié)（1）稱量每個篩子和底盤重量，計作m1和m2，精確到0.1mg；（2）將稱重后的篩子從上到下按數字增加次序安裝好，底盤置于底部；（3）稱量100g樣品于蓋子上，統(tǒng)計重量m3，精確到0.1mg；（4）用原則篩把蓋子蓋上，翻轉，然后放到原則篩搖晃器上，擺動10min；（5）取出原則篩和底盤，精確稱量質量，計作m4，精確到0.1mg；（6）計算底盤和原則篩上殘存樣品質量百分數：未過篩（%）={[m4-（m1+m2）]/m3}×100m1:全部篩子質量，gm2：底盤質量，gm3：樣品質量，gm4：底盤和原則篩及殘存物總質量，g闡明：對于20目的準篩，過篩率=100%-未過篩率。而對于其它原則篩，則需加上前面的未過篩率，然后再計算。（三）、揮發(fā)物1、儀器（1）帶蓋鋁桶（2）105-110℃恒溫烘箱（3）帶活栓塞的干燥器2、注意事項（1）實驗中全部鋁桶和蓋子都要放在烘箱中保持干燥；（2）鋁桶和蓋子要在干燥器中進行冷卻干燥。3、測量環(huán)節(jié)（1）在分析天平上稱量鋁桶和蓋子總質量m1，精確到0.1mg；（2）加約5g樣品于干燥鋁桶（帶蓋）中，并稱其重量m2，精確到0.1mg。為了避免吸潮，這一操作要快速完畢；（3）緊接著把鋁桶和蓋子放入105-110℃恒溫烘箱中，恒溫最少1h；（4）從烘箱取出鋁桶，并用蓋子蓋好，然后在干燥器中干燥5-10min。為避免弄散樣品，規(guī)定先開栓塞，然后再取桶；（5）重新稱量鋁桶和蓋子，記作m3，精確到0.1mg；（6）計算揮發(fā)物質量百分含量w：w(%)={1-[(m3-m1)/(m2-m1)]}×100w：樣品揮發(fā)物質量百分含量，%m1：干燥鋁桶和蓋子總質量，gm2：鋁桶、蓋子和樣品烘干前總質量，gm3：烘干后鋁桶、蓋子和樣品總質量，g（四）、粘度1、儀器（1）BrookfieldLVF型粘度計（2）調速攪拌器（3）葉輪攪拌槳（4）400mL燒杯（5）25℃恒溫水?。?）電吹風2、粘度計的校正以置于25℃恒溫水浴的特定粘度油校正粘度計。3、檢測環(huán)節(jié)（1）檢測揮發(fā)物百分率N；（2）稱量燒杯和攪拌槳質量，分別記作m1和m2，精確到0.01g；（3）按下表稱量一定質量未干燥的樣品于燒杯中，記作m3,精確到0.01g；表2樣品稱量質量范疇樣品溶液濃度（w/%）樣品質量（g）JR-1252.07.0JR-4002.07.0JR-30M1.03.5（4）由未干燥的樣品質量計算最后溶液總質量：G=m3×N/wG：水和樣品總質量，g（5）加入pH值為6.8-7.2的去離子水(G-m3)g與燒杯中，精確到0.01g。同時用葉輪作攪拌棒，持續(xù)攪拌，以避免出現結塊現象。（6）立刻把攪拌棒連接到攪拌器上，并且以適宜的轉數進行攪拌，使聚合物充足溶解。同時，在操作中要避免發(fā)生飛濺；（7）用電吹風加熱燒杯，使溶液保持40℃溫度。溶液變稠的過程中，為避免攪泡，攪拌槳應置于液面下；（8）繼續(xù)攪拌最少50min；（9）停止攪拌，移走溶液、攪拌器和燒杯，并且稱量其總質量。如果總質量不大于（G+m1+m2）g，則加入去離子水到總質量為（G+m1+m2）g；（10）繼續(xù)攪拌10min；（11）停止攪拌，再次稱量溶液、攪拌器和燒杯，如果還不到總質量（G+m1+m2）g，則繼續(xù)加入去離子水，并重復攪拌10min；（12）然后把燒杯（帶攪拌槳）置于25℃恒溫水浴中30min；（13）在25℃恒溫水浴中攪拌3min；（14）用Brookfield粘度計測定溶液粘度。用粘度計測量溶液粘度必須特別注意粘度計的轉子和轉速，同時需要讀取三個數據：轉子號、轉速和粘度計讀數。在讀取讀數以前要使轉子轉動1min，使粘度計讀數穩(wěn)定后再進行讀數，這在一定程度上會影響到被測物的粘度。測量時一定要使液面浸沒轉子軸最細部位的中點，并且千萬注意不要弄彎轉子軸。下表是Brookfield粘度計測量JR型聚合物的參數表；表3Brookfield粘度計測量JR型聚合物的參數表樣品溶液濃度（w/%）轉子號轉數系數JR-12521302JR-400223010JR-30M133040（15）計算溶液粘度：η=M×Nη：溶液粘度，mPa·sM:粘度計讀數，mPa·sN：測量系數（五）、水不溶物1、儀器（1）IECBE50型離心機（2）250mL硼硅圓錐帶蓋（塑料）玻璃杯（3）110℃溫度計（4）調速帶式攪拌器（5）85℃恒溫水浴（6）多孔玻璃過濾器（7）110℃烘箱（8）帶活栓塞干燥器（9）計時器2、試劑（1）丙酮3、注意事項（1）離心機轉數不可超出3000rpm；（2）實驗過程中，離心機要加蓋；（3）測量時離心機中的杯子要平衡；（4）離心機完全停止后才干打開蓋子，取出杯子；（5）保持離心機和設備的清潔。4、測量環(huán)節(jié)（1）把多孔玻璃過濾器放在110℃烘箱中，最少30min。然后在干燥器中進行冷卻；（2）啟動85℃恒溫水浴，加熱500mL去離子水到80-85℃；（3）按下表稱量一定質量的樣品于離心杯中，記作m1，精確到0.01g；表4樣品稱量質量范疇樣品范疇（g）JR-125，JR-4002JR-30M1（4）把稱量后的離心杯放在水浴中；（5）在離心杯中加入80-85℃的去離子水到離杯口半英寸；（6）安裝攪拌器，并且調節(jié)轉速，在不造成飛濺的狀況下作充足攪拌；（7）持續(xù)攪拌溶液1h；（8）從水浴中取出離心杯，按離心機闡明平衡離心杯，在2900rpm下離心30min；（9）離心機完全停止后，取出離心杯。在確保無固體物倒出的狀況下，盡量小心倒出上層清夜。再向離心杯中加入200mL去離子水，并放回水浴中，啟動攪拌。在攪拌的同時向離心杯中加入熱去離子水，直到液面靠近杯口但不至于溢出。繼續(xù)攪拌30min；（10）重新把離心杯放回離心機中，平衡后再離心30min；（11）重復環(huán)節(jié)（9）和（10）；（12）小心倒出上層清夜，然后向離心杯中加入半杯丙酮，用攪拌器在室溫下攪拌50min；（13）稱量干燥器中多孔玻璃過濾器質量m2，精確到0.0001g；（14）把離心杯中殘存物倒在過濾器中，并用丙酮沖洗多次離心杯，洗液也倒入過濾器中；（15）把過濾器放入110℃烘箱中30min或直到恒重；（16）在干燥器中冷卻過濾器至室溫。稱量過濾器質量m3，精確到0.0001g；（17）計算水不溶物w：w（%）=[（m3-m2）/m1]×100w:樣品水不溶物，gm1:樣品質量，gm2：干燥過濾器質量，gm3：過濾器和水不溶物總質量，g十二、有關PQ-4的性質和應用PQ-4也屬于陽離子纖維素，是羥乙基纖維素與二烷基二甲基氯化銨共聚物。（一）、PQ-4的物理性質PQ-4為淡黃色顆粒狀粉末，在水中能容易地擴散和快速溶解，加熱和攪拌可加緊溶解速度。某些市售PQ-4商品的物理性質見表5。（二）、PQ-4的溶解性PQ-4不溶于乙醇和異丙醇，但其溶液可用這些醇來稀釋，也能夠把聚合物加至水醇混合物中進行溶解。表5市售PQ-4的物理性質性質CelquateH-100CelquateL-200外觀淡黃色顆粒狀粉末淡黃色顆粒狀粉末粘度BrookfliedLVF粘度計粘度計轉子號粘度計轉數/r·min-1溶液濃度w/%溫度t/℃粘度η/mPa·s2221約6002221約100不揮發(fā)物w/%含氮量w/%灰分w/%堆積密度/g·mL-1pH值（w=2%水溶液，21℃）93130.48793230.487（三）、PQ-4的吸附親和性PQ-4是一種對頭發(fā)和皮膚含有良好親和性的陽離子聚合物。據報道，其親和性不不大于PQ-10和瓜爾膠。（四）、PQ-4配伍性PQ-4能與某些慣用的陰離子表面活性劑和兩性表面活性劑配伍。其配伍性與表面活性劑的選擇和濃度、PQ-4本身性質及濃度有關。CelquateH-100和CelquateL-200與某些表面活性劑的配伍范疇見表6。（五）、PQ-4的用途由于PQ-4對頭發(fā)和皮膚表面有較好的親和作用，故可用作香波、發(fā)膠、護發(fā)素和摩絲等發(fā)類產品的優(yōu)良