1、Polyquaternium-10 陽離子纖維素Polyquaternium-10陽離子纖維素，又稱纖維素醍季鏤鹽，是一種羥乙基纖維素與烷基三甲基氯化鏤的天然高聚物。它實(shí)際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(xié)會(CTFA)命名的聚季鏤鹽(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(jìn)行季鏤化后得到的產(chǎn)物。其合成工藝流程見圖1。它的合成路線如下式所示：陽離子纖維素的一般合成路線圖1陽離子纖維素合成工藝流程圖、PQ-10的物理性質(zhì)PQ-10 一般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，適當(dāng)

2、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。一些市售PQ-10的物理性質(zhì)見表1表1 一些市售PQ-10的物理性質(zhì)口質(zhì)JR和LR系列Celquat SC 系列 (Nation Starch)上海 高維(Ucion Carbide)JR-125JR-400JR-30MLR-400LR-30MCelqua tSC-240Celqua tSC-230 MGW-400白色至白色至白色至淡白色至白色至淡淺棕色淺棕色白色或微外觀淡黃色淡黃色黃色粉末淡黃色黃色粉末粒狀粉粒狀粉黃色粉末粉末粉末粉末末末粘度計轉(zhuǎn)子號1232312粘度計轉(zhuǎn)數(shù),.-1303030粘度30302020-/r - min-

3、Brookflied溶液濃度w/%2111LVF粘度計溫度t/ c22525252252522122121粘 度T1300-501000-2501250-22575-175300-5004001500100-600/mPa s000揮發(fā)物w/%<6.0<6.0<6.0<6.0<6.077-水分w/%-< 7水不溶物w/%< 0.5<0.7< 1.0<0.5<1.00.3-灰分（以NaCl計）w/%< 3.0<3.0< 3.0<3.0<3.0-<4.5含氮量w/%1.5-2.21.5-2.21.

4、5-2.20. 8-1 . 10. 8-1 . 12.121-2pH值（w=2%水溶液，21 C）-776-7粒度通過20目>95>95>95>95>95-通過40目>85>85>85-三、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(jìn)行稀釋，制成其混合溶劑溶液，而且，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(diào)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(diǎn)（約為pH=3.67）,在等電點(diǎn)以上，頭發(fā)帶有負(fù)電荷，帶正電荷的陽離子纖維素極

5、易被吸附在頭發(fā)上。 染色、著色實(shí)驗表明，只有陽離子纖維素烷基部分接近8-10個碳原子時才表現(xiàn)出較好的范德華力。隨著陽離子結(jié) 構(gòu)部分的相對分子量的增大，吸附作用也相對增強(qiáng)，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主要有聚 合物的分子量和溶液濃度、無機(jī)鹽的存在及頭發(fā)受損傷程度。關(guān)于陽離子纖維素分子量對分子在頭發(fā)上吸附的影響，可以通過下面的實(shí)驗數(shù)據(jù)（見圖2）得出結(jié)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，

6、 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則由于滲透受到限制，具吸附很 快達(dá)到飽和，而且陽離子纖維素比羥乙基纖維素吸附量都要大。圖2 HEC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(dāng)溶液濃度由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%增至0.1%時，JR-125的吸附量會顯著增加（見圖3）。 但是濃度增加，擴(kuò)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(fù)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

7、減少。鹽的存在也會對PQ-10的吸附產(chǎn)生影響。對于JR-125溶液，在有無機(jī)鹽存 在的情況下，其吸附量會發(fā)生很大變化（見圖 4）。雖然鹽的濃度僅為0.01M, 但是JR-125的吸附量卻減少一半以上。這可能是由于頭發(fā)上的吸附量被屏蔽（即 競爭性抑制作用），而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通常是與大多數(shù)表面活性劑進(jìn)行復(fù)配應(yīng)用，所以研究表面活性 齊岡PQ-10吸附量的影響更加有實(shí)際應(yīng)用價值。據(jù)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相互作用形成絡(luò)合物的緣

8、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(chǎn) 生沉淀。隨著陰離子表面活性劑濃度進(jìn)一步增加，又會形成第二吸附層，整個絡(luò)合物又帶有負(fù)點(diǎn)荷，同時也增加了絡(luò)合物的溶解度，絡(luò)合物又完全溶解。這種絡(luò) 合物的形成在一定程度上降低了陰離子表面活性劑對皮膚的刺激。.頁腳.圖3不同濃度JR-125溶液的吸附性圖4無機(jī)鹽對JR-125吸附性的影響PQ-10雖然對頭發(fā)有很好的吸附親和性，但是不會在頭發(fā)上過量 積聚，使頭發(fā)變硬。它只是產(chǎn)生部分吸留，在皮膚和頭發(fā)表面形成透 氣性保護(hù)膜，具有保護(hù)和修復(fù)角質(zhì)層及修補(bǔ)分叉和損壞頭發(fā)的

9、作用。 五、PQ-10的配伍性PQ-10屬于陽離子纖維素醍，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，在接近等摩爾的情況下，會產(chǎn)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(shí)際應(yīng)用中，兩者比例會更高，配伍上一般不會有問題。六、PQ-10的pH值穩(wěn)定性PQ-10在較低或較高的pH范圍內(nèi)會發(fā)生化學(xué)水解，在pH值為 48范圍內(nèi)，穩(wěn)定性比較好。七、PQ-10用途鑒于PQ-10上述的吸附調(diào)理性，它主要用作發(fā)類制品的調(diào)理劑 （如香波、護(hù)發(fā)素、摩絲和發(fā)膠等），體現(xiàn)較好的定型、梳理、光澤 和

10、抗靜電作用。同時，用于護(hù)膚品能賦予產(chǎn)品潤滑、柔軟和無油膩的 感覺。用量范圍為質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.2%-2.0%。八、PQ-10安全性經(jīng)人體皮膚敷貼實(shí)驗證明，PQ-10不會引起皮膚刺激和過敏。粉 末和質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(xì)菌，很多霉菌產(chǎn)生的纖維素酶會使其催化 降解，所以在配制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(zhì)量分?jǐn)?shù)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，而且在操作中應(yīng)避免侵入和接觸眼 睛，同時要防止粉塵吸入。十、PQ-10市售品種：聯(lián)合碳化（愛美高公司）：JR-125, JR-4

11、00, JR-30MLR-400, LR-30M國民淀粉：SC-240, SC-240C , SC-230M上海高維：GW-400說明：陽離子纖維素的產(chǎn)品系列名稱與產(chǎn)品的粘度和氮含量有關(guān)。如對于聯(lián)合碳化公司的產(chǎn)品，JR系列為高取代產(chǎn)品，LR為中級取代 產(chǎn)品，而JR-125為高取代低粘度產(chǎn)品，JR-30M為高取代高粘度產(chǎn) 品。十一、PQ-10的檢測方法(一)、灰份(以氯化鈉重量計)1、儀器(1) 100mL瓷塔埸(2)馬福爐(600 C)(3)電爐(置于通風(fēng)櫥中)(4)生埸鉗2、試劑(1)濃硫酸3、檢測步驟(1)將100mL瓷塔埸放于600 c馬福爐中，恒重至少1hc 然后放在干燥器中冷卻，稱重

12、并記錄瓷塔埸質(zhì)量 mn精確到 0.1mg ；(2)稱取0.9-1.5g樣品于恒重瓷塔埸中，記為 m2,精確到 0.1mg ;(3)接著向瓷塔埸中加入約3mL濃硫酸，然后把瓷塔埸放 在置于通風(fēng)櫥中的電熱板上。開啟電熱板，同時用地埸鉗夾住 塔埸并且不斷旋轉(zhuǎn)，使?jié)饬蛩峤櫵袠悠贰＠^續(xù)加熱電熱板， 直到形成凝膠。如果有未反應(yīng)的聚合物存在，則再加適量濃硫 酸以使其完全反應(yīng)。在操作中要注意防止樣品發(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(xiàn)還有未反應(yīng)的白色聚合物，則再加入少量濃硫酸；(5)把瓷塔垠1放入通風(fēng)櫥中的 600c馬福爐中約1h,直 到灰份變成黑色。冷卻后，灰份又

13、變成白色。若冷卻后發(fā)現(xiàn)有 黑色斑點(diǎn)，用少量濃硫酸慢慢潤濕灰份，然后再重復(fù)步驟(4);(6)將瓷塔埸從馬福爐中取出，在干燥器中冷卻至室溫(約 30min );(7)準(zhǔn)確稱量瓷塔埸質(zhì)量 m3,精確到0.1mg ；(8)計算灰份質(zhì)量百分含量：灰份() = (m3-mi) x 82.29/(m 2-m 1) x 100 mi :瓷塔埸質(zhì)量，gm2 ：瓷塔埸和樣品總質(zhì)量，gm3 ：瓷塔埸和反應(yīng)后樣品的總質(zhì)量，g(二)、粒度1、儀器(1)(過篩)搖擺器(2) 20、40、80、200和325目標(biāo)準(zhǔn)篩(帶底盤和蓋子)(3)軟毛刷2、注意事項(1)操作中要輕拿輕放標(biāo)準(zhǔn)篩，使用和保存過程中要防止損壞篩網(wǎng)；(2)

14、每次分析完畢后，要用軟毛刷徹底清潔標(biāo)準(zhǔn)篩，周期 性地用溫和的肥皂水清洗標(biāo)準(zhǔn)篩，并觀察篩網(wǎng)有無掛破和撕破， 否則需要更換。3、檢測步驟(1)稱量每個篩子和底盤重量，計作 mi和m2,精確到0.1mg ；(2)將稱重后的篩子從上到下按數(shù)字增長順序安裝好，底 盤置于底部；(3)稱量100g樣品于蓋子上，記錄重量 m3,精確到0.1mg ；(4)用標(biāo)準(zhǔn)篩把蓋子蓋上，翻轉(zhuǎn)，然后放到標(biāo)準(zhǔn)篩搖擺器上，擺動10min ;(5)取出標(biāo)準(zhǔn)篩和底盤，準(zhǔn)確稱量質(zhì)量，計作 m4 ,精確 到 0.1mg ;(6)計算底盤和標(biāo)準(zhǔn)篩上殘余樣品質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：未過篩(%) =m 4- (m1+m2)/m 3 x 100mi :所有

15、篩子質(zhì)量，gm2 :底盤質(zhì)量，gm3 :樣品質(zhì)量，gm4 :底盤和標(biāo)準(zhǔn)篩及殘余物總質(zhì)量，g說明：對于20目標(biāo)準(zhǔn)篩，過篩率=100%-未過篩率。而對于其它 標(biāo)準(zhǔn)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 C恒溫烘箱(3)帶活栓塞的干燥器2、注意事項(1)實(shí)驗中所有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(jìn)行冷卻干燥。3、測量步驟(1)在分析天平上稱量鋁桶和蓋子總質(zhì)量 m 1,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。為了防止吸潮，這一操作要快速完成；(3)緊接著把鋁

16、桶和蓋子放入 105-110 C恒溫烘箱中，恒溫至少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，要求先開栓塞，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(zhì)量百分含量 w:w(%尸1-(m 3-m 1)/(m 2-m 1) x 100w :樣品揮發(fā)物質(zhì)量百分含量，%m1 :干燥鋁桶和蓋子總質(zhì)量，gm2 :鋁桶、蓋子和樣品烘干前總質(zhì)量，gm3 ：烘干后鋁桶、蓋子和樣品總質(zhì)量，g(四)、粘度1、儀器(1) Brookfield LVF 型粘度計(2) 調(diào)速攪拌器(3) 葉輪攪拌槳(4) 400mL 燒杯(5)

17、 25 c恒溫水浴(6)電吹風(fēng)2、粘度計的校正以置于25 c恒溫水浴的特定粘度油校正粘度計。3、檢測步驟(1)檢測揮發(fā)物百分率N;(2)稱量燒杯和攪拌槳質(zhì)量，分別記作 m1和m2,精確到 0.01g ;(3)按下表稱量一定質(zhì)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(zhì)量范圍樣品溶液濃度(w/% )樣品質(zhì)量(g)JR-1252.07.0JR-4002.07.0JR-30M1.03.5(4)由未干燥的樣品質(zhì)量計算最終溶液總質(zhì)量:G=m 3x N/wG :水和樣品總質(zhì)量，g(5)加入pH值為6.8-7.2的去離子水(G-m 3)g與燒杯中, 精確到0.01g。同時用葉輪作攪

18、拌棒，連續(xù)攪拌，以防止出 現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。(6)立刻把攪拌棒連接到攪拌器上，并且以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)數(shù) 進(jìn)行攪拌，使聚合物充分溶解。同時，在操作中要防止發(fā)生 飛濺；(7)用電吹風(fēng)加熱燒杯，使溶液保持 40 c溫度。溶液變 稠的過程中，為防止攪泡，攪拌槳應(yīng)置于液面下；(8)繼續(xù)攪拌至少50min ;(9)停止攪拌，移走溶液、攪拌器和燒杯，并且稱量其總質(zhì)量。如果總質(zhì)量小于(G+m 1+m 2) g,則加入去離子水 到總質(zhì)量為(G+m 1+m 2) 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(zhì)量(G+m 1+m 2) g,則繼續(xù)加入去離子水，并重復(fù)攪拌10mi

19、n ;(12)然后把燒杯(帶攪拌槳)置于 25 c恒溫水浴中 30min ;(13)在25 c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(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)速，同時需要讀 取三個數(shù)據(jù)：轉(zhuǎn)子號、轉(zhuǎn)速和粘度計讀數(shù)。在讀取讀數(shù)以前 要使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動1min ,使粘度計讀數(shù)穩(wěn)定后再進(jìn)行讀數(shù)，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(zhuǎn)子軸最細(xì)部位的中點(diǎn)，而且千萬注意不要弄彎轉(zhuǎn)子軸。 下表是Brookfield粘度計測量JR型聚合物的參數(shù)表； 表3 Brookfield粘度計測量JR型聚合物的參數(shù)表樣品溶液濃度(w/% )轉(zhuǎn)

20、子號轉(zhuǎn)數(shù)系數(shù)JR-12521302JR-400223010JR-30M133040(15)計算溶液粘度:刀=M X Nri :溶液粘度，mPa sM :粘度計讀數(shù)，mPa sN :測量系數(shù)(五)、水不溶物1、儀器.頁腳.(1) IEC BE50型離心機(jī)(2) 250mL硼硅圓錐帶蓋(塑料)玻璃杯(3) 110 c溫度計(4) 調(diào)速帶式攪拌器(5) 85 c恒溫水浴(6) 多孔玻璃過濾器(7) 110c 烘箱(8) 帶活栓塞干燥器(9) 計時器2、試劑(10) 酮(11) 事項(1)離心機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)不可超過 3000rpm ;(2)實(shí)驗過程中，離心機(jī)要加蓋；(3)測量時離心機(jī)中的杯子要平衡；(4)離心

21、機(jī)完全停止后才能打開蓋子，取出杯子；(5)保持離心機(jī)和設(shè)備的清潔。4、測量步驟(1)把多孔玻璃過濾器放在110 c烘箱中，至少30min。然后在干燥器中進(jìn)行冷卻；(2)開啟85 c恒溫水浴，加熱500mL去離子水到80-85 C ;(3)按下表稱量一定質(zhì)量的樣品于離心杯中，記作 m1，精確到 0.01g ;表4 樣品稱量質(zhì)量范圍樣品范圍(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 C的去離子水到離杯口半英寸；(6)安裝攪拌器，并且調(diào)整轉(zhuǎn)速，在不造成飛濺的情況下作充分?jǐn)嚢瑁?7)連續(xù)攪拌溶液1h;(8)從水浴中取出離心杯，按

22、離心機(jī)說明平衡離心杯，在2900rpm 下離心 30min ;(9)離心機(jī)完全停止后，取出離心杯。在確保無固體物倒出的情況下，盡可能小心倒出上層清夜。再向離心杯中加入 200mL去離子水，并放回水浴中，開啟攪拌。在攪拌的同時向離心杯中加入熱去離子水，直到液面接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(jī)中，平衡后再離心 30min ;(11)重復(fù)步驟(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(zhì)量m2 ,精確到0.0001g ;(14)把離心杯中殘余物倒在過濾器中，并用

23、丙酮沖洗數(shù)次離心杯，洗液也倒入過濾器中；(15)把過濾器放入110 c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(zhì)量m3,精確到0.0001g ;(17)計算水不溶物w:w (%) = (m3-m2) /m1X100w：樣品水不溶物，gm1：樣品質(zhì)量，gm2 :干燥過濾器質(zhì)量，gm3 ：過濾器和水不溶物總質(zhì)量，g十二、關(guān)于PQ-4的性質(zhì)和應(yīng)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 化鏤共聚物。(一)、PQ-4的物理性質(zhì)PQ-4為淡黃色顆粒狀粉末，在水中能輕易地擴(kuò)散和迅速溶解， 加熱和攪拌可加快溶解速度。一些市售PQ-4商品的物理性質(zhì)見表5 (

24、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，也可 以把聚合物加至水醇混合物中進(jìn)行溶解。表5 市售PQ-4的物理性質(zhì)性質(zhì)Celquate H-100Celquate L-200外觀淡黃色顆粒狀 粉末淡黃色顆粒狀 粉末粘度計轉(zhuǎn)子號22粘度粘度計轉(zhuǎn)數(shù)/r , min-1Brookflied溶液濃度w/%22LVF粘度計溫度t/ C2121粘度4/mPa - s約600約100不揮發(fā)物w/%9393含氮量w/%12灰分w/%33堆積密度/g mL-10.480.48pH值（w=2%水溶液，21 C）77（三）、PQ-4的吸附親和性PQ-4是一種對頭發(fā)和皮膚具有良好親和性的陽離子聚合物。據(jù) 報道，其親和性大于PQ-10和瓜爾膠。（四）、PQ-4配伍性PQ-4能與一些常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(zhì)及濃度有 關(guān)。Celquate H-100 和Celquate L-200 與一些表面活性劑的配伍 范圍見表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(hù)發(fā)素和摩絲等發(fā)類產(chǎn)品的優(yōu)良調(diào)理劑、成膜劑和增稠劑。它 能賦予頭發(fā)很好的定型性、