为了取悦顾客,开拓市场,所有商业性的表面活性剂配方实际上都加有一定量的香精。然而,香精是由易挥发的有机化合物组成,它能与配方中的表面活性剂或其它组份发生潜在的物理化学作用。因此这种做法并不xx,而且香精作为后添加剂与产品混合也不是{zj0}方法。配方师有必要意识到配方的物理化学性质会极大影响香精的使用,否则产品在气味方面就有可能出现问题。在家庭用洗涤剂及个人护理产品中,不加入香精几乎是不可想象的,通常配方本身以及残存在洗涤物表面的臭味会xx产品所追求的清洁和清新的印象。
香精除了要考虑它本身所具备的功能之外,还要求能够加强产品的清洁、清新以及提高市场满意度的作用。很多出版物在香精的用量作了较多的论述,而很少论述加入大量易挥发的有机化学品如香精到表面活性剂配方中会产生什么样的结果。加入到家庭及洗涤用品中的香精由20到100多种成份以各种形式组成。它们可由人工合成,也可从xx植物浸提。香精的价格和可得性决定是否选择它。通常,个人护理产品中用的香精要复杂得多,好的香精甚至含有600种组份之多。香精中最易挥发的组分一般结构比较简单,它带给人的{dy}感觉,通常称为头香,该组分易合成,且是香精中{zpy}的部分,主香是香精的主体部分,它赋予香精的综合特点,而大多数不挥发的尾香或基香在控制其持久性方面则扮演重要角色。由于尾香复杂的合成工艺以及在混合过程中棘手的技术问题而使其价格比其它组份要昂贵得多,因此,就不难理解为什么好的香精能够满足香精供应商更高的价格要求。再回到香精的处理问题上,那些粘度较高的香精,可以加热或溶于溶剂中便可以使之变得容易处理,与那些用量非常少(刺激性)的组分使用方法一样。香精须准确计量,这可以通过用它的稀释液来达到。很明显,香精溶剂是非反应型,且无气味。如:丙二醇经常同异构蜡、异丙基肉豆蔻酸酯、苄基苯甲酸酯一起使用。
1、香精内部的化学反应
香精的主要合成原料有几千种,且基本上是有机化合物。从香精的化学角度来看,它一般含有少量的醇和醛的成份。这个过程在有半缩醛存在的条件下,便很容易实现。RCH2CHO+R OH RCH2CHOH(OR )反应大多数如此,也有少量酯交换反应出现:R1COOR2+R3COOR4 R1COOR4+R3COOR2由于存在这些反应,就可以理解为什么许多香精经过一段熟化时间来调整它们的香型。在这段时间内,反应达到一个平衡,并使香精的成份增加。香精厂必须保证它的客户不被这种现象所困扰,就应该谨慎记住这个过程的存在,尤其是为了满足客户的紧急定单而新制造的香精更应该小心。香精内部的反应使配方中香精的稳定性要比单一组分(理论上的)所希望的稳定性要好。在氧气、水分和光、尤其是高温储存条件下,香精分解很快。因此,香精尽可能装满容器,并置于冷库中,除了明显的氧化反应外,如醛氧化成酸,有些成份也表现出自氧化性能如萜烯类,下面的例子表示了d-苎烯变成香芹酮的过程:基于此,采用抗氧化剂进行保护是可取的。另外一种可行措施是使之过氧化过程。{zh1},与香精一起加入的xx成分的有机化学品以及用于储存、处理香精的设备都有可能对其产生影响,如在含有邻氨基苯甲酸甲酯的配方中加入香精,其中的醛类成分就与之形成一种叫席夫碱的缩聚产物。重金属,尤其是铁离子可由多种途径产生,如锈块、甚至玻璃容器。香精中的某些成份如香草醛、异丁子香酚与铁离子紧密结合成有色络合物。重金属的出现,可以催化某些反OH〔0〕0+应,尤其是氧化反应,本文所述反应是香精应用工作者经常遇到的问题。
2、香精与配方的化学反应
醛与氨基化合物缩合成席夫碱的资料有所报道。-CHO+H2N-→-CH=N-+H2O香精中存在醛类,配方中含有氨基,以不纯形式参加反应,生成的席夫碱通常具有亮丽的色彩。那些加入香精的浅色产品一般须经过漂白处理。配方组分中含有不同程度的铁离子,与香精形成有色螯合物,但是含有不饱和油脂成分的配方的酸败和重金属催化氧化反应是最难阻止的。从某种意义上说,如果香精不经过处理,上述反应的恶臭影响将归罪于香精没有发挥作用,恶臭最坏的影响是抵消很大一部分香精以至于配方中的香精剂量不够。如果产生臭味的反应及可嗅到的臭味开始出现,真正的罪魁祸首也就暴露无遗,然后再采取相应措施。但是,由于批与批之间的臭味(含xx的配方)的严重程度不一样,而使得这个问题很难解决。因此,在生产过程中全面检查产品的气味是很重要的。这是使加香配方的内部反应以及会给产品带来臭味等因素不致扩散的{wy}办法。含香精的有机化学反应一般发生在香精之间或香精与配方组分之间,试验加香与不加香的配方便可知道这方面的信息。前面已经谈到,产品开发者由于所加活性化学品不同,对香精商提供的原料成分有很大影响,例如,氧化剂或漂白剂易使组分发生氧化,即使在固体配方,在储存、消费者手中,由于水的出现,而使许多反应变得容易发生。图1反映了配方在调整过程中香精的有效成分随pH值的变化关系。pH值从5到8这个范围香精的可选性{zd0},而在含有次氯酸钠漂白剂的液洗或酸性洗涤剂中,由于pH值在两个极端,香精原料成分只有30种可以稳定存在。
在阳离子表面活性剂配方中如织物柔软剂,由于加有双十八烷基二甲基氯化铵、酯铵等酸性物质,香精原料的选择受到了很大地限制。
3、香精与配方的物理作用
大多数香精都是亲油性的,并表现出有机溶剂的性能。首先,香精具有油状特点,这就是说它需要与之结构相似的溶剂。许多非离子表面活性剂具有使香精与水基配方互溶的特点,在很多情况下,都采用非离子来解决香精的溶解问题。实际上,即使配方中香精很有效地溶于水中,也需要沉降或吸附在诸如衣物、皮肤、头发等基质上。配方师要调整配方来看是否可以通过降低它的溶解度来帮助它沉降在被洗基质上。很明显,那些能被漂洗走的香精不是我们所需要的。谈到这里,就不得不谈一谈香精被基质吸附机理以及留香时间控制规律。由于香精与液体配方系统如玻璃清洗剂、无机酸、次氯酸钠漂白剂的物理相容性不好,往往会产生一些问题。在这种情况下,可以与香精一起加入稳定性好的非离子以避免混浊和浊点问题的出现。许多液体表面活性剂配方表现出某种结构,这种结构可能含有胶束结构,同时可能还有聚合物和交联剂等添加剂。总体来说,香精是向油相迁移,而且对含有有机添加剂的结构有溶解作用。迁移结构的结果实际上只在高浓度的表面活性剂的配方中才很明显。刚生产的香精及加香配方由于自动胶囊过程而向胶束中迁移,香味会逐渐消退,只在产品应用时用水稀释,才释放出来。图2示意了DSDMAC用于织物柔软剂中,表面活性剂形成的束状结构,香精的迁移给配方师带来真正的麻烦。当活性物重量百分比大约在9%时加入过量的香精会戏剧性地破坏胶束层,解决这个问题可以加入乳化剂,当然,这将增加配方成本,且对产品及香精的性能毫无裨益。解决这个问题的标准方法是在加入DSDMAC后约50℃胶束结构正在形成时,加入香精。当加完时,香精能够在两相之间达到一种配电平衡,这样,问题就能很好地得到解决。
含阴离子表面活性剂的配方中,从香精的迁移性能到溶剂性能的转变,配方师可观察到在加入香精过程中,其粘度降低,调整配方粘度采取加入少量电解质如:氯化钠、氯化镁。其理论根据是阳离子可以降低胶束表面相互排斥的阴电荷而使它们排列更加紧密,因此粘度便增加。在DSDMAC中加入香精,可使胶束膜发生扭转,以致烷基链相互作用,而使整个系统粘度有升高的趋势。这种影响有可能是由于香精与胶束间形成氢键桥而加剧,在含有DSDMAC和阳离子的配方中,己二醇与胶束间通常可以形成氢键桥。配方师需注意,与以阳离子为基础的配方相对照,DSDMAC分散液中加入电解质,粘度会反而降低。其主要机理是DSDMAC分散介质中加入电解质,在胶束内外产生一个渗透压差,从而水流过胶束层,引起胶束收缩,这个过程使胶束更加分散,从而使其粘度降低。如同我们研究液体配方一样,固体配方中香精也存在向多孔物质迁移的问题。许多成分都含有具备多孔或微孔的物质,故配方师应考虑到它对香精的影响。沸石和过硼酸钠的一水化合物就是传统的具备多孔结构的物质。如从含磷洗涤剂到无磷洗涤剂的转变,可明显观察到香精的“走失”,其原因就是香精中少量的易挥发的组分被吸附。此外,由于多孔性物质的多孔率降低,液体组分如非离子,香精的吸附会使浓缩洗涤剂的生产和处理越来越成问题。{zh0}的方法是通过吸附或胶囊化使之变成固体形态,而加入洗涤剂活性组分中。
4、香精设计
前面已经讲到香精由头香、主香和尾香组成,它们组合的结果可用如图3的三角形表示:
这对配方师来说估计香精在配方中起什么作用,它作为一个简单的模型具有指导作用。让我们来考虑一下某种香精用于传统的欧洲品牌洗衣粉,包装是用薄纸板来包装,且消费者打开即用,产品本身并不含有需要掩蔽的恶臭气味,洗涤温度高达85℃。这就告诉我们,如果我们所采用香精挥发性太大,在洗涤及储存过程中,可能被大量蒸发掉。此外,在包装中掩蔽挥发性的恶臭气味相对来说是个小问题。香精选型可用图3左下三角形来定性表示。与之相对照,液体洗涤剂在较低温度下使用,而且用密封玻璃瓶包装,所以在使用及储存过程中香精损失相对来说要少得多。此外,表面积与体积之比,液体产品比粉状产品要低得多,所以,液体产品组分可以允许一些有臭味的东西,且香精需具有较多的易挥发性组分,即头香成分较多。现在假设有一种我们喜欢的香精,且用于粉状产品中,假设用于液体产品更为理想,液体产品比粉状产品配方具有更趋于中性的pH值,且不含漂白成分,它溶解香精不会对其结构产生明显的影响。不幸的是,当这种香精一旦被接受,由于它挥发性组分较少,而不能很好地掩盖瓶中的臭味,就不得不考虑过量使用了。
5、嗅觉及臭味
掩蔽产品中合适的香精有其重要的商业意义,并形成其独特的风格。掩蔽臭味和中和臭味的香精的很多功能难于描述,它们对表面活性剂配方很重要。在配方研究中有一个误解,任何引发肮脏感觉的成分都可在配方中加入香精来除去,这个观点是错误的。配方师须注意观察臭味是怎样产生的。气味可刺激人的一种或两种不同的神经系统,气味的感知是靠鼻子及广泛分布于眼睛、鼻子、舌头的三叉神经来完成的,嗅觉系统基本上能够对气味的刺激作出性质的判断并对其作出反应。香精刺激主要是经过嗅觉神经来完成的。三叉神经则对冷、热、酸、甜及痛等感觉作出反应。当考虑到三叉神经刺激时,对一个配方师来说是很重要的。痛:醋酸、铵盐、二氧化硫、次氯酸钠漂白剂气味;酸:各种短链脂肪酸;热:乙醇、丙酮;冷:樟脑、桉树油、薄荷醇。从上面可以明显看出,它们对三叉神经的刺激并不一定都是不愉快的。但是,我们都知道,浓缩产品中含有这些东西总是令人不高兴的。所以,用香精嗅觉刺激来有效地掩蔽三叉神经刺激是不可能的。
图4展示了怎样对嗅觉及三叉神经刺激采取措施示意图。①低浓度刺激物不会立即产生三叉神经反应,此时假掩蔽是可行的;②低浓度时,嗅觉灵敏度对其变化很敏感,但是容易“饱和”,所以无效的香精剂量很容易改变掩蔽效果。从前面的讨论可发现,在开始掩蔽臭味之前,搞清它的种类是很重要的,这需引起足够的重视,并加强与香精供应商的联系。香精作为一种臭味掩蔽剂,它们本身具有令人愉快的气味是很重要的。其中有很多单体组分是令人反感的。通常的例子是灵猫酮和粪臭素,它们含有明显的粪便臭味组分及吲哚。在香精组分中,正是这些化学单体使人产生温暖、刺激人的欲望,甚至带来花神的光辉!臭味同香精一样,也是由非常复杂的有机化学品组成,当它们刺激三叉神经时,其浓度很低以致于在臭味中显示出伪掩蔽可能性。
从香精供应商提供的香型可知道它的产地,因为香精与之掩蔽的臭味关系密切,而且他所制造的香精中总有一个与臭味相关的“孔”来容纳它,它的味道基本上变成了香精的一部分。当处理含有臭味的配方时,它对实现具有酸性特点的臭味化学品是有帮助的。在浴室里,臭味中通常发现有低碳羧酸,而且是恶臭气味及汗水臭味的主要成分,还有酶反应的附产物。如果在这种情况下,配方作成高碱度的产品,这是会很有用的。与此原理相似,用烧碱就可中和臭味,还可以通过香精引入活性醇来形成酯类。总之,当处理香精和臭味时,记住我们是在处理有机化学品,且可能通过加入这些化学品就恰恰能克服那摸不着的所谓“气味”。