[論文レビュー] Silicone incorporation into an esterquat based fabric softener in presence of guar polymers

Evdokia K. Oikonomou, Camille Grandisson+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2021

Pickering emulsions and particle stabilization参考文献 52被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、界面活性剤を不使用とした新規な戦略を提案し、グアール系ポリマーを含むエステルキアットベースの織物軟毛剤にアミノ修飾シリコーンオイルを組み込む。エステルキアットベシクルまたはヒドロキシプロピルグアール（HP-Guar）を安定剤として用いる。シリコーンオイルは、ベシクル構造を損なわず、ナノ〜マイクロサイズの安定なドロイプを形成し、長期的に安定した配合により、ソフトネス性能が向上する。

ABSTRACT

Fabric softeners are widely used to make clothes soft and impart nice smell. Household conditioners are water-based formulations consisting of quaternary ammonium surfactants assembled in vesicles. On the other hand, formulations used for textiles finishing are typically silicone oil emulsions. Here, these technologies are combined in a novel industrial formulation which contains both surfactant vesicles and silicone oil. In particular, we insert an amino-modified silicone oil into a recently developed softener comprising vesicles of an esterquat and guar polymers. Two strategies based on the use of esterquat or guar gum as stabilizers for the silicone incorporation in the fabric softener are proposed. Dynamic light scattering (DLS), cryogenic transmission electron microscopy (cryoTEM), optical and fluorescent microscopy are applied to study the stability and the insertion of the silicone oil into the softener. It is shown that silicone oil is stabilized by the surfactant and the guar gum in nano- or micro-metric droplets. The vesicles structure and properties are not affected by the silicone oil while the formulation stability is preserved. These findings suggest that the proposed route for adding silicone oil into a topical conditioner is a promising route for multipurpose fabric softener development.

研究の動機と目的

• エステルキアットベシクルとアミノ修飾シリコーンオイルを組み合わせた多機能織物軟毛剤の開発。ソフトネスおよび性能の向上を目的とする。
• 低エステルキアット含有、グアール含有の軟毛剤配合において、水に不溶性のシリコーンオイルを安定的に組み込む課題を解決すること。
• エステルキアットベシクルまたはHP-Guarをエマルジョン化剤として用いる、2つの新規な界面活性剤不使用の安定化戦略の検討。
• シリコーンオイル添加がベシクル構造、ドロイプサイズ、および長期的配合安定性に与える影響の評価。

提案手法

• 動的光散乱（DLS）を用いて、シリコーンエマルジョンおよび最終軟毛剤配合のドロイプサイズ分布を測定した。
• 氷結透過電子顕微鏡（cryo-TEM）を用いて、ナノスケールでのベシクルおよびドロイプの形態を直接可視化した。
• 光学顕微鏡および蛍光顕微鏡を用いて、ドロイプサイズ、分布、および時間経過に伴う安定性を分析した。
• 2つの異なる戦略を検証した：(1) エステルキアット（TEQ）を分散剤として用い、事前にシリコーンオイルをエマルジョン化する方法、および (2) 最終配合に直接、HP-Guarを用いてシリコーンエマルジョンを安定化する方法。
• 軟毛剤配合は、エステルキアットを6 wt.%に低減し、陽性グアール（C-Guar）およびHP-Guarを少量添加することで、流動および構造的特性を維持した。
• 長期安定性は、5か月間にわたり視覚観察および繰り返しの光学顕微鏡観察により評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アミノ修飾シリコーンオイルは、界面活性剤を追加せず、エステルキアット/グアール系軟毛剤に効果的に安定化可能か？
• RQ2 シリコーンオイルの組み込みが、エステルキアット界面活性剤のベシクル構造やそのバイレイヤー特性に影響を与えるか？
• RQ3 安定剤としてのエステルキアットベシクルとHP-Guarのどちらが、軟毛剤マトリックス内でのシリコーンドロイプに対して優れた長期的安定性を提供するか？
• RQ4 ベシクルとシリコーンドロイプの共存が、繊維への二重モード吸着（表面および内部）を可能にし、ソフトネスの向上に寄与するか？
• RQ5 最終配合において、エステルキアットまたはHP-Guarで安定化された場合のシリコーン相のドロイプサイズ分布はどのようになるか？

主な発見

• 両戦略ともに、シリコーンオイルが50–80 nmのサブミクロン〜ナノサイズのドロイプとして効果的に安定化された。ドロイプサイズ分布はDLSおよびcryo-TEMで確認された。
• エステルキアットベシクルは、シリコーンオイルの組み込み後も構造的完全性とバイレイヤー厚さを維持しており、コアとなる軟毛剤構造に影響がないことが示された。
• HP-Guarで安定化されたシリコーンエマルジョンは優れた安定性を示し、2か月以上にわたり均一な状態を維持した。一方、TEQで安定化されたエマルジョンは25日目ごろから相分離を示し始めた。
• 最終軟毛剤配合（SOFT 1およびSOFT 2）は、少なくとも5か月間安定しており、ドロイプサイズやテクスチャーの変化は認められなかった。
• cryo-TEMにより、ベシクルとシリコーンドロイプの共存が確認され、相乗的な繊維吸着機構の可能性が示唆された。
• HP-Guarを安定剤として用いることで、別個のエマルジョン化工程が不要となり、配合プロセスが簡素化された。