[论文解读] 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 16

一句话总结

本研究提出一种新颖的无表面活性剂策略，将氨基改性的有机硅油引入基于酯基季铵盐和瓜尔胶的织物柔软剂中，使用酯基季铵盐囊泡或羟丙基瓜尔胶（HP-Guar）作为稳定剂。有机硅油形成稳定的纳米至微米级液滴，且不破坏囊泡结构，从而实现长期稳定的配方，显著提升柔软性能。

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.

研究动机与目标

• 开发一种集酯基季铵盐囊泡与氨基改性有机硅油于一体的多功能织物柔软剂，以提升柔软性与综合性能。
• 解决在低酯基季铵盐、含瓜尔胶的柔软剂配方中，将水不溶性有机硅油有效分散而不影响稳定性的挑战。
• 探索两种创新的无表面活性剂稳定策略——利用酯基季铵盐囊泡或HP-Guar作为有机硅油的乳化剂。
• 评估有机硅油添加对囊泡结构、液滴尺寸及长期配方稳定性的影响。

提出的方法

• 采用动态光散射（DLS）测定有机硅乳液及最终柔软剂配方中液滴的粒径分布。
• 冷冻透射电子显微镜（cryo-TEM）用于在纳米尺度下直接观察囊泡与液滴的形貌。
• 采用光学显微镜与荧光显微镜分析液滴的尺寸、分布及随时间的稳定性。
• 测试了两种不同策略：(1) 使用酯基季铵盐（TEQ）作为分散剂预先乳化有机硅油；(2) 在最终配方中直接使用HP-Guar稳定有机硅乳液。
• 柔软剂配方采用较低酯基季铵盐含量（6 wt.%）及少量阳离子瓜尔胶（C-Guar）和HP-Guar，以维持流变性能与结构特性。
• 通过为期5个月的视觉观察与重复光学显微镜观察，评估长期稳定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在无额外表面活性剂的条件下，氨基改性有机硅油能否在酯基季铵盐/瓜尔胶基织物柔软剂中实现有效稳定？
• RQ2 有机硅油的引入是否会破坏酯基季铵盐表面活性剂的囊泡结构或改变其双分子层特性？
• RQ3 在柔软剂基质中，酯基季铵盐囊泡与HP-Guar相比，哪种稳定剂能提供更优的有机硅液滴长期稳定性？
• RQ4 囊泡与有机硅液滴共存是否可实现纤维吸附的双模式机制（表面与内部吸附），从而提升柔软性能？
• RQ5 在最终配方中，当分别由酯基季铵盐或HP-Guar稳定时，有机硅相的液滴尺寸分布如何？

主要发现

• 在两种策略中，有机硅油均成功稳定为亚微米至纳米级液滴（50–80 nm），其粒径分布经DLS与cryo-TEM验证。
• 酯基季铵盐囊泡在引入有机硅油后仍保持其结构完整性与双分子层厚度，表明核心柔软剂结构未受破坏。
• HP-Guar稳定的有机硅乳液表现出极佳稳定性，超过2个月保持均匀；而TEQ稳定的乳液在25天后即开始分层。
• 最终柔软剂配方（SOFT 1与SOFT 2）在至少5个月内保持稳定，液滴尺寸与质地无变化。
• cryo-TEM证实囊泡与有机硅液滴共存，提示存在协同纤维吸附机制的潜在可能。
• 使用HP-Guar作为稳定剂可省去单独的乳化步骤，简化配方制备流程。