林镇孟 洪永顺 黄壮安

摘 要： 介绍纤维素及微晶纤维素的来源结构等特性，以及在化妆品中应用的种类。纤维素/微晶纤维素粒子取代塑料粒子的合适选择、天然木材纤维类磨料在牙膏中的应用、微晶纤维素柔粉的应用。

关键词： 纤维素；微晶纤维素；摩擦剂

0前言

纤维素是植物细胞壁的主要成分，是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合物，每年由光合作用可产生几千亿吨，是自然界中最丰富的绿色可再生的有机资源。现如今纤维素及其衍生产品被视为最理想的绿色环保材料，纤维素原料主要来源于木材、棉花、麻类植物、竹秆、草秆、甘蔗渣等，在德国已有企业对木材纤维素进行精细化加工，并同时对木材产区的开采、种植、管理进行标准化的规定，从而形成企业的良性发展与社会责任相结合的可持续发展之路，下图为光合作用合成纤维素简易图。

结构：纤维素为长链线型高分子化合物，它的结构单元是吡喃环D-葡萄糖，相互间以β-1，4糖苷键连接，分子式为（C6H10O5）n，聚合度n大多在几百之一万之间，通过X射线衍射研究发现纤维素大分子的聚集体中包括结晶区和无定型区，结晶区部分分子排列的比较整齐、有规则，晶胞结构为单斜晶胞模型；无定型区的分子排列不整齐、较疏松，因而密度较低，从结晶区到无定型区是逐步过渡的，无明显界限。结构图如下：

由于组成纤维素大分子的每个葡萄糖基环均具有3个醇羟基，从而使纤维素有可能发生各种酯、醚化反应，通过这些反应能够生成许多有价值的纤维素衍生物，有如羟丙基甲基纤维素，羟乙基纤维素，羧甲基纤维素钠等，这些纤维素衍生物在各行各业中都广泛应用。

粉状纤维素在美国、欧洲及日本药典均有收载，其制法如下：

将植物材料纤维浆，用17.5%NaOH （或24%KOH）溶液在20℃处理，不溶解的部分为α-纤 维素，用转鼓式干燥器制成片状，再经机械粉碎即得。粉状纤维素的聚合度约为500，分子量约为2.43*10？。

性质：粉状纤维素呈白色，无臭，无味，具有纤维素的通性，不同細度的粉末的流动性和堆积密度不一，其大小从10-1000um不等，或呈棒状，或呈粒状。在相对湿度为60%时，平衡吸湿量大都在10%以下，常温下，纤维素既不溶于水，也不溶于一般的有机溶剂，如酒精、乙醚、丙酮、苯等，因此在常温下，它是比较稳定的。

微晶纤维素是天然纤维素经稀酸水解至极限聚合度（ LOOP） 的可自由流动的极细微的短棒状或粉末状多孔状颗粒，颜色为白色或近白色， 无臭、无味， 极限聚合度（ LODP） 在10～ 200； 不具纤维性而流动性极强，不溶于水、稀酸、有机溶剂和油脂。

微晶纤维素的配制方法为：用稀无机酸溶液将α-纤维素在105℃煮沸，去无定型部分，过滤，用水洗及氨水洗，余下的结晶部分，经剧烈搅拌分散，喷雾干燥形成多孔粉末。

应用：通过工艺，可以将纤维素系列产品分为以下两类，分别为：纤维素/微晶纤维素类磨砂（按摩）类颗粒和微晶纤维素柔粉。

1、 纤维素/微晶纤维素类磨砂（按摩）类颗粒

1.1 近年来随着环境的恶化以及人们环保意识的逐步提高，越来越多的国家已经意识到PE、PP之类合成的塑料粒子对环境特别是海洋生态造成严重的影响，由于合成塑料粒子不易生物降解，其降解周期长达几十年甚至上百年，不断的塑料粒子堆积已经严重污染了环境：据美媒体报道，如今五大湖区内沉有数千万塑料微珠。不仅如此，在密歇根湖，纽约港、洛杉矶湖、太平洋内均有大量塑料微珠聚集。科学家表示，有毒塑料微珠被鱼类、贝类等海洋生物食用后，将经由食物链返回至人类，对人类的健康构成威胁。《科学美国人》杂志2014年10月29日报道：塑料微粒已经污染中国的海盐，每磅（约454g）海盐检出了1200多颗塑料微粒；华盛顿邮报引用的研究预测，2050年，海洋中的塑料总量将超过鱼类总量。面对日趋严峻的塑料垃圾的威胁，越来越多的国家和机构纷纷加入保护地球环境的行列中：2015年12月初，美国众议院通过一项提案：从2017年7月1日起，肥皂、牙膏以及其他身体护理用品中禁止添加塑料微粒；12月20日美国参议院通过此项提案，12月28日奥巴马签署该项禁塑法案。2016年9月29日，韩国发布“化妆品安全指标规定”，从2017年7月开始禁止化妆品生产中使用塑料微球。

2016年11月4日，加拿大联邦政府公布将全面禁止销售添加塑料微球的沐浴露、牙膏、磨砂膏等洗护用品，该禁令于2018年7月1日起正式实施。2017年12月4日，新西兰总理宣布，新西兰政府将禁止销售和生产塑料微球，禁令将在6个月内生效。

在社会公德和法律法规的驱使下，寻求更加安全可降解的粒子来替代塑料微球已经是大势所驱，在寻找替代粒子的路上，以核桃壳为代表的果壳类磨砂粒子最先被工程师们想到，但果壳类磨砂粒子是通过简单的机械粉碎得到的，产品杂质较多，里面含有色素、果胶等，产品需要通过辐照来控制微生物的生长，并且产品所带的色素应用到产品中经过一段时间后产品会有一定的色差，使得产品的一致性不容易控制，同时像核桃壳、杏仁壳之类的粒子比较硬质，棱角比较尖锐，并不适合于面部肌肤；而以5-10年生的云杉为原料生产出来的纤维素粒子，产品质地纯净，色泽白，是替代塑料粒子的绝佳选择，应用到产品中具有优异的清洁效果又不易损伤到肌肤，同时可以促进肌肤的新陈代谢。这种木材纤维具有优异的可塑性，可以通过切断或压制，制得各种不同的类型产品：有丝棒状、颗粒状、椭圆状、球形状、粉质状等等，可以满足不同产品和不同肤感的要求。

1.2 纤维类磨砂粒子不仅在皮肤护理上取得优异的成绩，同时由于其安全可吞食的特点，正在被越来越多的牙膏工程师所关注，对于中国牙膏市场的现状，无论是成人牙膏还是儿童牙膏又或者是牙齿问题患者用的牙膏，其里面的摩擦剂皆为水合硅石或磷钙类原料，产品的差异化极低，而纤维类磨料具有软质不损伤牙齿，同时安全可吞食的特点，必将越来越受到关注，现在在德国和日本已有品牌企业用纤维类磨料开发出新一代的牙膏产品，而作为牙膏的消费大国，我们也期待有更好更安全的牙膏制品为我们的生活服务。

2、微晶纤维素柔粉

2.1 近年来以滑石粉为代表的矿物粉中存在石棉或重金属的潜在风险，一直是科学家争论的问题，特别是某知名化妆品品牌的爽身粉巨额赔偿案更是成为市场焦点；同时我国2016年实施了《化妆品安全技术规范2015》对原料重金属要求大幅提高。由木材纤维开发的微晶纤维素柔粉是取代矿物粉、硅粉、PMMA粉的理想选择。

对于新型爽身粉的开发，近年来工程师一直在寻找更安全的原料来取代滑石粉，虽然暂时选用了淀粉和改性淀粉来替代滑石粉，但是淀粉在吸湿后的休止角会增加，变粘稠的爽身粉容易引起皮肤不适，同时它也会加剧痱子问题，因为淀粉在吸湿的情况下可能为引起痱子的细菌提供养分，使其繁殖更快，因此玉米淀粉并非真正意义上安全的滑石粉替代物。

微晶纤维素类超精细柔粉的粒径在2-100um，这类超精细粉拥有柔滑的触感、天然安全，吸水等独到的特点，同时微晶纤维素柔粉具有优异的流动性，吸湿后其休止角较小，其优异的特点也将越来越受工程师们关注。

下表是玉米淀粉、滑石粉和某一款微晶纤维素柔粉VIVAPUR CS **FM的休止角变化。

由上表可得，玉米淀粉吸湿后变粘稠其休止角增加4.12°，而微晶纤维素柔粉VIVAPUR CS **FM的休止角变化与玉米淀粉恰恰是相反，其吸湿后的休止角下降了4.03°，这可以说明微晶纤维素柔粉在遇到液体时流动性会比其他两种原料要好。

2.2 微晶纤维素柔粉除了可以用在爽身粉的开发外，在膏霜乳液以及彩妆上也得到很好的应用，同时也可以用于新一代的泥膏状面膜中，由于传统泥膏状面膜中含有较多的矿物泥，而矿物泥含有的杂质较多，并且矿物泥中含有一定量的金属离子，使得产品多偏碱性，产品的脱脂性较强，使用后皮肤往往会出现偏干的情况，而选用微晶纤维素柔粉作为泥膏状面膜的填料，产品质地纯净，使得产品的一致性较好，最重要是使用后肌肤柔软保湿，是新一代泥膜的基料。

3、展望

综上可知，在化妆品行业，随着人类环保意识的提升，难以降解的化工合成类聚合原料正在被环保的天然材料慢慢替代，同时更加安全的原材料也将受到化妆品工程师的关注和青睐，纤维素/微晶纤维素作为环保可再生的绿色原料将会大有所为，同时我们也将继续关注纤维素/微晶纤维素在表面处理系列产品以及纤维素改性系列产品的应用。

参考文献

[1]杨淑惠. 植物纤维化学（第三版），轻工业出版社（2001）.

[2]刘纲勇.化妆品原料，化学工业出版社，2017.9.

[3]侯永发. 微晶纤维素的研究与应用[J]. 林產化学与工业，1993，（2）.