甲醛缓释体类防腐剂在化妆品中的应用

甲醛缓释体防腐剂在化妆品中的应用Page1甲醛缓释体防腐剂在化妆品中的应用领先特品化学（上海）有限公司(ISP)，全球研发中心，中国上海随着经济的发展和人们生活水平的提高，化妆品越来越多的融入到千家万户，而且人们对化妆品品质和安全性的要求也越来越高。化妆品中一般都含有丰富的营养物质，特别是近年来越来越多的活性功效成分的加入使得化妆品越来越容易受到微生物污染，从而破坏化妆品的感官和品质，危害消费者的健康。因此，在化妆品中加入适量安全有效的防腐剂从而控制微生物的生长是保护产品品质的主要手段。好的防腐剂不仅需要防止和抑制细菌和真菌等微生物的生长，而且必须对人体没有毒性和刺激性，同时和配方里的其他化学成分不会发生反应，在不同的pH值和温度下仍然保持稳定性，并且在化妆品的存储和使用期间提供其所需要的防腐功效。随着崇尚自然的消费理念逐步得到人们的认可，天然防腐剂的研究和开发也成了防腐剂利用的研究热点。但是相对于传统化学合成的防腐剂，如对羟基苯甲酸酯，异噻唑啉酮，和甲醛缓释体类防腐剂等，目前大多数具有抑菌作用的天然提取物在相当长的一段时间内还没法完全替代它们。一方面由于天然抑菌物质的作用效果与化学合成防腐剂相比存在一定差距，而且作为防腐剂，真正天然的植物提取物批次与批次之间的一致性也很难保证;另一方面，在离体条件下，天然防腐剂对部分化妆品中的腐败微生物有抑菌效果,但有时它们的功效取决于其加入化妆品的配方成分。例如汽巴的TinosanSDC是一种天然的银络合防腐剂，但在高阳离子体系却有限制。甲醛缓释体类防腐剂作为最早被广泛使用的防腐剂之一，已经有几十年的使用历史，其防腐效果已经获得了广泛的认同。其中咪唑烷基脲（Germall115）自从1973年首次作为防腐剂应用到化妆品中以来，至今已经成为仅次于尼伯金酯类防腐剂的全球第二大防腐剂品种。本文主要讨论甲醛缓释体作为化妆品防腐剂的成分，检测方法，以及其面临的环保和法规压力。甲醛缓释体类防腐剂甲醛是一种无色有刺激性气味的气体，它广泛存在于自然界中，大气中甲烷气体的光氧化反应就能够产生甲醛。同时甲醛还广泛存在于生物细胞的新陈代谢过程中，在人体血液、常见的动植物体内都能检测出甲醛的存在（表1）。甲醛能够被太阳光或者微生物在短短数小时之内分解，因此不会在人体或自然界积累。作为人类最早使用的防腐剂品种，甲醛具有高效广谱的杀菌效果，在工业、农业等领域有着广泛的应用。项目甲醛浓度（ppm）人体血液3梨、苹果、番茄、萝卜3.7-60卷心菜、胡萝卜、大葱3-26.3鱼8.8-20肉类5.7-20表1.不同生物体所含甲醛浓度在低的浓度和用量范围内，甲醛被认为是安全有效的。例如，在欧盟，甲醛允许在化妆品中使用，含量不得超过0.2%，也可以在口腔用品中使用，含量不得超过0.1%。甲醛缓释体类防腐剂主要是通过在化妆品体系中非常缓慢的释放出极少量的游离甲醛，从而发挥甲醛在杀灭微生物方面的非常高效的作用使化妆品免受微生物破坏。现在市场上最常见的甲醛缓释体类防腐剂主要有美国国际特品公司(ISP)的Germall®115（咪唑烷基脲），Germall®II（重氮咪唑烷基脲）以及DMDMH(1,3-二羟甲基-5,5-二甲基乙内酰脲)，结构式如图1所示。除此之外较常见的甲醛缓释体类防腐剂还有羟甲基甘氨酸钠（Suttocide®A，ISP）、2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇（又称布罗波尔），氯化3-氯烯丙基六亚甲基四胺（季铵盐-15）等。HNNNHONHNHONHNHNOOOOHOOH(a)咪唑烷基脲甲醛缓释体防腐剂在化妆品中的应用Page2NNNNHOOHOHHOHOOHO(b)重氮咪唑烷基脲(c)1,3-二羟甲基-5,5-二甲基乙内酰脲(DMDMH)图1.常见甲醛缓释体类防腐剂的结构式在含有甲醛缓释体类防腐剂的化妆品产品配方中，存在着甲醛缓释体和所释放出的甲醛之间的平衡。而所释放的甲醛大部分都以水合甲醛（亚甲二醇）的形式存在，该成分完全不同于多数测试和评价中所用的游离甲醛。甲醛缓释体在化妆品体系中的化学平衡式如下图2所示。图2.甲醛缓释体在化妆品体系中的化学平衡甲醛缓释体类防腐剂面临的环保和法规压力在较高浓度下，游离甲醛是一种公认的对人体和环境有害的化学物，是导致生物变异的原因之一。随着人们对于环保概念的不断加强和对安全健康的不断关注，越来越多的人开始担心甲醛缓释体类防腐剂的安全问题。这种关注也随着媒体和舆论的不断宣传而不断加强，减少甚至完全替代甲醛缓释体类防腐剂成为舆论的热点，市场上也出现了很多不含甲醛缓释体宣称的化妆品产品。但是，舆论和公众媒体将甲醛缓释体等价为甲醛，这种观点很大程度上导致了对于甲醛缓释体类防腐剂的担忧和抗议。由于甲醛缓释体是一种不能完全等同于甲醛的防腐剂，美国化妆品防腐剂委员会（CPC）正在试图把用于化妆品的甲醛INCI名改为亚甲二醇（methyleneglycol）。这样就能减轻美国加州的化妆品安全法（SafeCosmeticAct）所造成的一些压力，该项法令California’sProp.65只提到了甲醛气体而并没有规定亚甲二醇的使用。而化妆品用的甲醛并非甲醛气体，因此CPC向个人护理品委员会申请更改该名字。自上世纪70年代开始在化妆品体系里使用以来，甲醛缓释体类防腐剂的安全性经过了几十年的考验，被充分证明是十分安全有效的。为了进一步确保甲醛缓释体类防腐剂的使用安全，世界各国都对其用量做出了明确的限定（表2）。种类不同国家和地区最高使用限量欧盟美国中国日本咪唑烷基脲（Germall115）0.6%0.6%0.6%0.3%限洗去型重氮咪唑烷基脲（GermallII）0.5%0.5%0.5%未批准DMDMH0.6%0.6%0.6%0.3%限洗去型表2主要甲醛缓释体类防腐剂的使用限量化妆品中游离甲醛的检测方法由于甲醛缓释体类防腐剂所释放的甲醛在化妆品中与水合甲醛（亚甲二醇）存在着化学平衡，因此如何准确和客观的检测化妆品中的游离甲醛的含量是十分重要的。甲醛的检测方法主要分为平衡破坏型（分光光度法、高效液相色谱法、化学滴定法等）和非平衡破坏型（C-13核磁共振（NMR）法）两类。平衡破坏型主要是指该方法通过加入特定试剂，并经过稀释等过程，使得原来体系中的平衡（图2）发生改变。该方法主要用来检测化妆品体系里面总的可释放甲醛的含量，对于衡量化妆品体系的长效防腐效果有着重要的意义。非平衡破坏型方法（C-13核磁共振法）则是在不改变体系的组成和状态（温度，pH）的情况下，测得体系即刻所含游离甲醛的含量，是一种更能真实反映出化妆品实际使用中所含的游离甲醛含量的方法，所得的结果能够更好的说明甲醛缓释体类防腐剂在化妆品中的安全性。（I）平衡破坏型游离甲醛检测方法分光光度法主要是利用游离甲醛与某种特定的化学物反应生成具有特征紫外吸收的物质，通过紫外分光光度计来测量出甲醛的含量。其中最主要的代表方法是乙酰丙酮显色法，该方法具有稳定快速的特点，应用极为广泛。通过上面所示的化学平衡可以得知，由于使用分光光度法时，体系中甲醛和甲醛缓释体之间的平衡被打破，所以所测得甲醛含量应为被测体系所能释放的总的甲醛量，而并不代HCHO(g)+H2O游离甲醛(0.04%)HOCH2OH亚甲二醇(99.96%)HCHO-Donor甲醛释放体JHCHO(g)+H2O游离甲醛(0.04%)HOCH2OH亚甲二醇(99.96%)甲醛缓释体防腐剂在化妆品中的应用Page3防腐剂含量总的可释放甲醛含量（ppm,分光光度法）水合甲醛（亚甲二醇）含量(ppm,NMR测量值)游离甲醛含量（ppm,计算所得)Germall115（0.6%）5381250.050GermallII（0.3%）5972470.099表3.甲醛缓释体类防腐剂在非离子型保湿乳液体系中释放甲醛的含量表体系中实际存在的游离甲醛的含量。高效液相色谱法主要是利用甲醛与2，4－二硝基苯肼（DNPH）反应生成腙，衍生化产物醛腙用有机溶剂萃取富集后，在一定温度下蒸发、浓缩，再以甲醇或乙腈溶解或稀释，最后进行色谱测定。由于该方法在测试过程中同样会打破甲醛缓释体和甲醛之间的化学平衡，所以同样是一种测定体系所能释放的总的甲醛含量的方法。（II）非平衡破坏型游离甲醛检测方法C-13核磁共振波谱法是现在所有测定游离甲醛含量的方法中唯一可以不对被测体系造成破坏的方法，因此该方法能够真实的反映出体系里面的甲醛含量。ISP公司利用该方法测量了在实际的化妆品体系中所含水合甲醛的量，并根据化学平衡计算了实际游离甲醛的量，实验结果如表3所示。测试结果显示，在实际的化妆品体系中，添加了符合法规要求的一定量的甲醛缓释体类防腐剂，其体系中所含的游离甲醛的量是非常低的（均低于0.2ppm），远低于欧洲允许游离甲醛在化妆品产品中存在的最高浓度0.8ppm。综上所述，甲醛缓释体类防腐剂在化妆品中已有几十年的安全应用，已经证明其出色的对化妆品的保护效果。通过分析甲醛缓释体类防腐剂在化妆品配方中所存在的化学平衡，并运用核磁共振波谱法来检测游离甲醛的含量，表明在规定的用量下，含有甲醛缓释体防腐剂的化妆品配方体系中所含的游离甲醛的含量远低于法规限定的量，因此能够保证在对人体安全的前提下发挥有效的防腐作用。联系作者：张明刚瞿欣[e-mail]，15900772928如果您需要了解更多关于甲醛缓释体防腐剂在化妆品中应用的信息，请联系领先特品化学（上海）有限公司(ISP)