拿「新戊二醇二庚酸酯」(CAS 68855-18-5)向三家供应商询样,三份数据表会在 CAS 号上完全一致,然后在其他所有项目上互相矛盾:一家写 25℃ 12-15 mPa·s,一家写 12-18 cSt,第三家只给一个 40℃ 的润滑油级数字。原因在于,一支润肤酯从来不是单一物质,而是三个决策的产物——用哪个多元醇骨架、配哪支脂肪酸、酯化推到什么程度——而 INCI 名称里只看得出第一个。本文梳理撑起商品润肤酯的五种多元醇骨架,说明怎么用两个化验数字验出桶里究竟是什么,并搭出一条让你在开样之前就能定位一支酯的黏度阶梯。
五种骨架,五种构造
每支多元醇酯都始于一个带两个以上羟基的醇,与脂肪酸酯化而成。骨架决定成品分子带几条酯臂,而酯臂数量——比酸本身更关键——决定分子在皮肤上的表现。
| 多元醇骨架 | 分子式 | 分子量 | 羟基数 | 完全酯化后酯臂数 | 骨架带来什么 |
|---|---|---|---|---|---|
| 丙二醇 Propylene Glycol | C3H8O2 | 76.09 | 2 | 二酯 | 最小、极性最强;全族最轻最干爽的油 |
| 新戊二醇 NPG | C5H12O2 | 104.15 | 2 | 二酯 | 两个被屏蔽的羟基;铺展极快、黏度极低 |
| 三羟甲基丙烷 TMP | C6H14O3 | 134.17 | 3 | 三酯 | 三条臂收在三个碳上;丝滑干爽、留感更长 |
| 季戊四醇 PE | C5H12O4 | 136.15 | 4 | 四酯 | 四臂共用中心碳;颜料承载与厚重感的核心 |
| 二聚季戊四醇 di-PE | C10H22O7 | 254.28 | 6 | 六酯 | 两个骨架以醚键相连;全族最重、最"有存在感" |
新戊基骨架正是这一族存在的理由。在新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇与二聚季戊四醇中,挂羟基的那个碳同时挂着两个或三个甲基,于是每条酯键都紧邻一个位阻屏蔽的季碳,水解得很慢。这层屏蔽就是全部意义所在:它让这些酯在甘油酯或直链烷基酯早已断键的 pH 与温度条件下仍然完好。丙二醇放弃了这层屏蔽、换来极性;二聚季戊四醇保住了屏蔽,又把酯臂数量翻了一倍。
两个数字验出你买的是什么
皂化值(SV,mg KOH/g)数的是酯键。它是水解一克酯所需氢氧化钾的毫克数;对一支完全酯化的多元醇酯,这个数字可以直接由结构算出来:
SV = 56,106 × n ÷ M,n 为酯基数,M 为酯的分子量。
又因为每一次酯化都消耗一个羟基与一个羧基、放出一分子水,分子量同样可算:
M = 多元醇分子量 + 各脂肪酸分子量之和 − 18.015 × n
两个式子合起来,坐在办公桌前就能推算出任何一支值得卖的多元醇酯的皂化值,不必进实验室。下表把本页产品全算了一遍;每个推算分子量都与产品卡上印的分子式吻合,凡是能找到供应商规格区间的,一并列出对照。
| 产品(CAS) | 骨架/脂肪酸 | 分子式 | 酯分子量(推算) | 由分子量推算 SV | 供应商 COA 上的 SV |
|---|---|---|---|---|---|
| 丙二醇二乙基己酸酯(93981-97-6) | PG/支链 C8 | C19H36O4 | 328.5 | 342 | — |
| 新戊二醇二庚酸酯(68855-18-5) | NPG/直链 C7 | C19H36O4 | 328.5 | 342 | — |
| 新戊二醇二乙基己酸酯(28510-23-8) | NPG/支链 C8 | C21H40O4 | 356.5 | 315 | 275-305 |
| 新戊二醇二辛癸酸酯(70693-32-2) | NPG/C8-C10 混合 | 混合物 | 356-413 | 272-315 | — |
| 丙二醇二辛癸酸酯(58748-27-9) | PG/C8-C10 混合 | 混合物 | 328-385 | 292-342 | — |
| 三羟甲基丙烷三乙基己酸酯(26086-33-9) | TMP/支链 C8 | C30H56O6 | 512.8 | 328 | — |
| 三羟甲基丙烷三辛癸酸酯(11138-60-6) | TMP/C8-C10 混合 | 混合物 | 513-597 | 282-328 | — |
| 三羟甲基丙烷三异硬脂酸酯(68541-50-4) | TMP/支链 C18 | C60H116O6 | 933.6 | 180 | — |
| 季戊四醇四异壬酸酯(93803-89-5) | PE/支链 C9 | C41H76O8 | 697.0 | 322 | — |
| 季戊四醇四辛癸酸酯(68441-68-9) | PE/C8-C10 混合 | 混合物 | 641-753 | 298-350 | — |
| 二聚季戊四醇五异壬酸酯(84418-63-3) | di-PE/5 条支链 C9 | 混合物 | 955.4 | 294 | 290-310 |
| 二聚季戊四醇六辛癸酸酯(68130-24-5) | di-PE/6 条 C8-C10 | 混合物 | 1011-1180 | 285-333 | 305-325 |
这张表能推出两个结论,两个在采购桌上都用得上。
- 皂化值认出的是酸,不是骨架。同一支酸之下,骨架几乎推不动这个数字。用辛酸(C8)分别与丙二醇、新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、二聚季戊四醇酯化,推算值依次是 342、315、328、350、333——五种完全不同的构造,总共只差约 35 个单位。而把酸从辛酸(C8)换成癸酸(C10),上述每一个都要掉 40-60 个单位;再换到异硬脂酸,三羟甲基丙烷三异硬脂酸酯直接跌到 180。所以一张写着「SV 320」的 COA,只说明酸相偏短、酯已封端,对你买到的是哪个骨架只字未提。如果骨架承载着你的肤感卖点,请在订单上写死 INCI,而不是写一个皂化值区间。
- 羟值暴露酯化到底做没做完全。完全酯化的多元醇酯不留游离羟基,羟值应当接近零——商品数据表也确实是这么写的:六酯的二聚季戊四醇六辛癸酸酯(68130-24-5)羟值规格为 max. 5 mg KOH/g。而它部分酯化的同门——二聚季戊四醇五异壬酸酯(84418-63-3),六个羟基上只封了五条酯臂——羟值规格 30-70 mg KOH/g。把算式倒过来用:这个 955 g/mol 的分子上留一个游离羟基,理论羟值 = 56,106 ÷ 955 = 59 mg KOH/g,正落在供应商区间正中。这不是巧合,这就是规格本身。那个游离羟基是刻意留的:它把分子往界面水侧拉,把一支轻质润肤酯变成助乳化剂兼成膜剂。
同一套算式也能预测这两支产品 COA 上真实出现的皂化值。五异壬酸酯算得 294 mg KOH/g,供应商写 290-310;C8/C10 六酯按辛酸/癸酸比例不同应落在 285-333 之间,供应商写 305-325。推算值与公布区间贴合到这个程度,算式就能当进货检验工具用:某批货的实测皂化值跑出区间,说明它用的酸相不对,标签怎么写都不算数。还有一个要如实说明的注脚——新戊二醇二乙基己酸酯公布的 275-305 略低于纯 2-乙基己酸推算出的 315,这是工业级产品带有少量偏重酸尾的正常特征。
黏度阶梯:从 10 mPa·s 到 2800 cPs
分子量决定黏度,骨架决定分子量;在同一族里,这条关系跨越了将近三个数量级。
| 产品(CAS) | 酯分子量 | 公布黏度 | 在肤感阶梯上的位置 |
|---|---|---|---|
| 新戊二醇二乙基己酸酯(28510-23-8) | 356.5 | 25℃ 9.5-13.5 mPa·s | 最轻一级;清爽不油腻,近似硅油的滑感 |
| 新戊二醇二庚酸酯(68855-18-5) | 328.5 | 25℃ 12-15 mPa·s | 铺展极快,干爽哑光,且不挥发 |
| 季戊四醇四辛癸酸酯(68441-68-9) | 641-753 | 三家供应商分别为 28-34 cPs、50 cSt、20℃ 67-74 mm2/s | 中等厚度,对颜料亲和力强 |
| 二聚季戊四醇六辛癸酸酯(68130-24-5) | 1011-1180 | 40℃ 70-150 mm2/s | 厚实、略带油感,接近白矿油的包裹感 |
| 二聚季戊四醇五异壬酸酯(84418-63-3) | 955.4 | 25℃ 约 2800 cPs | 阶梯最重一级;黏腻成膜、提升光泽 |
读黏度有两个坑要避。第一,温度和单位必须同时写明:25℃ 的 12 mPa·s 与 40℃ 的 12 mm2/s 不是同一种流体,而供应商在这两种写法之间切换得很随意。第二,同一个 INCI 确实可以合法地以差别很大的黏度出货——季戊四醇四辛癸酸酯在三家供应商的资料里分别是 28-34 cPs、50 cSt 与 20℃ 67-74 mm2/s,相差约 2.5 倍。这不是印错,而是脂肪酸进料里辛酸/癸酸比例不同导致的。只写 INCI 就等于把这个 2.5 倍的浮动敞口留在自己身上。请把黏度区间连同温度与测试方法一起写进采购单。
支链与直链:同一个分子式,不同的流体
这一族里最划算的结构对比不需要任何实验,因为它是纯算术。本页有两对同分异构体:
- 丙二醇二乙基己酸酯(93981-97-6)与新戊二醇二庚酸酯(68855-18-5)都是 C19H36O4、328.5 g/mol,理论皂化值同为 342。一个是丙二醇与支链 C8 酸形成的二酯,另一个是新戊二醇与直链 C7 酸形成的二酯。皂化值分辨不出这两者——能分辨的只有骨架和碳链形状。
- 新戊二醇二乙基己酸酯(28510-23-8)与新戊二醇二辛癸酸酯(70693-32-2)中的辛酸酯组分共享分子式 C21H40O4、356.5 g/mol,理论 SV 同为 315——一个是甲基支链 C8 酸,一个是直链 C8 酸。支链版本的公布黏度为 25℃ 9.5-13.5 mPa·s;直链酸堆砌更整齐,因此更易结晶,在同一分子量下读起来更"有厚度"。往上一级同理:三羟甲基丙烷三乙基己酸酯(26086-33-9)与三羟甲基丙烷三辛癸酸酯(11138-60-6)中的辛酸酯组分都是 C30H56O6、512.8 g/mol。
实践中的读法是:酸侧支链化,等于在同一分子量下买到流动性;直链化,等于买到结构感。如果配方在低温仓库里发浑、或唇膏到了夏天发软,第一个该查的是酸的空间构型,而不是酯的分子量。
按用途选型
- 轻、干、可替代挥发性硅油——新戊二醇二庚酸酯(68855-18-5)。C19H36O4,328.5 g/mol,25℃ 12-15 mPa·s。它的市场口碑建立在两条主张上,值得理解而不是照抄。一是不挥发,因此能复现环五聚二甲基硅氧烷(D5)那样的干爽快铺展肤感,却不牵扯 VOC 问题。二是对有机紫外线吸收剂的溶解力异常好——行业资料把它定位为溶解析防晒活性物优于 C12-15 烷基苯甲酸酯的溶剂,这一点很关键,因为防晒剂在货架期内结晶,属于 SPF 失效,而不是肤感问题。它在轻质乳液与化妆水中用于油相 2-8%,在高倍防晒里可用到 10-20%——那里真正压榨溶剂的正是防晒剂本身的载荷。它的 C7 链偏短,如果配方同时要求留得住的滋润感,请与本页下面中黏度的那几支搭配。
- 最低黏度与近似硅油的滑感——新戊二醇二乙基己酸酯(28510-23-8)。C21H40O4,356.5 g/mol,25℃ 9.5-13.5 mPa·s,皂化值 275-305,酸值 ≤0.1,羟值 ≤5,20℃ 折光指数 1.425-1.455。支链酸让它保持流动,并给出一种手指读起来像硅油的干爽滑移感。彩妆、粉类、防晒,以及任何把"清爽不黏"写进 brief 的护肤配方都适用。当某个较重的酯让乳液推不开时,该换的就是它。
- 中等厚度与颜料承载——季戊四醇四辛癸酸酯(68441-68-9)。辛酸与癸酸混合酸的四酯,推算皂化值 298-350,常见酸值 ≤0.3,密度约 0.95-0.96。它是中间那一级的万金油:一支原料同时充当润肤剂、低黏度铺展剂与颜料载体。粉底、妆前、带 SPF 的彩妆以及易长痘肌肤配方都在用它,因为它能把颜料铺匀,却不会留下白矿油或凡士林那种厚实的封闭膜。季戊四醇四椰油酸酯(92201-72-4)是同一套四酯构造换用椰子油酸混合物——酸分布不同、推算皂化值区间相同,当 brief 明确指定的是酸相而非构造时,它是更合适的那一支。
- 光泽与厚重感——季戊四醇四异壬酸酯(93803-89-5)。C41H76O8,推算分子量 697.0,20℃ 密度 0.953,推算皂化值 322,报道黏度约 25℃ 120-150 mPa·s。支链的异壬酸让这个 697 g/mol 的四酯在室温下仍可倾倒,而四条酯臂带来光泽与附着:膏霜、乳液、彩妆,以及把光泽当作卖点的唇部产品。在相同的推算酸相下,它比 C8/C10 四酯在黏度阶梯上高一级,唯一原因就是异壬酸比辛酸重。
- 厚实、接近白矿油的包裹感——二聚季戊四醇六辛癸酸酯(68130-24-5)。六条酯臂,推算皂化值 285-333、供应商区间 305-325,酸值 ≤0.5,羟值 ≤5,碘值 ≤1,40℃ 黏度 70-150 mm2/s。行业描述把它定位为中至重度的无味润肤酯,用后有柔软、略带油感的收尾——轻质白矿油的肤感,配上新戊基多元醇酯的氧化稳定性。唇膏、润唇膏、棒状产品与滋润膏霜适用;它的高闪点与低挥发性在热灌装时还能为批次提供额外保护。
- 成膜与替代硅油——二聚季戊四醇五异壬酸酯(84418-63-3)。五条酯臂、一个游离羟基,正是那一个羟基让这支产品成立。羟值 30-70(推算 59),皂化值 290-310,25℃ 约 2800 cPs,色度 APHA ≤50,分解温度约 300℃。残留羟基使它同时是助乳化剂与成膜剂,所以它能提升唇膏唇油的丰满度、耐磨性与涂抹感,也所以约 0.5% 的用量就能在护发配方里替代硅油。它是这条阶梯最重的一级,也是羟值不再是质量标记、而是一个设计参数的那一支。
- 偏水侧的极性——丙二醇二辛癸酸酯(58748-27-9)与丙二醇二乙基己酸酯(93981-97-6)。建立在 76.09 g/mol 的二元醇骨架上、没有新戊基屏蔽,这两支是全族最小、极性最强的酯。丙二醇二辛癸酸酯是护肤、防晒与彩妆里经典的轻质干爽油;丙二醇二乙基己酸酯(C19H36O4,328.5 g/mol)定位于沐浴、清洁与护发体系,那里的酯必须忍受比纯油相润肤酯更高的含水环境。
COA:值得写进订单的十项
| 项目 | 本族常见规格 | 它告诉你什么 |
|---|---|---|
| 外观与气味 | 无色至浅黄色透明液体 | 室温发浑往往意味着酸相不对或吸潮 |
| 色度 APHA 或 Gardner | APHA 20-150;最轻级别 Gardner ≤1 | 氧化与受热历史;直接影响白色膏体的白度 |
| 酸值 | ≤0.1-0.5 mg KOH/g | 残留游离脂肪酸。与皂化值对照读:游离酸占比大致等于酸值除以皂化值 |
| 皂化值 | 随酸相不同约 180-350 mg KOH/g | 确认酸相;请与上表推算值对照 |
| 羟值 | 全封端 ≤5;刻意部分酯化的 30-70 | 酯化程度,进而决定极性与助乳化倾向 |
| 碘值 | 饱和级别 ≤1 | 不饱和度即氧化风险;进料含不饱和酸时必须卡 |
| 水分(卡尔费休) | ≤0.1% | 带入的水分会抬高水解风险并使批次发浑 |
| 黏度,须附温度与方法 | 见上文阶梯 | 润肤酯采购单上最常缺失、后果最直接的一项 |
| 20℃ 折光指数 | 约 1.43-1.46 | 快速的鉴别与纯度检查;也是成品光泽度的粗略预判 |
| 25℃ 密度 | 0.89-0.97 g/cm3 | 任何按体积投料的场合都需要,也是第二重鉴别 |
储存很简单但不能省。密封、避光、避热;二聚季戊四醇系列在寒冷天气会凝固,应当温和加热并搅匀后取用,而不是按固体直接投料。工业级产品保质期通常两到三年;而水解稳定性——也就是新戊基骨架被设计出来要提供的那个性质——意味着这段时间里酸值几乎不应变化。不过桶一旦开过一个季度,还是复测一次为好。
法规口径
美国化妆品原料评价委员会(CIR)评估了 16 种季戊四醇四酯,包括季戊四醇四异壬酸酯、四辛癸酸酯与四椰油酸酯,结论是在该评估所列的使用方式与浓度下是安全的。中国化妆品安全评估资料库援引的数据显示,对应的四硬脂酸酯在驻留类产品中的历史最高使用量为 7%,而已报告的乙基己酸酯与乙基己酸酯/苯甲酸酯复配型在驻留类产品中的用量要高得多。新戊二醇二庚酸酯已列入中国《已使用化妆品原料目录》(IECIC),本族酯也出现在欧盟 CosIng 目录中并有 REACH 注册覆盖。措辞的边界要清楚:所谓「在此用法下安全」是绑定在所报告的使用方式上的,因此用量大幅跃升、或新增眼部等使用部位,都需要各自的支持数据,而不是引用一份原始评估就够了。
从哪里下手
如果本文只能带走一条决策规则,那就是把推算皂化值与羟值配起来读。前者告诉你买到的是短链酸酯还是长链酸酯,后者告诉你酯化做没做完全。这两个数字都分辨不出丙二醇、新戊二醇还是季戊四醇——而这正是重点:涉及肤感卖点时,请按 INCI 与黏度下单,再用化验数字去守住批次。
Shanghai Better Chemical 供应的多元醇酯润肤剂,COA、TDS、MSDS 随单可询:
- 新戊二醇骨架:新戊二醇二庚酸酯、新戊二醇二乙基己酸酯、新戊二醇二辛酸酯/二癸酸酯。
- 三羟甲基丙烷骨架:三羟甲基丙烷三乙基己酸酯、三羟甲基丙烷三辛酸酯/三癸酸酯、三羟甲基丙烷三异硬脂酸酯。
- 季戊四醇与二聚季戊四醇骨架:季戊四醇四辛酸酯/四癸酸酯、季戊四醇四异壬酸酯、季戊四醇四椰油酸酯、二季戊四醇六辛酸酯/六癸酸酯、二季戊四醇五异壬酸酯。
- 丙二醇骨架:丙二醇二辛酸酯/二癸酸酯、丙二醇二乙基己酸酯。
延伸阅读:支链酯润肤剂指南更深入地讨论了酸侧支链化的问题;多元醇酯基础油指南则把同一套化学放到了润滑油一侧来讲。
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