▲圖：與水接觸前，聚丙烯酸卷曲狀

卡波姆（Carbomer），又稱聚羧乙烯，是一種由丙烯酸或丙烯酸酯與烯丙基醚化學交聯形成的聚合物，包括聚丙烯酸（均聚物）和長鍊烷醇丙烯酸酯類聚合物（共聚物）。其分子結構中含有52 ~ 68 %的酸基團，因此它具有一定的酸性，具有親水性能，可以溶于水、乙醇和甘油中。已收載入23版美國藥典，目前在國外已廣泛應用于藥品和化妝品的研制生産，是一種多用途的高分子材料和具有前景的藥用輔料。

一、卡波姆性狀

Carbopol為白色、疏松、吸濕性強和具特殊臭味的粉末，靜電作用強。由于其結構中含有52%-68%的羧酸基團，因此具有一定的酸性，其平均粒徑為0.2μm，相對密度為1.4，平均含水量為8%，幹燥狀态時不會長黴菌，可溶于乙醇、水和甘油，具有膠體溶液的特性。

1.溶液性質：卡波姆樹脂是含有聚稀。這些樹脂呈弱酸性，其酸性弱于醋酸，很容易生成鹽。在水中的pH歲樹脂濃度的不同，在2.8~3.2的範圍。濃度越高羧基濃度也越高，pH更低。它們的流變性質已被教廣泛地研究。

1.1. 中和增稠：

▲圖：卡波姆接觸水之後分子鍊的狀态

▲圖：卡波姆鍊發生中和後分子鍊伸展狀态

将酸性的卡波姆樹脂轉變成适當的鹽是使溶液增稠最通常的方法。粉末狀卡波姆樹脂，分子卷得很緊，其增稠能力受到限制。分散于水後，其分子進行水合而産生一定程度的伸張，即使在中和之前，其水溶液濃度為3％時，黏度可達30000~40000mPa·s。為了産生高粘度，其分子必須伸開。采用氫氧化鈉。氫氧化鉀、氫氧化铵之類的無機堿類或低分子質量的有機胺類中和卡波姆，使其分子離子化并沿着聚合物的主鍊産生負電荷。同性電荷之間的相斥便促使分子伸直變成張開結構。此反應進行迅速，增稠作用瞬即完成。

1.2. 氫鍵結合增稠:

使卡波姆樹脂的分子水合也可以添加質量分數10％~20%的羟基給予體，例如具有5個或以上乙氧基的非離子型表面活性劑，使其卷曲分子在含水系統中解開。因為氫鍵結合不是瞬時完成的反應，需要5min至3h才能達到最高值。将分散體系加入到70℃可使增稠加快，但超過70℃的溫度不宜采用。某些常用的多羟基及多乙氧基反應劑是非離子型表面活性劑、溶劑，如多元醇、乙二醇一矽烷共聚物、聚環氧乙烷和充分水解的聚乙烯醇等。

在上述溶劑體系中，不必中和即能被卡波姆樹脂羧增稠，主要因卡波姆樹脂與這類溶生成強的氫鍵。添加十一的暗雷會生成可溶于溶劑的卡波姆樹脂的鹽。鹽的生成使卷曲的樹脂分子轉變成張開的結構，從而實現了非水溶液中的增稠。溶劑增稠的理論很複雜，其基礎是溶劑或混合溶劑與溶質之間的溶解參數的匹配、氫鍵結合以及偶極矩性質。

1.3. 雙重中和增稠：

當用卡波姆樹脂作為主乳化劑時，若部分地用水溶性無機堿中和，或部分用油溶性胺中和，可取得最佳的穩定性。雙重中和生成在水中和油中都可溶的鹽，被無機堿中和的部分卡波姆樹脂分子可溶于水相，而被有機胺中和的部分則可溶于油相。在油相和水相之間起了橋梁作用，形成化學及物理穩定性都極佳的乳液。氫氧化鈉和PEG15-椰子基胺是最普遍使用的雙重中和的中和劑。此外還有四羟丙基己二胺、二異丙醇胺和二乙己基胺等。雙重中和增稠對提高乳液的穩定性是很有效的。

1.4. 基本流變特性

• a. 特性粘度：特性粘度是聚合物溶液黏度最常用的表示方法。定義為聚合物溶液濃度趨于零時的比濃黏度。即表示單個溶質分子對黏度的貢獻，是反應聚合物分子特性的黏度，其值不随着濃度而變。常用單位為L/g。影響特性粘度的因素包括pH、電解質類型和離子強度等，這些因素影響到分子構型和溶脹聚合物的比體積。
• b.特性溶脹體積比Einstein：指出當剛性小球西稀散地均勻分散于液體時，其黏度與全部剛性球體所占的體積分數有關。特性溶脹體體積比Qi等于溶脹後與幹的聚合物體積比。同一系列聚合物Qi值越大增稠效率越高。
• c.重疊濃度：Taylor和Bagley首先利用二相微粒膠模型解釋了卡波姆樹脂在很稀的濃度下也能産生稠厚的凝膠。根據這種模型，卡波姆聚合物的分散液是由溶脹的、緊密接觸、密堆積的、可形變的凝膠機子所組成。在十分稀的濃度下，或在高離子強度條件下，溶劑過量存在，凝膠粒子絕不會緊密堆積，黏度明顯地下降，增稠作用幾乎消失。Steeneken考慮到兩個濃度範圍的存在，進一步發展了該模型。在稀溶液範圍，分散液是不均勻的，其黏稠度低，黏度是由在溶脹的微粒凝膠中聚合物的體積分數所決定。溶脹的微粒凝膠相隔遠，分散液不穩定，即會分離為兩相，或放置時變得不穩定。

稀的分散液是牛頓型流體，沒有塑變值。在較弄的範圍，分散液變得均勻，其黏度高，黏度由微粒凝膠粒子的剛性決定。這時，溶脹的微粒凝膠收到壓縮，分散液穩定，體系具有黏彈體，丙具有确定的塑變值。在這兩個有限的範圍之内，存在一個寬廣的過渡區，在這區域内，溶液的黏度同時受聚合物體積分數和微粒膠粒子的剛度羧控制。在開始轉變時的聚合物的濃度條件下，微粒凝膠完全溶脹，彼此接觸。該濃度稱為重疊濃度c*，在c*下，體系的黏度陡峭低增加，c*與聚合物類型、電解質類型和濃度有關。在同一系列聚合物中，c*值越小，聚合物的增稠效率越高。

2.影響卡波姆聚合物溶液性質的因素

• a. pH對黏度的影響：當卡波姆樹脂溶液被中和時，溶液濃度隻是被提高。pH在5~10範圍内，濃度幾乎不變，但随着pH繼續增高，增稠效果又要下降。這是由于過多的中和劑起着離散離子的作用。樹脂含量較高時pH黏度去曲線上的平坦部分也會更寬一些。未被中和的Carbopol 934樹脂的質量分數為1％水溶液的黏度隻有390mPa·s，用氫鍵化鈉中和至pH7.0時，黏度增高到超過50000mPa·s。不同的中和劑對黏度的影響也有較大的差異。
• b. 流動性：卡波姆樹脂能使液态體系具有假塑性。許多水溶性聚合物形成具有假塑性的溶液。具有假塑流性的溶液在其上施加的剪切應力超過某一最低值時，即所謂塑變值，才會流動。卡波姆樹脂能有效地産生具有塑變值的塑流溶液。塑變值常被定義為在承受切應力下流動的起始阻力。卡波姆樹脂中和後很容易形成稠厚而結實的膠體，但對塗抹和輸送的阻力很小，因此，黏稠的卡波姆樹脂無論攪拌、泵送和塗布都很容易，即有較好的觸變性。Carbopol樹脂的溶液具有塑變值，這樣能提高乳液和懸浮液的穩定性。在這些體系中，穩定性問題就是指防止相分離(如乳油的漂浮、破乳或沉降等)。阻止相分離常用的方法有：改變液滴或微粒的大小、降低分散相與連續相之間的密度差、增加連續相的黏度和攪拌分離均勻。卡波姆樹脂在分散介質中産生塑變值并控制分散相與分散介質間的相對流速或沉降速度，從而，形成了永久穩定的乳液和懸浮液。由于塑變值無方向性，因此分散介質能全方位的阻止粒子和油滴的運動。
• c. 溶液的老化特性：卡波姆樹脂在正常的條件下不水解或氧化，而且其溶液經反複凍-熔循環而不緻破壞黏度。溶液的黏度對溫度的敏感性比其他水溶性聚合物低；溫度上升，黏度僅稍有降低。Carbopol 934和Carbopol 940樹脂在70℃經長期的老化而不受影響，卡波姆樹脂水溶液的黏度則會造成永久的損失。溫度對卡波姆樹脂在分散液濕潤時間有影響。

卡波姆樹脂不支持細菌和黴菌的生長，但它也不能阻止細菌和黴菌利用正常水體系中存在的營養成分生長。紫外線的照射使透明膠體的黏度減低，并可能引起某些乳劑分層和造成乳油漂浮。調節pH＞10，它的膠體溶液對紫外線就不敏感，添加少量紫外線吸收劑和絡合劑，對體系的穩定作用較有效。

3.配伍性：溶解的離子對卡波姆增稠體系的黏度有較大的影響。卡波姆樹脂在水溶液和溶劑體系中可與很多制劑配伍。但可溶性的鹽會降低卡波姆樹脂的增稠效率。一價離子隻降低體系的增稠效率，二價或三價離子不但能使體系變稀薄，而且，當含量足夠時，會産生不溶性沉澱物。不溶性鹽類對卡波姆樹脂的體系無破壞作用。鹽類的油/水乳液中卡波姆增稠效率影響不那麼顯著。

二、常用卡波姆系列的性能與應用

卡波姆具有增稠、懸浮、穩定體系、調控水和活性物釋放等功能，且工藝簡單、穩定性好，因此是一種被廣泛用于個人護理品、藥品等領域中的流變改性增稠劑。

根據交聯度以及分子量的不同，卡波姆存在着不同型号的多種産品，包括Carbopol 910、934、934 P、940、941、954等傳統系列，以及Carbopol Ultrez 20 / 21這類新型聚合物。不同型号的卡波姆由于其懸浮穩定特性、流性改變長短等性質的不同，使得它們在各行業中的用途也有所差異。下面我們就來看看化妝品中最為常用的幾種卡波姆的性能與應用。

1. 傳統型卡波姆

① Carbopol 934（苯溶劑均聚物）

• 外觀：白色疏松粉末、略有氣味
• 性能：短流變性；中、高粘度；中等透明度、略顯黃色；低耐離子性；高耐剪切性；懸
• 浮穩定性、高耐熱性
• 安全性：有可能殘留溶劑（苯或二甲苯）
• 應用：适合用于高粘凝膠、乳液及軟膏；懸浮及乳化；局部應用；皮膚護理；頭發護理；掩味劑；膏霜；手、身體及臉部乳液。廣泛使用于醫藥（軟膏）配方，和化妝品膏霜中。

② Carbopol 940（苯溶劑均聚物）

• 外觀：白色疏松粉末、略有氣味
• 性能：（果凍型）極短流變性；高粘度；高透明度；低耐離子性；低耐剪切性；高屈服值（懸浮能力）
• 溶解性：可溶于水、甘油和乙醇等
• 安全性：幹燥狀态時不會長黴菌，無毒、無刺激性
• 應用：可提供水包油型乳化體系的穩定，适用于乳液及膏霜中。
• 建議用量：0.2 % ~ 1.5 %

③ Carbopol 941 / 971（苯溶劑均聚物）

• 外觀：白色疏松粉末、略有氣味
• 性能：（鼻涕型）長流變性；低粘度；高透明度；中等耐離子性；低耐剪切性
• 溶解性：可溶于水、甘油和乙醇等
• 應用：能産生低粘度的永久乳劑和懸浮體，甚至是離子體系，産生的膠體透明度好（低濃度的情況下更有效），卡波941在化妝品行業中被用作為水包油型乳化體系的穩定劑，971在制藥行業中作為緩釋劑，适用于透明凝膠、水醇凝膠及乳液産品。

2. 改良型卡波姆（無苯）

①Carbopol 980（共溶劑均聚物）

• 化學名：交聯聚丙烯酸樹脂
• 外觀：白色疏松粉末、略有氣味
• 性能：極短流變性；高黏度；高透明度；低耐離子性；低耐剪切性；高屈服值（懸浮能力）
• 溶解性：可溶于水、甘油和乙醇等
• 應用：适用于化妝品或藥品中的配方中的增稠，懸浮及乳化。如：定型凝膠、水醇凝膠、保濕凝膠、沐浴啫喱、牙膏、香波、剃須啫喱、保濕霜及防曬乳液等。
• 用量：0.2 % ~ 1.5 %

②Carbopol 1342（疏水改性共聚物）

• 化學名：交聯聚丙烯酸樹脂
• 外觀：白色疏松粉末
• 性能：長流特性；中等黏度；高透明度；高耐離子性；高耐剪切性；高屈服值（懸浮能力）
• 溶解性：可溶于水、甘油和乙醇等
• 應用：在電解質存在下極好的流變學改進劑，聚合乳化作用，适用于含水溶性鹽的水溶液或分散液。

③Carbopol ETD 2020

• 化學名：丙烯酸酯/ C10 - 30烷基丙烯酸酯交鍊共聚物
• 外觀：白色疏松粉末
• 性能：長流變性；中黏度；高透明度；高耐離子性；耐剪切性；高效增稠、較強的懸浮能力
• 應用：适用于透明凝膠、水醇凝膠、表面活性劑體系（特種洗發水、清潔産品等）以及電解質含量較高的體系（如蘆荟凝膠）等。
• 建議用量：0.2 % ~ 1.5 %

④Carbopol AQUA SF-1

• 新型液态丙烯酸流變修飾劑
• INCI名稱：丙烯酸（酯）類共聚物
• 外觀：乳白色至白色液體
• 性能：長流變性；高黏度；中等透明度（本體不透明，加入産品後）；低耐離子性；高耐剪切性
• 溶解性：可溶于水、甘油和乙醇等
• 應用：可配制清澈配方，與多種成份具優良的相容性，回酸增稠，可用于表面活性劑體系。

⑤Carbopol Ultrez 20（新型易分散型共聚物）

• 化學名：丙烯酸酯/ C10 - 30烷基丙烯酸酯交鍊共聚物
• 外觀：白色疏松粉末
• 性能：長流變性；高透明度；中等粘度；中等耐離子性；高耐剪切性；易分散、有優異且穩定的懸浮能力
• 應用：可應用于香波、沐浴凝膠、膏霜、乳液、含電解質高的水凝膠。另外，U20還可賦予産品亮麗的外觀，具有更好的流動性和傾倒性提供了産品平滑、輕盈、柔軟的觸感。

⑥Carbopol Ultrez 21（新型易分散型共聚物）

• 化學名：丙烯酸酯/ C10 - 30烷基丙烯酸酯交鍊共聚物
• 外觀：白色疏松粉末
• 性能：短流變性；高黏度；高透明度；低耐離子性；耐剪切性；有易分散、自潤濕、高效增稠、較強的懸浮能力，可以賦予配方恒定粘度。
• 應用：可用于凝膠、洗滌清潔用品、高電解質産品等。

⑦Pemulen TR - 1（疏水改性共聚物）

• 化學名：丙烯酸酯/ C10 - 30烷基丙烯酸酯交鍊共聚物
• 外觀：白色粉末
• 性能：短流變性
• 應用：多功能增稠型乳化劑，用作水包油體系中的穩定劑，可用于膏霜、乳液。
• 建議用量：0.2 % ~ 0.4 %，以達到20.0 %的含油量。

⑧Pemulen TR - 2（疏水改性共聚物）

• 化學品：丙烯酸酯/ C10 - 30烷基丙烯酸酯交鍊共聚物
• 外觀：白色粉末
• 性能：長流變性
• 應用：多功能增稠型乳化劑，用作水包油體系中的穩定劑，可用于乳液。
• 建議用量：0.15 % ~ 0.30 %，以達到60.0 %的含油量。

此外，使用卡波姆還需要注意以下幾點：

• 卡波聚合物均具有剪切變稀的能力，且時間剪切越長粘度恢複越慢，甚至造成粘度的永久性損失；
• 卡波聚合物對離子的容忍度均較差，處于過渡階段的Carbopol 1342相對較高；
• 紫外線照射會對卡波聚合物的粘度造成損失，此損失是不可恢複的。

三、卡波U20 u21 940 941 的黏度大小

增稠效率、耐電解質性能、流變性、滋潤性能等都有差異。一般情況：

• 1.同等添加量增稠效率:941＜U20＜940＜U21；第一張圖是各卡波濃度-粘度曲線
• 2.流變性:941長流 U20中長流 940和U21都是短流，流變性和增稠效率有相關性。
• 3.耐電解質性能:U20＞U21，940和941都不耐電解質；第二張圖為離子對各卡波粘度影響圖
• 4.卡波Ultrez系列都是滋潤濕的，不過自潤濕性能U21＞U20
• 5.第四五張圖為凝膠膚感差異
• 6.卡波都不耐剪切，建議中和後都不要均質
• 7.940和941均為苯溶劑提取，U20和U21為環己烷和乙酸乙酯溶劑提取。

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四、毒理學性質

Carbopol系列樹脂在化妝品和醫藥工業應用已有近40年的曆史，積累了較多的安全性數據。

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參考文獻：

1.卡波U20 u21 940 941 的關系，他們黏度大小是怎麼樣？（精選問答-81期）

2.常用卡波姆系列增稠劑的性能及應用介紹

3.化妝品增稠劑---卡波姆

4.化妝品用合成聚合物---增稠劑卡波姆聚合物

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