一种含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物及制备方法与应用
技术领域
本发明属于日用化妆品领域，特别涉及一种含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物及制备方法与应用。
背景技术
人体头皮表面与头皮内部结构组成了一个完整的生态系统，表面有皮脂腺的分泌物、灰尘、污垢、各种细菌等等。头皮是一个不断更新和老化的活性组织，容易受到外界的影响发生变化，通过正常的新陈代谢，排出的分泌物堆积在头皮表面，头皮表面的细菌、尘螨等以人体皮肤上掉落的小细屑以及头皮代谢物为食，真菌反过来又以尘螨及人的皮屑作为营养的主要来源，因此在人的头皮上形成一个微型的生态系统。通常认为，与人共生的皮肤真菌，比如卵状糠疹癣菌等皮肤真菌，如果它们的生长出现失衡，进入头发的毛囊中，其厌氧性代谢使表皮细胞分解率加大，从而导致表皮剥落，产生头屑。而头屑的产生又为微生物的生长和繁殖创造了条件，进而刺激头皮，引起瘙痒。在洗发香波中加入适当的具有杀菌和抑菌能力的去屑剂，是防治头皮屑的主要途径。
祛屑剂按照不同的作用机制，主要分为以下3中类型：角质层剥脱剂、细胞生长抑制剂和抗微生物制剂。
角质层剥脱剂是通过脱屑移除角质层中受损的表皮细胞，而达到去除头屑效果，主要有水杨酸、硫磺、焦油类，其缺陷是刺激性较强，对皮肤有一定的伤害；而且祛屑效果有限，而且长期使用会破坏表皮结构，扰乱表皮自身的平衡，导致皮肤过敏瘙痒。
细胞生长抑制剂，主要是抑制细胞复制，它的活性取决于其降低角质层细胞更替速度，随着细胞再生循环周期长度的恢复，角质化和脱屑的正常生理过程也有所改善，常见的就是二硫化硒。这一类祛屑剂的缺陷是不能很好控制头屑的临床症状，刺激性较大，在洗发香波中会带来发质粗涩，若冲洗不彻底，会造成脱发、脱色等问题。
抗微生物制剂，是通过抑制或破坏微生物实体形成来达到抑制头屑的目的，其去屑作用取决于能否减少或控制头皮的马拉色菌的数目。随着马拉色菌致病机理的逐渐明晰，抗微生物制剂在去屑产品中得到的广泛地应用。目前使用率较高的吡啶硫酮锌(ZPT)、吡啶酮乙醇胺盐(OCT)、双吡啶硫酮(BPT)、己脒定二羟基乙基磺酸盐、氯咪巴唑、酮康唑等都属于抗微生物制剂。但是这一类祛屑剂并非完美解决头屑的问题，比如ZPT、OCT都存在光不稳定的现象，长期使用会造成头发干枯等问题；氯咪巴唑、酮康唑类会产生耐药性等问题。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物。
本发明的另一目的在于提供上述含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物，由以下按质量份数计的成分组成：
所述的铝基MOFs材料是由含氧或氮原子的多齿有机配体与铝离子自组装形成具有周期性网络结构的晶体材料，是一类结合了无机物的稳定性和有机物的多样可修饰性的杂化配位聚合物；铝基MOFs材料(Al-MOF)是MIL-68系列材料中的一种，以法国科学家Férey为代表的拉瓦锡研究小组首次合成，具有很好的水稳定性；其结构单元是以MO4(OH)2八面体结构单元与对苯二甲酸有机配体相互桥联而成，通过三角形和六边形两种类型的孔道交替有序排列形成网络结构，孔道直径分别为
(1)将可溶性铝盐、有机配体和有机溶剂混合均匀，得到混合溶液；
(2)将步骤(1)得到的混合溶液升温至130～150℃，加入锌化合物，恒温反应5～12h，期间进行超声处理；反应结束，冷却至室温，过滤，得到改性铝基MOF材料初产物；
(3)将步骤(2)得到的改性铝基MOF材料初产物进行洗涤，活化，干燥处理，得到改性铝基MOF材料。
步骤(1)中所述的可溶性铝盐优选为硝酸铝和氯化铝中的一种或两种；更优选为无水氯化铝。
步骤(1)中所述的有机配体优选为对苯二甲酸。
步骤(1)中所述的有机配体和可溶性铝盐优选按摩尔比(1～2)：1配比计算。
步骤(1)中所述的有机溶剂优选为N,N-二甲基甲酰胺。
所述的有机溶剂是作为反应介质，不参与反应；其用量按能充分将可溶性铝盐、有机配体、锌化合物溶解或分散为准。
步骤(1)中所述的混合优选为通过超声状态下搅拌至混合均匀。
所述的超声的功率优选为20～30KHz；更优选为25KHz。
所述的搅拌的转速优选为200～300rpm；更优选为250rpm。
步骤(2)中所述的升温优选通过梯度升温实现。
所述的梯度升温的速度优选为1～3℃/min；更优选为2℃/min。
步骤(2)中所述的锌化合物优选为葡萄糖酸锌、月桂酸锌、肉豆蔻酸锌、棕榈酸锌、硬脂酸锌、蓖麻醇酸锌、甘氨酸锌、碳酸锌氢氧化物、乙酰蛋氨酸锌、天冬氨酸锌、水杨酸锌、十一烯酸锌、乳酸锌、甘氨酸锌、PCA锌和氧化锌晶须中的至少一种；更优选为氧化锌晶须。
所述的锌化合物的添加量优选按锌元素为铝元素质量的0.1％～1.5％计算；更优选为按锌元素为铝元素质量的0.1％～1.0％计算；最优选为按锌元素为铝元素质量的1.0％计算。
步骤(2)中所述的超声处理的条件优选为每隔30min超声4～6min；更优选为每隔30min超声5min。
步骤(2)中所述的超声处理的频率优选为20～30KHz；更优选为25KHz。
所述的室温是0～40℃；优选为20～30℃；更优选为24～28℃。
步骤(3)中所述的洗涤优选为使用N,N-二甲基甲酰胺、丙酮和去离子依次洗涤；更优选为使用N,N-二甲基甲酰胺洗涤3次，然后使用丙酮洗涤2次，再使用去离子水洗涤3次。
步骤(3)中所述的活化为加热活化。
所述的加热活化的条件优选为在250～350℃氮气气氛管式炉中煅烧4～6h；更优选为在300℃氮气气氛管式炉中煅烧5h。
步骤(3)中所述的干燥为冷冻干燥。
所述的冷冻干燥条件优选为于8～12Pa、-40～-60℃干燥2～4h；更优选为于10Pa、-50℃干燥3h。
所述的衍生物优选水溶性壳多糖季铵盐和水溶性壳多糖聚合物中的至少一种；
所述的水溶性壳多糖季铵盐是以壳多糖与阳离子醚化剂反应得到；更优选为按文献“张美云等.季铵盐壳聚糖的制备及其在抗菌纸中的应用[J].中国造纸,2008,27(2):14-17”中的步骤制备，其中，壳多糖与阳离子醚化剂的配比为质量比1：3.5～4.5，75℃反应6～8h。
所述的水溶性壳多糖季铵盐的阳离子取代度为0.45～0.65，粘均分子量为(0.5～0.8)×104g/mol。
所述的阳离子醚化剂优选为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、2,3-二羟基丙基三甲基氯化铵和2-羟丙基三甲基氯化铵中的至少一种。
所述的壳多糖优选为0.8×104～1.2×104g/mol，脱乙酰度为至少70％的壳多糖；更优选分子量为1.0×104g/mol，脱乙酰度为80％的壳多糖。
所述的水溶性壳多糖聚合物以壳多糖与单体通过自由基共聚反应得到；更优选为按文献“唐星华等.CTS-AM-DMC强阳离子型天然高分子絮凝剂的合成[J].水处理技术,2005,31(9):52-55”的制备条件制备。
所述的水溶性壳多糖聚合物的粘均分子量为(0.8～1.2)×106g/mol。
所述的单体为阳离子单体、非离子单体、阴离子单体和两性离子单体中的至少一种。
所述的阳离子单体优选为二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的至少一种。
所述的非离子单体优选为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
所述的阴离子单体优选为丙烯酸。
所述的两性离子单体优选为2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸。
所述的水溶性壳多糖聚合物优选为壳多糖与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺共聚获得；更优选为壳多糖与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺按质量比(1～2)：(6～8)：(3～6)配比反应得到。
所述的壳多糖的分子量为0.8×104～1.2×104g/mol；更优选为1.0×104g/mol。
所述的植物低聚糖优选水苏糖、棉籽糖、异麦芽酮糖、乳酮糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、低聚异麦芽糖、低聚异麦芽酮糖、低聚龙胆糖、大豆低聚糖和氢化淀粉水解物中的至少一种；
所述的氢化淀粉水解物中的淀粉包括马铃薯淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、豌豆淀粉、燕麦淀粉、野葛淀粉、绿豆籽淀粉、赤豆淀粉、稻米淀粉；优选为玉米淀粉。
所述的悬浮剂优选为卡波姆、汉生胶、羟丙基淀粉磷酸酯、纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和羟丙基甲基纤维素中的至少一种。
所述的悬浮剂，来自市售化妆品级原料，符合《化妆品安全技术规范2015版》要求。
所述的溶剂优选为水与多元醇的混合物；更优选为水与多元醇按体积比1:1混合得到的溶剂。
所述的多元醇优选丙二醇、丙三醇、山梨醇、木糖醇、1,3-丁二醇、辛甘醇、己二醇和戊二醇中的至少一种。
所述的含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物的制备方法，包括如下步骤：将Al-MOF材料、壳多糖或其衍生物、植物低聚糖和溶剂均匀混合得到；优选包括如下具体步骤：
1)将悬浮剂加入溶剂中，充分溶解均匀，得到混合物A；
2)混合物A在搅拌状态下，加入壳多糖或其衍生物，搅拌至溶解均匀，得到混合物B；
3)混合物B在搅拌状态下，加入Al-MOF材料，搅拌至混合均匀，0～5℃静置12～36h，得到混合物C；
4)混合物C回复至室温后在搅拌状态下，加入植物低聚糖，混合均匀，得到含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物。
步骤1)中所述的混合的转速优选为800～1200rpm。
步骤2)中所述的搅拌的转速优选为400～800rpm。
步骤3)中所述的搅拌的转速优选为200～400rpm。
步骤3)中所述的静置的时间优选为24h。
步骤4)中所述的搅拌的转速优选为100～200rpm。
所述的室温是0～40℃；优选为20～30℃；更优选为24～28℃
所述的含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物可以直接应用于头发、头皮护理，使用时，直接将所述的含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物均匀施于头发、头皮上即可；亦可加入清洁类、养护类产品中使用。
本发明具有以下的有益效果：
(1)本发明提供的抑菌去屑组合物，制备工艺简单，具有良好的抑菌去屑功效。
(2)本发明提供的组合物，稳定性好，使用简单；长期使用，不会造成头发和头皮的不良影响，无耐药性，能够平衡头皮油脂，改善头皮的健康状态。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一、铝基MOF材料A(亦称Al-MOF材料A)的制备
(1)将133.34g(1mol)无水氯化铝、166.13g(1mol)对苯二甲酸和2000ml N,N-二甲基甲酰胺加入到超声波搅拌器中，超声功率为25KHz，搅拌转速为250rpm，搅拌、超声至混合均匀，得到混合溶液；
(2)将步骤(1)得到的混合溶液以2℃/min的梯度升温至140℃，加入0.27g氧化锌晶须(购自国药集团化学试剂有限公司)，于130～150℃恒温反应8h，期间每隔30min开启超声(25KHz)，每次5min；反应结束，冷却至26℃，过滤，得到改性Al-MOF材料初产物；
(3)将步骤(2)得到的改性Al-MOF材料初产物进行洗涤，先用N,N-二甲基甲酰胺洗涤3次，然后用丙酮洗涤2次，再用去离子水洗涤3次。接着于300℃氮气气氛管式炉中煅烧5h进行活化，再于10Pa、-50℃冷冻干燥3h，得到改性Al-MOF材料(将其命名为改性Al-MOF材料A)。该改性Al-MOF材料A的形态为干粉，纯度99.2％，水分含量0.1％，通过EDS能谱仪进行元素分析(下同)，得到的元素质量百分比如表1所示：
表1
二、未改性Al-MOF材料的制备：与第一部分的步骤基本相同，区别仅在于没有加入步骤(2)中的氧化锌晶须。
三、检测
1、以比表面积和微孔结构分析仪(Micromeritics 3Fles，美国麦克)测定改性Al-MOF材料A和未改性Al-MOF材料，得到的比表面积和孔径结构如下所表2所示：
表2
可见，掺杂锌的铝基MOF材料(改性Al-MOF材料A)的比表面积和孔径比未改性的增大，表明改性Al-MOF材料A的吸附性能更好。
2、稳定性检测：
用水将改性Al-MOF材料A稀释成1％(w/v)的水分散液，48℃条件下静置30天，观察不同时间的XRD晶型结果。
将静置30天与静置0天的改性Al-MOF材料A的XRD图谱比较，二者晶型无差异。可见，改性Al-MOF材料的水稳定性良好。
3、抑菌能力测试
以大肠杆菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)以及与头屑密切相关的马拉色菌为试验菌株，以抑菌圈法考察1％(w/v)的改性Al-MOF材料A的抑菌能力，实验菌株均来自华南协同创新研究院绿色功能日化产品创新中心(大肠杆菌(E.coli)ATCC25922、金黄色葡萄球菌(S.aureus)ATCC6538、马拉色菌CMCC(F)Y17)，对照物为1％(w/v)未经过改性的Al-MOF材料和1％(w/v)氧化锌晶须，判断标准：抑菌圈直径＞7mm，判断为有抑菌作用，直径≤7mm，判断无抑菌作用。
结果如下：
表3
抑菌测试结果表明，经过锌元素改性的Al-MOF材料对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、马拉色菌的抑制能力明显提升，尤其是对马拉色菌抑制作用，对控制头皮屑具有重要的意义。
实施例2
一种含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物，由2质量份Al-MOF材料、2质量份壳多糖衍生物、2质量份氢化淀粉水解物(Senplant Malt，潮徽生物)、0.1质量份羟乙基纤维素(Natrosol 250HHR，亚跨龙)、46.95质量份去离子水，46.95质量份1,3-丁二醇组成；其中壳多糖衍生物为壳多糖与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵反应获得(制备步骤按“张美云等.季铵盐壳聚糖的制备及其在抗菌纸中的应用[J].中国造纸,2008,27(2):14-17”，区别在于原料壳多糖的分子量为1.0×104g/mol，脱乙酰度为80％，壳多糖与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的质量比为1:3.5，75℃反应8h，其余条件一致)。以硝酸银标准溶液滴定法测得阳离子取代度为0.45，以乌氏粘度计测得粘均分子量0.5×104g/mol。
其制备方法是：
(1)室温下，将羟乙基纤维素加入去离子水与1,3-丁二醇组成的溶剂中，1200rpm剪切至充分溶解均匀；
(2)800rpm搅拌下，将壳多糖衍生物加入，搅拌至溶解均匀；
(3)400rpm搅拌下，加入Al-MOF材料，搅拌至混合均匀，0℃静置24h；
(4)回复至室温，低速(200rpm)搅拌下，加入氢化玉米淀粉水解物，搅拌至混合均匀，得到含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物I。
实施例3
一种含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物由5质量份Al-MOF材料、5质量份壳多糖衍生物、5质量份氢化淀粉水解物(Senplant Malt，潮徽生物)、1质量份羟丙基纤维素(Klucel EF)、42质量份去离子水，42质量份丙三醇组成；其中壳多糖衍生物为壳多糖与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵反应获得(制备步骤按“张美云等.季铵盐壳聚糖的制备及其在抗菌纸中的应用[J].中国造纸,2008,27(2):14-17”，区别在于原料壳多糖的分子量为1.0×104g/mol，脱乙酰度为80％，壳多糖与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的质量比为1:4.5，75℃反应6h，其余条件一致)。以硝酸银标准溶液滴定法测得阳离子取代度为0.65，以乌氏粘度计测得粘均分子量0.8×104g/mol。
其制备方法是：
(1)室温下，羟丙基纤维素加入去离子水与丙三醇组成的溶剂中，1000rpm剪切至充分溶解均匀；
(2)600rpm搅拌下，将壳多糖衍生物加入，搅拌至溶解均匀；
(3)300rpm搅拌下，加入Al-MOF材料，搅拌至混合均匀，5℃静置24h；
(4)回复至室温，低速(150rpm)搅拌下，加入氢化小麦淀粉水解物，搅拌至混合均匀，得到含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物II。
实施例4
一种含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物由3质量份Al-MOF材料、3质量份壳多糖衍生物、3质量份氢化淀粉水解物(Senplant Malt，潮徽生物)、0.5质量份羟丙基甲基纤维素(METHOCEL 40-202，陶氏化学)、45.25质量份去离子水，45.25质量份丙二醇组成；其中壳多糖衍生物为壳多糖与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺共聚获得(制备方法参考“唐星华等.CTS-AM-DMC强阳离子型天然高分子絮凝剂的合成[J].水处理技术,2005,31(9):52-55”，区别在于原料壳多糖的分子量为1.0×104g/mol，CTS、AM、DMC的质量比为1:8:6，其余条件与最佳条件一致)。以乌氏粘度计测得粘均分子量0.8×106g/mol。
其制备方法是：
(1)室温下，羟丙基甲基纤维素加入去离子水与丙二醇组成的溶剂中，800rpm剪切至充分溶解均匀；
(2)400rpm搅拌下，将壳多糖衍生物加入，搅拌至溶解均匀；
(3)200rpm搅拌下，加入Al-MOF材料，搅拌至混合均匀，2℃静置24h；
(4)回复至室温，(100rpm)搅拌下，加入氢化燕麦淀粉水解物，搅拌至混合均匀，得到所述一种含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物III。
实施例5
一种含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物由2质量份Al-MOF材料、5质量份壳多糖衍生物、2质量份氢化淀粉水解物(Senplant Malt，潮徽生物)、0.8质量份羧甲基纤维素(Walocel CRT2000，陶氏化学)、45.1质量份的去离子水，45.1质量份的木糖醇组成，其中壳多糖衍生物为壳多糖与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰胺共聚获得(制备方法参考“唐星华等.CTS-AM-DMC强阳离子型天然高分子絮凝剂的合成[J].水处理技术,2005,31(9):52-55”，区别在于原料壳多糖的分子量为1.0×104g/mol，CTS、AM、DMC的质量比为2:6:3，其余条件与最佳条件一致。以乌氏粘度计测得粘均分子量为1.2×106g/mol。
其制备方法是：
(1)室温下，羧甲基纤维素加入去离子水与木糖醇组成的溶剂中，900rpm剪切至充分溶解均匀；
(2)500rpm搅拌下，将壳多糖衍生物加入，搅拌至溶解均匀；
(3)300rpm搅拌下，加入Al-MOF材料，搅拌至混合均匀，0℃静置24h；
(4)回复至室温，低速(100rpm)搅拌下，加入氢化稻米淀粉水解物，搅拌至混合均匀，得到含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物IV。
对比例1
在实施例2中，不添加AL-MOF材料，相应添加水补足量，得到组合物V。
对比例2
在实施例3中，不添加AL-MOF材料，相应添加水补足量，得到组合物VI。
对比例3
在实施例4中，不添加AL-MOF材料，相应添加水补足量，得到组合物VII。
对比例4
在实施例5中，不添加AL-MOF材料，相应添加水补足量，得到组合物VIII。
稳定性验证
感官测试：肉眼观察产品的性状，看是否有异常；
耐热试验：将样品放入(40±1)℃的电热恒温培养箱中24h，恢复室温后观察是否有变稀、变色、分层及硬度变化等现象，以判断样品的耐热性能；
耐寒试验：将样品放入(-5～-10)℃的电冰箱中24h，恢复室温后观察是否有变稀、变色、分层及硬度变化等现象，以判断样品的耐寒性能；
离心试验：将样品置于离心机中，以3000r/min的转速试验30min，观察样品的分离、分层状况。
稳定性测试结果见下表：
表4
稳定性测试结果表明：本发明制备的含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物I～IV是较为稳定的。
安全性评价
参考方法：
《化妆品安全技术规范2015版》第六章毒理学实验方法：皮肤刺激性/腐蚀性试验-多次皮肤刺激性
结果如下：
表5
安全性评价结果表明，含有铝基MOFs材料的抑菌去屑组合物，安全性高，对皮肤无刺激性。
抑菌测试：
测试方法：《QB/T 2738-2012日化产品抗菌抑菌效果的评价方法》7.3章节
测试微生物：糠秕马拉色菌(Malassezia furfur)CMCC(F)Y17
作用浓度及时间：原液20分钟
测试结果：
表6
抑菌测试结果表明，实施例制备的抑菌去屑组合物对糠秕马拉色菌具有良好的抑制能力。
功效验证：去屑止痒能力的感官评价
1.试验样品：以空白未添加祛屑剂的洗发香波为对照，分别在空白香波中加入实施例2-5及对比实施例1-4制得的抑菌去屑组合物2％。
2.试验对象：选取50名志愿者，随机分成5组，每组10人，要求：各志愿者的头发长度差异不足1cm；
3.试验方法：以空白及添加组合物的香波清洗头发，感官评价去屑及止痒效果，其中止痒效果是根据头痒开始的时间和头痒的程度来评分，去屑效果是根据头屑的多少和大小来评分。评价周期为2周，评价采用7分制，7分为最高分，1分为最低分，分数越高效果越好。结果如表所示。
4.试验结果：具体试验结果如下。
表7去屑止痒能力评价
从表中可以看出，添加抑菌去屑组合物I～IV的香波，去屑、止痒效果都较为显著，而未含有Al-MOF材料的组合物香波，效果则较差，这是由于Al-MOF材料能够吸附皮脂，进而抑制了马拉色菌的生长，降低了头皮刺激源，抑制了头屑的产生。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
