摘要

传统表面活性剂乳化体系在日化、食品等乳状产品应用中，常存在刺激性偏高、耐温耐盐稳定性不足、配方复配受限等短板。纳米纤维素作为一类天然来源的一维纳米生物基颗粒乳化剂，可作为 Pickering 乳化颗粒富集于油水两相界面，通过不可逆界面吸附、紧密排布形成连续刚性纤维膜，依靠空间位阻效应阻滞油滴碰撞聚并，在较低添加量下即可构建具备优异储存稳定性的水包油乳液。本文从界面作用机理、实验室可视化验证、性能优势、应用场景及配方适配要点展开阐述，为乳状体系的绿色化、极简配方开发提供材料方案参考。

一、引言

乳液是由互不相溶的油、水两相在乳化物质作用下形成的分散体系，广泛应用于化妆品、个人护理、食品、涂料等领域。行业主流方案长期依赖小分子或高分子表面活性剂，依靠降低界面张力实现乳化。但表面活性剂体系存在固有局限：高添加带来潜在刺激风险、易受 pH、电解质、温度变化影响而破乳分层；部分表活与功效组分兼容性差，制约极简配方、清洁标签产品的开发。

Pickering 乳化是以固体纳米 / 微米颗粒替代传统表面活性剂的乳化技术。颗粒凭借自身两亲性锚定在油水界面，依靠颗粒层的物理阻隔作用实现乳液稳定，区别于表活的分子吸附模式，具备稳定性强、耐环境扰动、低刺激等特点。纳米纤维素由天然纤维素经机械、化学或生物法解离得到，保留纤维素本身的可降解、生物相容特性，同时具备纳米尺度的高比表面积、可调的表面亲水亲油平衡，是极具潜力的 Pickering 乳化基材。

二、纳米纤维素 Pickering 乳化可视化实验与现象分析

本实验室开展油水体系直观验证实验，实验体系以食用植物油为油相、纳米纤维素水分散液为水相，在无额外表面活性剂、高强度均质的条件下开展测试：

1. 先向透明样品瓶中加入定量纳米纤维素水分散液，随后缓慢注入油相；静置状态下，油相与水相因密度差异清晰分离，形成明显油水界面，体系未自发乳化。

2. 对样品瓶进行轻柔震荡，两相迅速分散，油相被剪切为微小液滴，纳米纤维素颗粒快速迁移并富集到新生的油水界面；震荡结束后，体系转变为均匀细腻的奶白色水包油乳液，无快速上浮、析油现象。

该现象说明：纳米纤维素无需复杂均质设备辅助，在低添加水平下即可发挥助乳化作用；乳化的核心驱动力并非单纯降低界面张力，而是颗粒在界面的吸附与组装行为。静置后的乳液可长时间维持均一状态，直观体现该 Pickering 体系的抗聚并稳定能力。

三、纳米纤维素界面吸附与乳液稳定机理

3.1 不可逆界面吸附行为

纳米纤维素表面富含大量羟基，通过表面改性或者调控分散条件，可获得适配油水界面的两亲特性。当油水两相发生剪切分散形成油滴时，纳米纤维素颗粒自发向油水界面迁移，在界面处发生不可逆吸附。 不同于表面活性剂分子存在界面 - 本体之间动态交换、易脱附的特点，纳米纤维素颗粒一旦锚定在界面上，脱附能远高于热运动能，不容易从油滴表面重新回到水相本体，保证界面颗粒层持续完整，这也是 Pickering 乳液长效稳定的基础。

3.2 界面颗粒组装，构筑物理阻隔屏障

吸附在界面的纳米纤维素沿着油滴表面横向紧密堆积、相互搭接，在油滴外围形成一层连续、致密且具备一定力学强度的纤维网络膜。这层刚性膜包裹每一个分散油滴，直接阻挡油滴之间的直接接触。

3.3 空间位阻抑制油滴聚并

当两个油滴在布朗运动或者外力作用下相互靠近时，油滴外层的纳米纤维素纤维层首先发生接触，产生显著的空间位阻排斥效应，抵消油滴之间的范德华吸引力，阻止液滴发生絮凝、聚并、粗化。 传统乳液的失稳路径多为油滴碰撞合并、粒径持续变大，最终出现分层、析油；纳米纤维素 Pickering 乳液从物理层面阻断这一过程，大幅提升乳液货架稳定性，对温度波动、少量电解质的耐受能力优于普通表活乳液。

补充区分：纳米纤维素在体系中同时存在于水相本体与油水界面。水相中的纤维还会提升连续相黏度，进一步减缓油滴的上浮沉降速率，与界面膜的空间位阻形成协同稳定效果，是 “界面成膜 + 连续相增稠流变协同” 的复合稳定机制。

四、纳米纤维素作为 Pickering 乳化颗粒的核心技术优势

1. 低添加助乳化，适配极简配方 仅需较低添加量即可完成乳化与维稳，可大幅减少甚至替代传统乳化剂，降低配方中乳化组分占比，适配当下美妆行业无表活、低添加、清洁标签的产品开发趋势；同时轻柔剪切即可成乳，降低生产端高压均质的能耗与工艺要求。

2. 生物基、低刺激、环境友好 原料来源于天然纤维素，可生物降解，生物相容性良好；无传统表活带来的皮肤刺激、眼刺激风险，适合敏感肌护理产品、婴童洗护等场景。

3. 稳定机制抗干扰能力强 依靠固体颗粒膜的物理阻隔稳定，而非单纯依赖界面张力，对体系 pH、少量电解质、温度波动的耐受范围更广，不容易出现突发性破乳。

4. 材料多功能协同，一剂多用 纳米纤维素同时兼具流变调控、悬浮稳定、成膜、保湿等多重功能。同一组分既承担 Pickering 乳化维稳，又可以作为悬浮载体承载珠光粒子、活性粉体（如金色蚕丝、二氧化钛等），实现 “乳化 + 悬浮 + 增稠” 协同，精简配方原料清单。

5. 乳液形态可控 通过调整纳米纤维素的表面改性方式、添加量、油水相比，可调控乳液粒径、黏度，适配从轻薄精华乳到厚重面霜、膏状洗护等不同稠度需求。

五、应用领域与配方适配要点

5.1 化妆品与个人护理（核心应用方向）

适用于水包油体系护肤乳液、精华乳、身体乳、防晒乳、护发乳、卸妆乳等产品。 配方提示：优先适配水包油体系；需要关注油相种类、电解质、活性添加剂对颗粒界面吸附行为的影响；可与少量温和助乳化剂复配，进一步优化肤感。

5.2 食品乳浊体系

可用于风味乳化液、植物基乳状饮品、酱料体系，满足食品可降解、清洁标签需求。

5.3 其他工业乳状体系

水性涂料、农用乳剂等需要长效分散稳定、低 VOC 的乳状体系。

六、局限与配方优化思路

纳米纤维素 Pickering 乳化体系也存在一定适配边界，适合水包油体系，直接制备油包水乳液需要针对性表面改性；高盐、高离子强度体系可能影响纤维分散状态。在实际配方开发中，我们可以通过纤维表面修饰、分散工艺优化、与少量温和助剂复配的方式拓展适配边界。研发阶段建议先开展相容性、加速稳定性（冷热循环、离心测试）评估。

七、试样与技术服务

我司可提供不同规格的纳米纤维素水分散液，面向配方研发工程师提供样品测试、配方适配技术支持，可协助开展乳化体系稳定性评估、冷热循环、离心加速试验、粒径表征等测试。欢迎日化、食品行业研发团队联系我们，共同开展 Pickering 乳化体系开发与定制化方案打磨。