Як контролювати стабільність косметичних рецептур

Емульсія є термодинамічно нестабільною системою, і тривалість її життя обмежена. Це свідчить про те, що стабільність емульсії є важливим питанням для косметичних формулюаторів. Комерційна косметика повинна мати термін придатності 2-3 роки. Термін придатності емульсії може бути визначений як тривалість часу, що потрібно для емульсії, щоб погіршитися до неприйнятного для споживачів рівня. Для того, щоб комерційна косметика була поширена і збережена споживачам, потрібен тривалий період часу. Як правило, термін зберігання косметики становить від 2 до 3 років. Деякі країни вимагають безрецептурних (безрецептурних) емульсій, що містять сонцезахисні засоби, щоб мати стабільність довше, ніж 5 років. Оскільки вимірювання терміну придатності в режимі реального часу трудомістке, як правило, косметичні компанії рідко проводять дослідження терміну придатності в режимі реального часу, тому важливо розробити тести, які точно прогнозують термін придатності емульсій. Хоча таких програм в даний час багато, все ще існує певна відстань від реальності, що свідчить про те, що стабільність емульсії не є простою справою.

(1) Механізм нестабільності емульсії

Коли емульсія витримує, вона зазнає фізичних змін, щоб зробити емульсію нестабільною. У тому числі наслідки стратифікації гравітації, флокуляції та диспропорції.

Можливим результатом гравітаційного поділу є флокуляція. Флокуляція - явище осадження або розшарування. Під час флокуляції він все ще емульгується, але багатий дисперсний фазовий шар концентрується у верхньому шарі (в емульсії O / W), або в нижньому шарі (в емульсії O / W). W/O емульсія). Зміни, викликані цими двома видами тяжіння, є оборотними, і струшування може повторно розігнати агреговані матеріали. Ці умови підкоряються закону Стоукса, тобто швидкість поділу пропорційна різниці щільності між фазою масла і фазою води, а в'язкість безперервної фази пропорційна розміру частинок дисперсної фази. Тому підвищення в'язкості безперервної фази, або зменшення розміру частинок за допомогою колоїдних млинів або гомогенізації може підвищити стійкість емульсії.

Коли краплі дисперсної фази з'єднуються і об'єднуються, щоб утворювати більші крапельки, відбувається об'єднання. Зрештою відбудеться фазовий поділ. Якщо кількості емульгатора недостатньо, щоб тримати краплі невеликими, але достатньо, щоб запобігти флокуляції, або в подальшому об'ємуться в емульсію з більшим розподілом частинок, ця ситуація називається обмеженим об'єом.

Ефект диспропорції викликаний внутрішнім тиском крапельки, що вище зовнішнього тиску крапельки. Ця рушійна сила призведе до того, що хімічні компоненти дифузії від дрібних крапель до більших крапель, або, можливо, до безперервної фази. Оскільки різні компоненти поверхнево-активної системи можуть розсіютися від дрібних крапель до великих крапельок з різною ставкою, в результаті дрібних крапельок стає менше, а великих крапельок стає більше.

(2) Тест на стабільність емульсії

Багато експериментальних методів, які передбачають стабільність емульсії, були повідомлені в літературі. В основному вона включає прискорене тестування, тест в реальному часі та реологічне вимірювання.

1. Прискорений тест

Прискорений тест - це метод, заснований на застосуванні навантаження на систему, наприклад, підвищення температури або відцентрова дія. Притаманна небезпека будь-якого прискореного тесту полягає в тому, щоб підлягати емульсії умовам, далеким від того, що насправді переживається. Тому прискорені результати випробувань слід використовувати з обережністю, а висновки порівнювати і підтверджувати за результатами в нормальних умовах зберігання.

Прискорений тест на основі температури використовує постійну високу температуру,

(Наприклад, 40°C або 48°C) або цикл замерзання (-15~5°C до кімнатної температури). Теоретичною основою використання високотемпературних прискорених тестів є рівняння Арреніуса, що описує взаємозв'язок між постійною і температурою хімічної реакції, тобто, якщо температура підвищується на 10°C, швидкість більшості хімічних реакцій подвоюється. Тому 3 роки при 20°C повинні бути еквівалентні 4,5 місяцям при 50°C. Однак в міру підвищення температури в'язкість емульсії знижується і змінюється баланс розчинності поверхнево-активності. Інші зміни також можуть відбуватися, такі як гідратація колоїдних твердих речовин і полімерів, поділ молекул між двома фазами, і плавлення воску або інших речовин. Деякі з основних факторів, які роблять емульсії стабільними, раптово зникнуть при високих температурах, в результаті чого емульсії стають нестабільними.

Прискорене тестування іноді призводить до введення деякої інформації, що вводить в оману. Деякі емульсії, які також відокремлюються при високих температурах, можуть мати різний термін придатності при кімнатній температурі. Неіонічні емульгатори покладаються на гідратацію їх поліоксиетиленових груп для стабілізації емульсій, а їх вибір заснований на характеристиках інтерфейсу при кімнатній температурі. При високих температурах гідратація емульгаторів стає меншою, а їх значення HLB абсолютно різні. Їх можна розглядати як молекули різних властивостей. У деяких випадках емульсія більш стабільна при високій температурі, ніж при низькій температурі. При цьому, якщо висновок зроблений тільки на основі високотемпературного прискореного тесту, він не тільки невірний, але і вводить в оману.

Цикл заморожування-плавлення також збільшує навантаження емульсії, і є деякі притаманні проблеми. При температурі замерзання утворення кристалів льоду в емульсіях O / W може витягнути і сплюснути частинки масла. Крім того, ліпофільна частина емульгатора втрачає свою плинність, а гідрофільна частина спонтанно «зневоднюється» через замерзання і опади води. Якщо емульсія "лікує" до того, як відбудеться коалескція, емульсія витримає випробування. Якщо швидкість повторного розчинення компонентів повільна, емульсія нестабільна, що відрізняється від процесу, що відбувається при кімнатній температурі.

Відцентрові дії - це ще один метод, який використовує прискорену гравітацію для застосування навантаження на емульсію. Радіус становить 10 см, а швидкість 3750r / хв протягом 5h еквівалентна 1 року для гравітації. Тому цей метод може бути застосований до процесів, де швидкість є визначальною для флокуляції та стратифікації. Деякі люди використовують метод ультрацентрифугації для кількісного визначення стійкості емульсії. Необхідний час коротший, ніж у традиційного методу, але потрібно більше роботи для вивчення кореляції між результатами та тестами в режимі реального часу, і використовувати кореляцію для прогнозування стабільності емульсії. Швидкість ультрацентрифугації становить до 25000r/min. При таких швидкісних умовах існує різниця між стійкістю емульсії і стабільністю в нормальних умовах; при такій швидкісній центрифугації вирішальною стадією швидкості є тільки об'єднання, тому краплі або частинки вони швидко накопичуються, в результаті чого водне середовище швидко відокремлюється. При нормальних умовах зберігання відбувається оборотна флокуляція і незворотна флокуляція, обидві з яких можуть бути вирішальною стадією швидкості процесу. Крім того, застосування такої сильної сили викличе витік рідкої плівки ваза фазної рідини між крапельками і викличе руйнування плівки емульгатора.

Тільки шляхом подальшого вивчення кореляції між результатами прискореного тесту і результатами в загальних умовах зберігання, можна правильно використовувати прискорений тест для прогнозування стійкості емульсії.