Kako kontrolirati stabilnost kozmetičkih formulacija

Emulzija je termodinamički nestabilan sustav, a životni vijek mu je ograničen. To ukazuje na to da je stabilnost emulzije važno pitanje za kozmetičke formulatore. Komercijalna kozmetika mora imati rok trajanja od 2-3 godine. Rok trajanja emulzije može se definirati kao vrijeme potrebno da se emulzija pogorša na neprihvatljivu razinu za potrošače. Potrebno je dugo vremena da se komercijalna kozmetika distribuira i skladišti potrošačima. Općenito, rok trajanja kozmetike je 2 do 3 godine. Neke zemlje zahtijevaju bezreceptne (OTC) emulzije koje sadrže sredstva za zaštitu od sunca kako bi imale stabilnost dulju od 5 godina. Budući da je mjerenje roka trajanja u stvarnom vremenu dugotrajno, kozmetičke tvrtke rijetko provode istraživanje roka trajanja u stvarnom vremenu, pa je važno dizajnirati testove koji točno predviđaju rok trajanja emulzija. Iako trenutno postoji mnogo takvih programa, još uvijek postoji određena udaljenost od stvarnosti, što ukazuje na to da stabilnost emulzije nije jednostavna stvar.

(1) Mehanizam nestabilnosti emulzije

Kada je emulzija stara, prolazi kroz fizičke promjene kako bi emulzija bila nestabilna. Uključujući učinke gravitacijskog raslojavanja, flokulacije i nerazmjera.

Mogući rezultat odvajanja gravitacije je flokulacija. Flokulacija je fenomen sedimentacije ili stratifikacije. Tijekom flokulacije, još uvijek je emulgiran, ali bogati raspršeni fazni sloj koncentriran je u gornjem sloju (u O / W emulziji) ili u donjem sloju (u O / W emulziji). W/O emulzija). Promjene uzrokovane ove dvije vrste gravitacije su reverzibilne, a tresenje može ponovno raspršiti agregirane materijale. Ti uvjeti poštuju Stokesov zakon, odnosno brzina odvajanja proporcionalna je razlici gustoće između faze ulja i vodene faze, a viskoznost kontinuirane faze proporcionalna je veličini čestica raspršene faze. Stoga, povećanje viskoznosti kontinuirane faze ili smanjenje veličine čestica pomoću koloidnih mlinova ili homogenizacija mogu povećati stabilnost emulzije.

Kada se raspršene fazne kapljice spoje i kombiniraju u veće kapljice, dolazi do koalescencije. Na kraju će doći do odvajanja faze. Ako količina emulgatora nije dovoljna da kapljice ostanu male, ali dovoljne da spriječe flokulaciju ili se dodatno spoje u emulziju s većom raspodjelom čestica, ova situacija se naziva ograničena koalescencija.

Učinak nerazmjera uzrokovan je unutarnjim tlakom kapljice koji je veći od vanjskog tlaka kapljice. Ova pokretačka snaga uzrokovat će difuziju kemijskih komponenti od malih kapljica do većih kapljica ili eventualno do kontinuirane faze. Budući da se različite komponente sustava surfaktanata mogu raspršiti od malih kapljica do velikih kapljica različitim brzinama, kao rezultat toga, male kapljice postaju manje, a velike kapljice postaju veće.

(2) Test stabilnosti emulzije

U literaturi su zabilježene mnoge eksperimentalne metode koje predviđaju stabilnost emulzije. Uglavnom uključuje ubrzani test, test u stvarnom vremenu i reološko mjerenje.

1. Ubrzani test

Ubrzani test je metoda koja se temelji na primjeni opterećenja na sustav, kao što je povećanje temperature ili centrifugalno djelovanje. Inherentna opasnost od bilo kojeg ubrzanog testa je podvrgnuti emulziju uvjetima koji su daleko iznad onoga što je zapravo doživljeno. Stoga bi se ubrzani rezultati ispitivanja trebali upotrebljavati s pažnjom, a zaključke bi trebalo usporediti i potvrditi rezultatima u uobičajenim uvjetima skladištenja.

Ubrzani test na temelju temperature koristi konstantnu visoku temperaturu,

(Na primjer, 40°C ili 48°C) ili ciklus zamrzavanja taljenja (-15~ 5 °C do sobne temperature). Teorijska osnova za korištenje visokotemperaturnih ubrzanih testova je Arrheniusova jednadžba koja opisuje odnos između konstante brzine kemijske reakcije i temperature, odnosno ako se temperatura poveća za 10 °C, brzina većine kemijskih reakcija se udvostručuje. Stoga bi 3 godine na 20 °C trebale biti jednake 4,5 mjeseca na 50 °C. Međutim, kako se temperatura povećava, viskoznost emulzije se smanjuje i mijenja se ravnoteža topljivosti površinski aktivnih zraka. Mogu se pojaviti i druge promjene, kao što su hidratacija koloidnih krutih tvari i polimera, podjela molekula između dviju faza i taljenje voskova ili drugih tvari. Neki od glavnih čimbenika koji čine emulzije stabilnim iznenada će nestati na visokim temperaturama, što će rezultirati nestabilnim emulzijama.

Ubrzano testiranje ponekad daje neke obmanjujuće informacije. Neke emulzije koje su također odvojene na visokim temperaturama mogu imati različit rok trajanja na sobnoj temperaturi. Neionski emulgatori oslanjaju se na hidrataciju svojih polioksietilenskih skupina kako bi stabilizirali emulzije, a njihov odabir temelji se na karakteristikama sučelja na sobnoj temperaturi. Na visokim temperaturama hidratacija emulgatora postaje manja, a njihove HLB vrijednosti potpuno različite. Mogu se smatrati molekulama različitih svojstava. U nekim slučajevima, emulzija je stabilnija na visokoj temperaturi nego na niskoj temperaturi. U ovom slučaju, ako se zaključak donese samo na temelju ubrzanog testa visoke temperature, to nije samo netočno, već i obmanjujuće.

Ciklus zamrzavanja i taljenja također povećava opterećenje emulzije, a postoje i neki inherentni problemi. Na niskim temperaturama, stvaranje kristala leda u O/W emulzijama može izdužiti i izravnati čestice ulja. Osim toga, lipofilni dio emulgatora gubi svoju fluidnost, a hidrofilni dio spontano "dehidrira" zbog smrzavanja i oborina vode. Ako emulzija "liječi" prije nego što dođe do koalescencije, emulzija će izdržati test. Ako je brzina ponovnog otapanja komponenti spora, emulzija je nestabilna, što se razlikuje od procesa koji se odvija na sobnoj temperaturi.

Centrifugalno djelovanje je još jedna metoda koja koristi ubrzanu gravitaciju za primjenu opterećenja na emulziju. Radijus je 10cm, a brzina od 3750r / min za 5h jednaka je 1 godini za gravitaciju. Stoga se ova metoda može primijeniti na procese u kojima je brzina odlučujuća za flokulaciju i stratifikaciju. Neki ljudi koriste metodu ultracentrifugacije kako bi kvantitativno odredili stabilnost emulzije. Potrebno vrijeme je kraće od vremena tradicionalne metode, ali potrebno je više rada kako bi se proučila korelacija između rezultata i testova u stvarnom vremenu i koristila korelacija za predviđanje stabilnosti emulzije. Brzina ultracentrifugacije je do 25000r / min. U takvim uvjetima velike brzine postoji razlika između stabilnosti emulzije i stabilnosti u normalnim uvjetima; pod takvom centrifugiranjem velike brzine, samo je koalescencija odlučujuća faza brzine, tako da se kapljice ili čestice Brzo gomilaju, uzrokujući brzo odvajanje vodenog medija. U normalnim uvjetima skladištenja dolazi do reverzibilne flokulacije i nepovratne flokulacije, a obje mogu biti odlučujuća faza brzine procesa. Osim toga, primjena takve jake sile uzrokovat će curenje tekućeg filma tekuće fazne tekućine između kapljica i uzrokovati uništenje emulgatorskog filma.

Samo daljnjim proučavanjem korelacije između rezultata ubrzanog testa i rezultata u općim uvjetima skladištenja, ubrzani test može se ispravno koristiti za predviđanje stabilnosti emulzije.