Com controlar l'estabilitat de les formulacions cosmètiques

L'emulsió és un sistema termodinàmicament inestable, i la seva vida útil és limitada. Indica que l'estabilitat de l'emulsió és un tema important per als formuladors cosmètics. Els cosmètics comercials han de tenir una vida útil de 2-3 anys. La vida útil d'una emulsió es pot definir com el temps que triga l'emulsió a deteriorar-se a un nivell inacceptable per als consumidors. Es necessita un llarg període de temps perquè els cosmètics comercials es distribueixin i s'emmagatzemin als consumidors. Generalment, la vida útil dels cosmètics és de 2 a 3 anys. Alguns països requereixen emulsions de sobre-taulell (OTC) que continguin agents de protecció solar per tenir una estabilitat de més de 5 anys. Atès que el mesurament de la vida útil en temps real requereix molt de temps, generalment les empreses cosmètiques rarament realitzen investigacions de vida útil en temps real, per la qual cosa és important dissenyar proves que prediuen amb precisió la vida útil de les emulsions. Tot i que actualment hi ha molts programes d'aquest tipus, encara hi ha una certa distància de la realitat, la qual cosa indica que l'estabilitat de l'emulsió no és una simple qüestió.

(1) El mecanisme d'inestabilitat de l'emulsió

Quan l'emulsió envelleix, experimenta canvis físics per fer l'emulsió inestable. Incloent els efectes de l'estratificació de la gravetat, la floculació i la desproporció.

El possible resultat de la separació de gravetat és la floculació. La floculació és un fenomen de sedimentació o estratificació. Durant la floculació, encara s'emulsiona, però la rica capa de fase dispersa es concentra a la capa superior (en l'emulsió O/W), o a la capa inferior (en l'emulsió O/W). Emulsió W/O). Els canvis causats per aquests dos tipus de gravetat són reversibles, i la sacsejada pot tornar a dispersar els materials agregats. Aquestes condicions obeeixen a la llei de Stokes, és a dir, la velocitat de separació és proporcional a la diferència de densitat entre la fase d'oli i la fase d'aigua, i la viscositat de la fase contínua és proporcional a la mida de partícula de la fase dispersa. Per tant, augmentar la viscositat de la fase contínua, o reduir la mida de partícules mitjançant molins col·loides o l'homogeneïtzació pot augmentar l'estabilitat de l'emulsió.

Quan les gotetes de fase dispersa s'uneixen i es combinen per formar gotetes més grans, es produeix la coalescència. Eventualment es produirà la separació de fases. Si la quantitat d'emulsionant no és suficient per mantenir les gotetes petites, però suficient per evitar la floculació, o més fusionar-se en una emulsió amb una distribució de partícules més gran, aquesta situació s'anomena coalescència limitada.

L'efecte desproporció és causat perquè la pressió interna de la gota és superior a la pressió externa de la gota. Aquest motor farà que els components químics es difonguin des de petites gotes fins a gotetes més grans, o possiblement a la fase contínua. Atès que diferents components del sistema tensioactiu poden difusar des de petites gotes fins a gotetes grans a diferents ritmes, com a resultat, les gotetes petites es fan més petites i les gotetes grans es fan més grans.

(2) Prova d'estabilitat d'emulsió

En la literatura s'han reportat molts mètodes experimentals que prediuen l'estabilitat de l'emulsió. Inclou principalment proves accelerades, proves en temps real i mesurament reològic.

1. Prova accelerada

La prova accelerada és un mètode basat en l'aplicació de la càrrega al sistema, com l'augment de la temperatura o l'acció centrífuga. El perill inherent de qualsevol prova accelerada és sotmetre l'emulsió a condicions molt més enllà del que realment es viu. Per tant, els resultats de les proves accelerades s'han d'utilitzar amb cura, i les conclusions han de ser comparades i confirmades pels resultats en condicions normals d'emmagatzematge.

La prova accelerada basada en la temperatura utilitza una temperatura elevada constant,

(Per exemple, 40 °C o 48 °C) o cicle de liofilitzar (-15 ~ 5 ° C a temperatura ambient). La base teòrica per utilitzar proves accelerades d'alta temperatura és l'equació d'Arrhenius que descriu la relació entre la velocitat de reacció química constant i la temperatura, és a dir, si la temperatura augmenta 10 °C, la velocitat de la majoria de reaccions químiques es duplica. Per tant, 3 anys a 20 °C haurien de ser equivalents a 4,5 mesos a 50 °C. No obstant això, a mesura que augmenta la temperatura, la viscositat de l'emulsió disminueix i l'equilibri de la solubilitat surfactant canvia. També es poden produir altres canvis, com la hidratació de sòlids col·loïdals i polímers, la partició de molècules entre les dues fases, i la fusió de ceres o altres substàncies. Alguns dels principals factors que fan que les emulsions siguin estables desapareixeran sobtadament a altes temperatures, la qual cosa provocarà que les emulsions es tornin inestables.

Les proves accelerades de vegades produeixen informació enganyosa. Algunes emulsions que també estan separades a altes temperatures poden tenir una vida útil diferent a temperatura ambient. Els emulsionants nonicònics es basen en la hidratació dels seus grups de polioxitotilè per estabilitzar les emulsions, i la seva selecció es basa en les característiques de la interfície a temperatura ambient. A altes temperatures, la hidratació dels emulsionants es fa més petita, i els seus valors HLB són completament diferents. Es poden considerar molècules de diferents propietats. En alguns casos, l'emulsió és més estable a alta temperatura que a baixa temperatura. En aquest cas, si la conclusió només es fa a partir de la prova accelerada d'alta temperatura, no només és incorrecta, sinó també enganyosa.

El cicle de fusió-congelació també augmenta la càrrega de l'emulsió, i hi ha alguns problemes inherents. A temperatures de congelació, la formació de cristalls de gel en emulsions O/W pot allargar i aplanar les partícules d'oli. A més, la part lipofílica de l'emulsionant perd la seva fluïdesa, i la part hidròfila espontàniament "es deshidrata" a causa de la congelació i precipitació de l'aigua. Si l'emulsió "cura" abans que es produeixi la coalescència, l'emulsió resistirà la prova. Si la taxa de re-dissolució dels components és lenta, l'emulsió és inestable, la qual cosa és diferent del procés que es produeix a temperatura ambient.

L'acció centrífuga és un altre mètode que utilitza la gravetat accelerada per aplicar una càrrega a l'emulsió. El radi és de 10cm, i la velocitat de 3750r/min durant 5h equival a 1 any per a la gravetat. Per tant, aquest mètode es pot aplicar a processos on la velocitat és decisiva per a la floculació i l'estratificació. Algunes persones utilitzen el mètode d'ultracentrifugació per determinar quantitativament l'estabilitat de l'emulsió. El temps necessari és més curt que el del mètode tradicional, però es necessita més treball per estudiar la correlació entre els resultats i les proves en temps real, i utilitzar la correlació per predir l'estabilitat de l'emulsió. La velocitat d'ultracentrifugació és de fins a 25000r/min. En aquestes condicions d'alta velocitat, hi ha una diferència entre l'estabilitat de l'emulsió i l'estabilitat en condicions normals; sota aquesta centrifugació d'alta velocitat, només la coalescència és l'etapa decisiva de la velocitat, de manera que les gotes o partícules s'amunteguen ràpidament, fent que el medi d'aigua es separi ràpidament. En condicions normals d'emmagatzematge, es produeix una floculació reversible i una floculació irreversible, que poden ser la fase decisiva de la velocitat del procés. A més, l'aplicació d'una força tan forta provocarà la fuga de la pel·lícula líquida del líquid de fase aquosa entre les gotetes i provocarà la destrucció de la pel·lícula emulsionant.

Només estudiant encara més la correlació entre els resultats de la prova accelerada i els resultats en condicions generals d'emmagatzematge, es pot utilitzar correctament la prova accelerada per predir l'estabilitat de l'emulsió.