Kako kontrolirati stabilnost kozmetičkih formulacija

Emulzija je termodinamički nestabilan sistem i životni vijek je ograničen. To ukazuje da je stabilnost emulzije važno pitanje za kozmetičke formulatore. Komercijalna kozmetika mora imati rok trajanja 2-3 godine. Rok trajanja emulzije može se definirati kao vrijeme potrebno da se emulzija pogorša do neprihvatljive razine za potrošače. Potreban je dug vremenski period dok se komercijalna kozmetika distribuira i skladišti potrošačima. Rok upotrebe kozmetike je 2 do 3 godine. Neke zemlje zahtijevaju emulzije bez recepta (OTC) koje sadrže sredstva za zaštitu od sunca da bi imale stabilnost dulju od 5 godina. Budući da je mjerenje roka trajanja u stvarnom vremenu dugotrajno, općenito kozmetičke kompanije rijetko provode istraživanje roka trajanja u stvarnom vremenu, pa je važno dizajnirati testove koji precizno predviđaju rok trajanja emulzija. Iako trenutno postoji mnogo takvih programa, još uvijek postoji određena udaljenost od stvarnosti, što ukazuje da stabilnost emulzije nije jednostavna stvar.

(1) Mehanizam nestabilnosti emulzije

Kada emulzija odleži, ona se podvrgava fizičkim promjenama da bi emulzija postala nestabilna. Uključujući efekte gravitacione stratifikacije, flokulacije i disproporcije.

Mogući rezultat gravitacionog razdvajanja je flokulacija. Flokulacija je fenomen sedimentacije ili raslojavanja. Tokom flokulacije on je još uvijek emulgiran, ali bogati dispergirani fazni sloj koncentriran je u gornjem sloju (u O / W emulziji) ili u donjem sloju (u O / W emulziji). Bez emulzije). Promjene uzrokovane ove dvije vrste gravitacije su reverzibilne i potresanje može ponovno raspršiti agregirane materijale. Ovi uslovi poštuju Stokes' zakon, odnosno brzina razdvajanja proporcionalna je razlici gustine između uljne i vodene faze, a viskoznost kontinuirane faze proporcionalna veličini čestica raspršene faze. Prema tome, povećanje viskoznosti kontinuirane faze ili smanjenje veličine čestica pomoću koloidnih mlinova ili homogenizacije može povećati stabilnost emulzije.

Kada se kapljice raspršene faze spoje i kombinuju u veće kapljice, dolazi do spajanja. Na kraju će doći do razdvajanja faza. Ako količina emulgatora nije dovoljna da kapljice budu male, ali dovoljne da spriječe flokulaciju ili se dalje spajaju u emulziju s većom distribucijom čestica, ta se situacija naziva ograničena koalescencija.

Efekat disproporcije uzrokovan je time što je unutrašnji pritisak kapljice veći od spoljnjeg pritiska kapljice. Ova pokretačka sila će uzrokovati difuziju hemijskih komponenata iz malih kapljica u veće kapljice ili, možda, u kontinuiranu fazu. Budući da se različite komponente sistema surfaktanta mogu različito povećavati od malih kapi do velikih kapljica, kao rezultat toga, male kapljice postaju manje, a velike kapljice veće.

(2) Ispitivanje stabilnosti emulzije

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

1. Ubrzani test

Ubrzani test je metoda koja se zasniva na primjeni opterećenja na sistem, poput povećanja temperature ili centrifugalnog djelovanja. Opasnost svakog ubrzanog testa je podvrgavanje emulziji uslovima koji su daleko iznad onoga što se stvarno doživljava. Stoga ubrzane rezultate ispitivanja treba koristiti s pažnjom, a zaključke treba usporediti i potvrditi rezultatima u normalnim uvjetima skladištenja.

Ubrzani test zasnovan na temperaturi koristi konstantnu visoku temperaturu,

(Na primjer, 40 ° C ili 48 ° C) ili ciklus smrzavanja-topljenja (-15 ~ 5 ° C do sobne temperature). Teoretska osnova za korištenje ubrzanih testova na visokoj temperaturi 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 trebalo biti ekvivalentno 4,5 mjeseca na 50 ° C. Međutim, kako se temperatura povećava, viskoznost emulzije opada i ravnoteža topljivosti površinski aktivnih supstanci se menja. Mogu se dogoditi i druge promjene, poput hidratacije koloidnih čvrstih supstanci i polimera, raspodjele molekula između dvije faze i topljenja voska ili drugih supstanci. Neki od glavnih čimbenika koji emulzije čine stabilnima iznenada će nestati na visokim temperaturama, što rezultira emulzijom koja postaje nestabilna.

Ubrzana testiranja ponekad daju neke obmanjujuće informacije. Neke emulzije koje se također odvajaju na visokim temperaturama mogu imati različit vijek 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. Pri visokim temperaturama hidratacija emulgatora postaje manja, a njihove vrijednosti HLB potpuno su različite. Mogu se smatrati molekulima različitih svojstava. U nekim slučajevima emulzija je stabilnija na visokoj temperaturi nego na niskoj temperaturi. U ovom slučaju, ako se zaključak donese samo na osnovu ubrzanog testa na visokoj temperaturi, to nije samo netačno, već i obmanjujuće.

Ciklus smrzavanja i topljenja takođe povećava opterećenje emulzije i postoje neki svojstveni problemi. Pri temperaturama smrzavanja, stvaranje kristala leda u emulzijama O / W može izdužiti i izravnati čestice ulja. Uz to, lipofilni dio emulgatora gubi fluidnost, a hidrofilni dio spontano GG, dehidrira GG; zbog smrzavanja i padavina vode. Ako emulzija&liječi GG; prije nego što dođe do spajanja, emulzija će izdržati test. Ako je brzina ponovnog otapanja komponenata spora, emulzija je nestabilna, što se razlikuje od procesa koji se odvija na sobnoj temperaturi.

Centrifugalno djelovanje je druga metoda koja koristi ubrzanu gravitaciju za nanošenje opterećenja na emulziju. Radijus je 10 cm, a brzina od 3750r / min tokom 5 sati jednaka je 1 godini gravitacije. Stoga se ova metoda može primijeniti na procese kod kojih je brzina presudna za flokulaciju i raslojavanje. Neki koriste metodu ultracentrifugacije da bi kvantitativno odredili stabilnost emulzije. Potrebno vrijeme je kraće od vremena tradicionalne metode, ali potrebno je više rada kako bi se proučila povezanost rezultata i testova u stvarnom vremenu, a korelacija koristi za predviđanje stabilnosti emulzije. Brzina ultracentrifuga je do 25000r / min. U takvim uvjetima velike brzine postoji razlika između stabilnosti emulzije i stabilnosti u normalnim uvjetima; pri takvom centrifugiranju velike brzine, samo je spajanje odlučujući stupanj brzine, pa se kapljice ili čestice brzo nagomilavaju, što dovodi do brzog razdvajanja vodenog medija. U normalnim uvjetima skladištenja dolazi do reverzibilne flokulacije i nepovratne flokulacije, što oboje može biti odlučujuća faza brzine procesa. Uz to, primjena tako jake sile prouzročit će curenje tekućeg filma tekućine vodene faze između kapljica i prouzročiti uništavanje filma emulgatora.

Samo daljnjim proučavanjem korelacije između rezultata ubrzanog testa i rezultata pod opštim uvjetima skladištenja, ubrzani test može se pravilno koristiti za predviđanje stabilnosti emulzije.