Hvordan kontrollere stabiliteten til kosmetiske formuleringer

Emulsjon er et termodynamisk ustabilt system, og dets levetid er begrenset. Det indikerer at emulsjonens stabilitet er et viktig spørsmål for kosmetiske formulatorer. Kommersiell kosmetikk må ha en holdbarhet på 2-3 år. Holdbarheten til en emulsjon kan defineres som hvor lang tid det tar for emulsjonen å forverres til et uakseptabelt nivå for forbrukerne. Det tar lang tid før kommersiell kosmetikk distribueres og lagres til forbrukerne. Generelt er holdbarheten til kosmetikk 2 til 3 år. Noen land krever reseptfrie (OTC) emulsjoner som inneholder solkrememidler for å ha en stabilitet på mer enn 5 år. Siden måling i sanntid av holdbarhet er tidkrevende, utfører kosmetiske selskaper vanligvis sjelden sanntidsforskning, så det er viktig å utforme tester som nøyaktig forutsier holdbarheten til emulsjoner. Selv om det er mange slike programmer for tiden, er det fortsatt en viss avstand fra virkeligheten, noe som indikerer at stabiliteten til emulsjonen ikke er en enkel sak.

(1) Mekanismen for ustabilitet i emulsjonen

Når emulsjonen er eldre, gjennomgår den fysiske endringer for å gjøre emulsjonen ustabil. Inkludert effekten av tyngdekraftsstratifisering, flokkulering og proporsjonering.

Det mulige resultatet av gravitasjonsseparasjon er flokkulering. Flokkulering er et fenomen av sedimentering eller stratifisering. Under flokkulering er den fremdeles emulgert, men det rike dispergerte faselaget er konsentrert i det øvre laget (i O / W-emulsjonen) eller i det nedre laget (i O / W-emulsjonen). Uten emulsjon). Endringene forårsaket av disse to tyngdekraftene er reversible, og risting kan spre de aggregerte materialene på nytt. Disse forholdene overholder Stokes' lov, det vil si separasjonshastigheten er proporsjonal med tetthetsforskjellen mellom oljefasen og vannfasen, og viskositeten til den kontinuerlige fasen er proporsjonal med partikkelstørrelsen til den dispergerte fasen. Derfor kan økning av viskositeten til den kontinuerlige fasen, eller reduksjon av partikkelstørrelsen ved bruk av kolloidmøller eller homogenisering, øke emulsjonens stabilitet.

Når dråpene i spredt fase bringes sammen og kombineres for å danne større dråper, oppstår koalescens. Til slutt vil faseseparasjon oppstå. Hvis mengden av emulgator ikke er nok til å holde dråpene små, men nok til å forhindre flokkulering, eller videre smelte sammen til en emulsjon med større partikkelfordeling, kalles denne situasjonen begrenset koalesens.

Disproportioneringseffekten er forårsaket av at det indre trykket i dråpen er høyere enn det ytre trykket i dråpen. Denne drivkraften vil føre til at de kjemiske komponentene diffunderer fra små dråper til større dråper, eller muligens til den kontinuerlige fasen. Siden forskjellige komponenter i det overflateaktive systemet kan diffundere fra små dråper til store dråper i forskjellige hastigheter, blir resultatet små dråper mindre og store dråper blir større.

(2) Emulsjonsstabilitetstest

Mange eksperimentelle metoder som forutsier emulsjonsstabilitet er rapportert i litteraturen. Det inkluderer hovedsakelig akselerert test, sanntidstest og reologisk måling.

1. Akselerert test

Akselerert test er en metode basert på å påføre belastning på systemet, for eksempel økende temperatur eller sentrifugalvirkning. Den iboende faren ved enhver akselerert test er å utsette emulsjonen for forhold langt utover det som faktisk oppleves. Derfor bør de akselererte testresultatene brukes med forsiktighet, og konklusjonene skal sammenlignes og bekreftes av resultatene under normale lagringsforhold.

Den temperaturbaserte akselererte testen bruker konstant høy temperatur,

(For eksempel 40 ° C eller 48 ° C) eller frysesmeltesyklus (-15 ~ 5 ° C til romtemperatur). Det teoretiske grunnlaget for å bruke akselererte tester med høy temperatur er Arrhenius-ligningen som beskriver forholdet mellom den kjemiske reaksjonshastighetskonstanten og temperaturen, det vil si hvis temperaturen øker med 10 ° C, fordobles hastigheten for de fleste kjemiske reaksjoner. Derfor bør 3 år ved 20 ° C tilsvare 4,5 måneder ved 50 ° C. Imidlertid, når temperaturen øker, reduseres viskositeten til emulsjonen, og balansen mellom overflateaktivt oppløselighet endres. Andre endringer kan også forekomme, slik som hydrering av kolloidale faste stoffer og polymerer, fordeling av molekyler mellom de to fasene, og smelting av voks eller andre stoffer. Noen av hovedfaktorene som gjør emulsjoner stabile, vil plutselig forsvinne ved høye temperaturer, noe som resulterer i at emulsjoner blir ustabile.

Akselerert testing gir noen ganger misvisende informasjon. Noen emulsjoner som også skilles fra ved høye temperaturer kan ha ulik holdbarhet ved romtemperatur. Ikke-ioniske emulgatorer er avhengige av hydratiseringen av deres polyoksyetylengrupper for å stabilisere emulsjoner, og deres valg er basert på grensesnittegenskapene ved romtemperatur. Ved høye temperaturer blir hydratiseringen av emulgatorer mindre, og deres HLB-verdier er helt forskjellige. De kan betraktes som molekyler med forskjellige egenskaper. I noen tilfeller er emulsjonen mer stabil ved høy temperatur enn ved lav temperatur. I dette tilfellet, hvis konklusjonen bare treffes på grunnlag av den høye temperaturen akselerert test, er den ikke bare feil, men også misvisende.

Frysesmeltesyklusen øker også belastningen på emulsjonen, og det er noen iboende problemer. Ved frysende temperaturer kan dannelsen av iskrystaller i O / W-emulsjoner forlenge og flate oljepartikler. I tillegg mister den lipofile delen av emulgatoren sin fluiditet, og den hydrofile delen spontant&", dehydrerer GG"; på grunn av frysing og nedbør av vann. Hvis emulsjonen&"herder GG"; før koalescens oppstår, vil emulsjonen tåle testen. Hvis gjenoppløsningshastigheten til komponentene er treg, er emulsjonen ustabil, noe som er forskjellig fra prosessen som skjer ved romtemperatur.

Sentrifugalhandling er en annen metode som bruker akselerert tyngdekraft for å påføre en belastning på emulsjonen. Radien er 10 cm, og hastigheten på 3750r / min i 5 timer tilsvarer 1 år for tyngdekraften. Derfor kan denne metoden brukes på prosesser der hastigheten er avgjørende for flokkulering og lagdeling. Noen mennesker bruker ultrasentrifugeringsmetoden for å kvantitativt bestemme emulsjonens stabilitet. Tiden som kreves er kortere enn den tradisjonelle metoden, men mer arbeid er nødvendig for å studere sammenhengen mellom resultatene og sanntidstester, og bruke korrelasjonen til å forutsi stabiliteten til emulsjonen. Ultrasentrifugeringshastigheten er opptil 25000r / min. Under slike høyhastighetsforhold er det en forskjell mellom emulsjonens stabilitet og stabiliteten under normale forhold; under slik høyhastighets sentrifugering er bare koalescens det avgjørende stadiet for hastighet, så dråper eller partikler De hoper seg raskt opp, og får vannmediet til å skilles raskt. Under normale lagringsforhold oppstår reversibel flokkulering og irreversibel flokkulering, som begge kan være det avgjørende trinnet i prosesshastigheten. I tillegg vil påføring av en så sterk kraft føre til lekkasje av væskefilmen i den vandige fase væske mellom dråpene og forårsake ødeleggelse av emulgeringsfilmen.

Bare ved å studere sammenhengen mellom resultatene av den akselererte testen og resultatene under generelle lagringsforhold, kan den akselererte testen brukes riktig for å forutsi emulsjonens stabilitet.