Интересная статья для тех, кто хочет попробовать делать свои кремики.
Виды эмульсий.(© H. Käser)
При прикосновению к крему или гелю мы химически подразумеваем под этими веществами эмульсию. Эмульсия – это смесь (правильное название дисперсия) веществ, которые не смешиваются. Мы используем в косметических эмульсиях воду и жиры (масла ,воски и баттеры). В нормальном состоянии 2 фазы разделяются. Масла, которые легче, плавают на поверхности воды и имеют четкую границу разделения , смесь отлична от эмульсии и является нестабильной. Если вы энергично встряхнете смесь масла и воды, то смесь разделится на множественное колличество частичек, смешанных между собой на какое-то время, эта же форма называется кратковременной эмульсией. Однако через время обе фазы разделяются обратно , вода снизу, масло сверху.
Чтобы соединить масляную и водную фазу, нам нужен эмульгатор.
Эмульгаторы – это вещества с влаголюбивыми (гидрофильными) и жиролюбивыми (липофильными) частями. Они обладают свойством снижать поверхностное натяжение обоих веществ, чтобы они смешивались легче, поэтому они также называются "поверхностно-активными». Они работают с обеими фазами так, что их гидрофильная часть связывается с молекулами воды, а липофильная часть с молекулами жиров. (Так же наша кожа работает с природными эмульгаторами , в которых соединяются в гидролипидную пленку кожное сало и пот , где находятся свободные жирные кислоты, диглицериды и холестерин.) Они формируют межфазную пленку, которая предотвращает их слипание.
Рис.
Молекула эмульгатора с гидрофильной "головой" и липофильным "хвостом"
Виды эмульсии В/М и М/В
Мы работаем в основном с двумя типами простых эмульсий,
масло-в-воде (М / В) и
вода-в-масле (В / М), так что я буду представлять две первые. Следующие две фигуры иллюстрируют взаимодействие.
Давайте начнем с эмульсии масло-в-воде (М / В). Здесь, эмульгатор растворяется в воде – во внешней (непрерывной) фазе - и обертывает мелкие капли масла (это внутренняя, дисперсная фаза), так что они не могут стекаться вместе.
Как вы можете видеть на рисунке ниже, в частичках эмульсии М/В, показаны много маленьких (в данном случае желтых) капель масла в водной фазе. У эмульгатора есть гидрофильные(влаголюбивые) головы ( с небольшой круглой частью) в водной фазе, которыми «инфицированы» липофильные (жиро-любивые) хвосты капель масла .
Рис.
Эмульсия Масло-в-воде (O / W) (© H. Käser)
В эмульсиях вода-в-масле (В/М) маленькие частички воды растворены в масле и слоях эмульгатора так, что они не могут стекаться вместе.
Внизу: нижнее изображение показывает В/М эмульсию: многие малые (здесь синие) капельки воды рассеяны в масляной фазе: эмульгатор содержит липофильные (жиро- любивые) окончания в масляной фазе, а его гидрофильными(влаголюбивыми ) головками заражены капельки воды.
Рис
Эмульсия Вода-в-Масле (W / O) (© H. Käser)
Главная причина по которой образуется тип эмульсии в дополнение к обьемному соотношению обеих фаз (масло и вода ) и производственному процессу - используемый эмульгатор. Есть так называемое правило Бэнкрофт, в котором говорится о существовании одной фазы во внешней фазе (так называемой непрерывной фазе), в которой эмульгатор растворяют лучше. Так, липофильные эмульгаторы образуют вода-в-масле (В/М) эмульсии и более гидрофильные образуют масло-в-воде (М/В) эмульсии. Типы эмульсий также еще поддерживаются так называемым HLB (ГЛБ) –гидролипофильным балансом, который описывает свойство эмульгатора растворяться лучше либо в водной либо в масляной фазе.
ГЛБ выше 10 обычно характеризуется М/В эмульгатор, а ГЛБ ниже 10, В/М эмульгатор.
Существуют также смешанные эмульгаторы, которые в зависимости от фазы отношений между жиром и водой ведут себя соответствующим образом - например, эмульгатор «Lamecreme».
Распространенной ошибкой является, когда в эмульсиях В/М берут больше жиров, чем в в М/В эмульсиях, потому что масла – это внешняя фаза. Это не совсем так. Можно сделать эмульсию В/М с содержанием 75% Воды и 25% Масла при использовании соответствующего эмульгатора. У вас получится много ультра-маленьких частичек воды, запакованных в частички масла, как показано на рисунке внизу.
Рис
У обеих эмульсий одинаковое соотношение фаз 25% М и 75%В. Мы создаем связи с соответствующим эмульгаторм в М/В эмульсии и В/М (справа) эмульсии. Вы видите, какая плотно упакована внутренняя фаза в эмульсии В/М . Классический пример этого – крем Нивея - Nivea Creme ™. (© H. Käser)
Передовая 4-фазовая модель Junginger
Описанные выше «капельные модели" типов эмульсии (известные как 2-фазная модель) по исследованиям в начале 70-х годов по B W Barry , были расширены H. Junginger в различные модели косметических O / W эмульсий и классифицированы в :»гель теории сетей» и 4-фазную модель эмульсии. Это легко понять из диаграммы (рис. 4) Она покажет вам, как масла, вода, эмульгаторы и со-эмульгаторы ведут себя в эмульсии и как они работают.
Показана эмульсия масло-в-воде:
Рис
4-фазовая модель эмульсии М/В (© H. Käser)
На рисунке вы можете видеть покрытые эмульгатором частицы масла (1) в воде (2) – и теперь наступает расширение классической модели:
Со-эмульгаторы (например, цетиловый спирт, цетилпальмитат (спермацет), миристилмиристат и не самоэмульгирующейся глицерилстеарат), вместе с избытком фазы эмульгатора (3) в эмульсии М/В , выталкивают жидко кристаллическую структуру геля в промежуточную (можно сказать интерламеллярную – между полюсами влаголюбивых молекул будет находиться ламмелляр) воду , задействованную из внешней фазы.
Эти гелевые структуры (смешанный кристаллообразования эмульгатора и со-эмульгатора) проходят через эмульсию как сетка или губка. Вода , которая не вписывается в это гелевое строение - это свободная вода, так же называемая обьемная вода, механически связанная. В косметическом использовании эта свободная (обьемная) вода, которая мгновенно увлажняет, охлаждает и освобождает активные ингредиенты, в то время как интерламеллярно связанная вода действует как депо увлажнения и эффектов , только они освобождаются постепенно.
"По сравнению с системой без жидких кристаллов", "высвобождение» лекарств(активных препаратов) из такой эмульсии до 1000 раз медленнее.
Эффект объясняется ламеллярными жидкокристаллическими слоями, которые ограничивают продвижение лекарств (растворенных в масле капель активных препаратов) через границу слоя масло-вода» .(Horst Stegemeyer: Lyotrophe liquid foundations, development, applications Steinkopf Verlag.. Darmstadt, 1999, стр 117)
Фаза (4) в конечном итоге состоит из избытка, из кристаллизованного со-эмульгатора , который образует так называемую липофильную фазу геля - вместе с липидами (жирами).
В соответствии с дозировкой со-мульгатора, мы получим сколько воды будет запасено как «интерламеллярная эмульсия» или как «обьемная» вода. Эксперименты с различными дозировками эмульгаторов и со-эмульгаторов дали удивительные результаты:
Эмульгаторы сами по себе (без со-эмульгаторов) похоже имеют различную степень внутренней способности к образованию жидкокристаллической гелевой фазы, в которой вода связанна интерламеллярно. В эмульсиях из воды, масла, эмульгатора , вода, в зависимости от пропорции эмульгатора может быть свободной или связанной.
Соотношение между эмульгатором и со-эмульгатором определяет, сколько воды будет связано интерламеллярно или присутствует в свободном виде -обьемном. Интересно, что с образованием смешанных кристаллов со-эмульгатора и эмульгатора, в первую очередь связывается вода интерламеллярно. Но (!): Увеличение со-эмульгатора впоследствии приводит к возрастанию «объемной» воды, в то время как доля интерламеллярно связанной воды снижается.
Слишком высокая концентрация эмульгатора в продуктах по уходу за кожей может иметь негативные последствия в дополнение к тенденции эмульгатора к эмульгированию на поверхности кожи во время контакта с водой (ванная, душ), извлекать жир и сушить кожу, выкристализовывать со-эмульгатор неоднородно.
Мы можем использовать жиро-растворимый эффект эмульгаторов в средствах для мытья (чистки) : например очищающий крем с 25% эмульгатора от ЖФ будет иметь тот же эффект, что и очищающее молочко с оптимальной долей эмульгатора к ЖФ и низким содержанием ПАВ. Косметические препараты для сухой кожи часто работают с более высокой долей эмульгатора для предотвращения использования поверхностно-активных веществ.
Рецепты "Эмульгаторов": «Почти» эмульсии и природные эмульгаторы
Кроме классического типа эмульсии В/М и М/В мы можем без поверхностно-активных веществ производить стойкие эмульсии. Известный тип эмульсии - холодный крем, а также охлаждающий крем или названный в фармацевтическом контексте немецкой фармакопеи (DAB) мазь leniens: она состоит из 7 частей желтого воска, 8 частей цетилпальмитат (спермацет), 60 частей арахисового масла и 25 частей воды, в зависимости от поставщиков других ингредиентов, таких как гидрозолей, миндальное масло, и т.д. производные. Принцип "эмульсия" основан на высокой вязкости внешней фазы (это достигается путем смешивания пчелиного воска и цетилпальмитат, которые держат внутреннюю фазу "иммобилизованной", что предотвращает от собирания вместе внутренних частиц). Будем называть такой тип эмульсии «квази» (почти)-эмульсии. Она не является истинной эмульсией, в которой внутренняя фаза разделяется межфазной пленкой эмульгатора во внешней фазе. Типичные компоненты для квази эмульсии - это воски и восковые эстеры (думаю, масло жожоба), жиры с высокой температурой плавления (например, баттеры). Также квази эмульсий производятся, когда мы добавляем небольшое количество липидов в гелевую фазу и производим гидродисперсию.
В дополнение к квази-эмульсии мы можем использовать природные эмульгаторы. В первую очередь это лецитин - кожно-физиологический эмульгатор, который используется для кожи и физиологически является приемлемой альтернативой обычным эмульгаторам на основании глюкозы.
Как бы там ни было.
Итак, мы находимся на «канате»: нам нужны эмульгаторы (не только традиционные эмульгаторы, как мы знаем, но также легко эмульгирующие жирные спирты, такие как цетиловый спирт и т.д.), чтобы в эмульсии соблюдать некоторую последовательность и, таким образом, сохранить ее стабильность. Однако, слишком много эмульгатора снижает уход и тактильные качества наших кремов. Что мы можем сделать? Возможности для улучшения нашей эмульсий, показывает следующий пост.
Ссылки на статьи :
References and further information
Christina Ballmann, development and characterization of semisolid preparations based on triglycerides. Dissertation, Kiel 2006
M. Gloor, K. Thoma, J. Fluhr: Dermatological Externatherapie. Berlin: Springer-Verlag, 2000
Gert Kutz, Rolf Daniels, drummer Hagen: emulsions. Development, manufacture, testing. Editio Cantor Verlag, 2011
Horst Stegemeyer, Lyotrophe liquid crystals. Darmstadt, Germany: Springer-Verlag, 1999
Seminar materials for the lecture by Prof. Ortanderl "emulsion technology," Applied Sciences Bonn-Rhein-Sieg, 2006
Перевод
статьи
Оптимизация эмульсии (© H. Käser)
Рис
Крем для тела, 40% жирной фазы
Богатый крем для тела с маслом ши и алоэ вера гель.
Эмульсия хорошего качества, мягкая, приятная на ощупь и питает кожу, но также и сохраняет свою консистенцию при различных температурах не отделяя масло или воду обычно считается стабильной. Из полученных знаний об эмульсиях , выведены мерки, по которым можно оптимизировать наши природные косметические продукты.
Давайте рассмотрим первый вопрос:
Первое . Достижение успеха в стабильности эмульсии Масло-в-Воде
В принципе, все эмульсии это термодинамически неустойчивые системы, различные процессы в эмульсии неизбежны с течением времени из-за физических причин структурных изменений , которые приводят к нестабильности и разделению фаз. Косметическая промышленность использует такие особенные производственные методы и средства, чтобы замедлить старение эмульсии , но оно не может быть полностью остановлено. Некоторые из этих техник и материалов можно использовать дома, если мы можем оставить некоторые удобства позади.
Я вернусь назад, чтобы напомнить, что эмульсия состоит из внутренней (диспергированной или рассеянной) и внешней (непрерывной) фаз. Внутренняя фаза М/В эмульсии состоит из частиц масла в окружающей их водной среде. Обе фазы, водная и масляная пытаются разделиться, т к маленькие частицы масла хотят объединиться (они впоследствии формируют так называемые совокупности, процесс носит название флокуляции), и если они в состоянии это сделать, маленькие сферы превращаются в большие шары – мы говорим, что частицы слипаются (см рисунок ниже). Проблема в том, что площадь поверхности большого шара намного меньше чем нескольких маленьких такого же объёма и они хотят тратить как можно меньше энергии на поверхности. Поэтому и образуют сферические структуры автоматически, так как у сферической формы наименьшая площадь поверхности по отношению к объёму.
Рис
(Слева направо) Капли внутренней фазы М/В эмульсии (капли масла в воде) имеют тенденцию к слиянию в более крупные сферы, так как это уменьшает их площадь поверхности и приводит к энергетически более выгодное состояние – если только , например ,эмульгатор не препятствует этому. (© H. Käser)