Jak kontrolować stabilność preparatów kosmetycznych

Emulsja jest systemem termodynamicznie niestabilnym, a jej żywotność jest ograniczona. Oznacza to, że stabilność emulsji jest ważną kwestią dla preparatów kosmetycznych. Kosmetyki komercyjne muszą mieć okres przydatności do spożycia 2-3 lat. Okres trwałości emulsji można zdefiniować jako czas potrzebny na pogorszenie się emulsji do niedopuszczalnego poziomu dla konsumentów. Dystrybucja i przechowywanie kosmetyków komercyjnych konsumentom zajmuje dużo czasu. Ogólnie rzecz biorąc, okres przydatności kosmetyków wynosi od 2 do 3 lat. Niektóre kraje wymagają over-the-counter (OTC) emulsje zawierające środki ochrony przeciwsłonecznej, aby mieć stabilność dłużej niż 5 lat. Ponieważ pomiar trwałości w czasie rzeczywistym jest czasochłonny, zazwyczaj firmy kosmetyczne rzadko prowadzą badania nad okresem przydatności do spożycia w czasie rzeczywistym, dlatego ważne jest, aby zaprojektować testy, które dokładnie przewidują trwałość emulsji. Chociaż obecnie istnieje wiele takich programów, nadal istnieje pewna odległość od rzeczywistości, co wskazuje, że stabilność emulsji nie jest prostą sprawą.

(1) Mechanizm niestabilności emulsji

Gdy emulsja jest w wieku, ulega zmianom fizycznym, aby emulsja była niestabilna. W tym skutki stratyfikacji grawitacji, flokulacji i dysproporcji.

Możliwym wynikiem separacji grawitacyjnej jest flokulacja. Flokulacja jest zjawiskiem sedymentacji lub stratyfikacji. Podczas flokulacji jest nadal emulgowana, ale bogata warstwa rozproszonej fazy koncentruje się w górnej warstwie (w emulsji O/W) lub w dolnej warstwie (w emulsji O/W). emulsja W/O). Zmiany spowodowane przez te dwa rodzaje grawitacji są odwracalne, a wstrząsanie może ponownie rozproszyć zagregowane materiały. Warunki te są zgodne z prawem Stokesa, to znaczy, że prędkość separacji jest proporcjonalna do różnicy gęstości między fazą oleju a fazą wody, a lepkość fazy ciągłej jest proporcjonalna do wielkości cząstek fazy rozproszonej. W związku z tym zwiększenie lepkości fazy ciągłej lub zmniejszenie wielkości cząstek za pomocą koloidalnych młynów lub homogenizacji może zwiększyć stabilność emulsji.

Gdy rozproszone kropelki fazy są połączone i połączone w celu utworzenia większych kropelek, dochodzi do koazescji. Po pewnym czasie nastąpi separacja faz. Jeśli ilość emulgatora nie wystarczy, aby utrzymać kropelki małe, ale wystarczy, aby zapobiec flokulacji, lub dalej zlewają się w emulsji z większym rozkładem cząstek, sytuacja ta nazywa się ograniczoną koazesjona.

Efekt dysproporcji jest spowodowany tym, że ciśnienie wewnętrzne kropelki jest wyższe niż zewnętrzne ciśnienie kropelki. Ta siła napędowa spowoduje, że składniki chemiczne będą się rozpraszać z małych kropelek do większych kropelek lub ewentualnie do fazy ciągłej. Ponieważ różne składniki systemu powierzchniowo czynnego mogą rozpraszać się od małych kropelek do dużych kropelek w różnym tempie, w rezultacie małe kropelki stają się mniejsze, a duże kropelki stają się większe.

(2) Test stabilności emulsji

Wiele eksperymentalnych metod, które przewidują stabilność emulsji zostały zgłoszone w literaturze. Obejmuje głównie przyspieszony test, test w czasie rzeczywistym i pomiar reologiczny.

1. Przyspieszony test

Przyspieszony test jest metodą opartą na zastosowaniu obciążenia do systemu, takiej jak zwiększenie temperatury lub działania odśrodkowego. Nieodłącznym niebezpieczeństwem każdego przyspieszonego testu jest poddanie emulsji warunkom daleko wykraczającym poza to, czego rzeczywiście doświadcza. W związku z tym przyspieszone wyniki badań powinny być stosowane z ostrożnością, a wnioski powinny być porównywane i potwierdzone wynikami w normalnych warunkach przechowywania.

Przyspieszony test oparty na temperaturze wykorzystuje stałą wysoką temperaturę,

(Na przykład 40°C lub 48°C) lub cykl zamrażania (-15~5°C do temperatury pokojowej). Teoretyczną podstawą stosowania badań przyspieszonych w wysokiej temperaturze jest równanie Arrheniusa opisujące związek między stałą szybkością reakcji chemicznej a temperaturą, czyli jeśli temperatura wzrasta o 10°C, prędkość większości reakcji chemicznych podwaja się. Dlatego 3 lata w temperaturze 20°C powinny być równoważne 4,5 miesiąca w temperaturze 50°C. Jednak wraz ze wzrostem temperatury, lepkość emulsji zmniejsza się i zmienia się równowaga rozpuszczalności środka powierzchniowo czynnego. Mogą również wystąpić inne zmiany, takie jak nawodnienie koloidalnych ciał stałych i polimerów, podział cząsteczek między dwiema fazami oraz topnienie wosków lub innych substancji. Niektóre z głównych czynników, które sprawiają, że emulsje stabilne nagle znikną w wysokich temperaturach, w wyniku czego emulsje stają się niestabilne.

Przyspieszone testowanie czasami generuje pewne wprowadzające w błąd informacje. Niektóre emulsje, które są również oddzielone w wysokich temperaturach, mogą mieć różny okres przydatności do spożycia w temperaturze pokojowej. Emulgatory nonionic polegają na nawodnieniu swoich grup polioksyetylenowych w celu stabilizacji emulsji, a ich wybór opiera się na charakterystyce interfejsu w temperaturze pokojowej. W wysokich temperaturach nawodnienie emulgatorów staje się mniejsze, a ich wartości HLB są zupełnie inne. Można je uznać za cząsteczki o różnych właściwościach. W niektórych przypadkach emulsja jest bardziej stabilna w wysokiej temperaturze niż w niskiej temperaturze. W tym przypadku, jeśli wniosek jest dokonywany tylko na podstawie testu przyspieszonego w wysokiej temperaturze, jest nie tylko nieprawidłowy, ale także wprowadzający w błąd.

Cykl zamrażania topnienia zwiększa również obciążenie emulsji i istnieją pewne nieodłączne problemy. W temperaturach zamarzania powstawanie kryształków lodu w emulsjach O/W może wydłużyć i spłaszczyć cząstki oleju. Ponadto lipofilowa część emulgatora traci płynność, a część hydrofilowa spontanicznie "odwadnia się" z powodu zamarzania i wytrącania się wody. Jeśli emulsja "leczy się" przed wystąpieniem koazescji, emulsja wytrzyma test. Jeśli szybkość ponownego rozpuszczania składników jest powolna, emulsja jest niestabilna, co różni się od procesu, który zachodzi w temperaturze pokojowej.

Działanie odśrodkowe jest inną metodą, która wykorzystuje przyspieszoną grawitację do zastosowania obciążenia do emulsji. Promień wynosi 10 cm, a prędkość 3750r/min przez 5h odpowiada 1 rok dla grawitacji. Dlatego ta metoda może być stosowana do procesów, w których prędkość jest decydująca dla flokulacji i stratyfikacji. Niektórzy ludzie używają metody ultrawirowania do ilościowego określenia stabilności emulsji. Wymagany czas jest krótszy niż w przypadku tradycyjnej metody, ale potrzeba więcej pracy, aby zbadać korelację między wynikami a testami w czasie rzeczywistym i użyć korelacji do przewidywania stabilności emulsji. Prędkość ultrawirowania wynosi do 25000r/min. W tak szybkich warunkach istnieje różnica między stabilnością emulsji a stabilnością w normalnych warunkach; w taki szybki wirowania, tylko koaescencja jest decydującym etapem prędkości, więc kropelki lub cząstki Piętrzą się szybko, powodując medium wody do oddzielenia się szybko. W normalnych warunkach przechowywania występuje odwracalna flokulacja i nieodwracalna flokulacja, które mogą być decydującym etapem szybkości procesu. Ponadto zastosowanie tak silnej siły spowoduje wyciek ciekłej folii cieczy w ędrowej między kropelkami i spowoduje zniszczenie folii emulgatora.

Jedynie poprzez dalsze badanie korelacji między wynikami przyspieszonego badania a wynikami w ogólnych warunkach przechowywania, przyspieszony test może być prawidłowo stosowany do przewidywania stabilności emulsji.