Hoe de stabiliteit van cosmetische formuleringen te controleren

Emulsie is een thermodynamisch onstabiel systeem en de levensduur is beperkt. Het geeft aan dat de stabiliteit van de emulsie een belangrijk probleem is voor cosmetische formuleerders. Commerciële cosmetica moet 2-3 jaar houdbaar zijn. De houdbaarheid van een emulsie kan worden gedefinieerd als de tijd die nodig is om de emulsie te laten verslechteren tot een onaanvaardbaar niveau voor consumenten. Het duurt lang voordat commerciële cosmetica wordt gedistribueerd en opgeslagen onder consumenten. Over het algemeen is de houdbaarheid van cosmetica 2 tot 3 jaar. Sommige landen vereisen dat otc-emulsies met zonnebrandmiddelen een stabiliteit van meer dan 5 jaar hebben. Omdat real-time houdbaarheidsmeting tijdrovend is, voeren cosmetische bedrijven over het algemeen zelden realtime houdbaarheidsonderzoek uit, dus het is belangrijk om tests te ontwerpen die de houdbaarheid van emulsies nauwkeurig voorspellen. Hoewel er momenteel veel van dergelijke programma's zijn, is er nog steeds een zekere afstand tot de realiteit, wat aangeeft dat de stabiliteit van de emulsie geen eenvoudige zaak is.

(1) Het mechanisme van emulsie-instabiliteit

Wanneer de emulsie verouderd is, ondergaat deze fysieke veranderingen om de emulsie onstabiel te maken. Inclusief de effecten van zwaartekrachtstratificatie, flocculatie en disproportionatie.

Het mogelijke resultaat van zwaartekrachtscheiding is flocculatie. Flocculatie is een fenomeen van sedimentatie of stratificatie. Tijdens flocculatie wordt het nog steeds geëmulgeerd, maar de rijke gedispergeerde faselaag is geconcentreerd in de bovenste laag (in de O / W-emulsie) of in de onderste laag (in de O / W-emulsie). W/O emulsie). De veranderingen veroorzaakt door deze twee soorten zwaartekracht zijn omkeerbaar en schudden kan de geaggregeerde materialen opnieuw verspreiden. Deze voorwaarden voldoen aan de wet van Stokes, dat wil zeggen dat de scheidingssnelheid evenredig is met het dichtheidsverschil tussen de oliefase en de waterfase, en de viscositeit van de continue fase evenredig is met de deeltjesgrootte van de gedispergeerde fase. Daarom kan het verhogen van de viscositeit van de continue fase, of het verminderen van de deeltjesgrootte met behulp van colloïdmolens of homogenisatie de stabiliteit van de emulsie verhogen.

Wanneer de gedispergeerde fasedruppels worden samengebracht en gecombineerd tot grotere druppels, treedt coalescentie op. Uiteindelijk zal fasescheiding plaatsvinden. Als de hoeveelheid emulgator niet genoeg is om de druppels klein te houden, maar genoeg om flocculatie te voorkomen, of verder samen te voegen tot een emulsie met een grotere deeltjesverdeling, wordt deze situatie beperkte coalescentie genoemd.

Het disproportionatie-effect wordt veroorzaakt doordat de interne druk van de druppel hoger is dan de externe druk van de druppel. Deze drijvende kracht zorgt ervoor dat de chemische componenten zich verspreiden van kleine druppeltjes naar grotere druppeltjes, of mogelijk naar de continue fase. Omdat verschillende componenten van het oppervlakteactieve systeem met verschillende snelheden van kleine druppels naar grote druppels kunnen diffuus worden, worden kleine druppeltjes kleiner en worden grote druppels groter.

(2) Emulsiestabiliteitstest

Veel experimentele methoden die emulsiestabiliteit voorspellen, zijn in de literatuur gerapporteerd. Het omvat voornamelijk versnelde test, real-time test en reologische meting.

1. Versnelde test

Versnelde test is een methode die gebaseerd is op het toepassen van belasting op het systeem, zoals het verhogen van de temperatuur of centrifugale werking. Het inherente gevaar van een versnelde test is om de emulsie te onderwerpen aan omstandigheden die veel verder gaan dan wat daadwerkelijk wordt ervaren. Daarom moeten de versnelde testresultaten met zorg worden gebruikt en moeten de conclusies worden vergeleken en bevestigd door de resultaten onder normale opslagomstandigheden.

De op temperatuur gebaseerde versnelde test maakt gebruik van constante hoge temperatuur,

(bijvoorbeeld 40°C of 48°C) of vriessmeltcyclus (-15~5°C tot kamertemperatuur). De theoretische basis voor het gebruik van versnelde tests op hoge temperatuur is de Arrhenius-vergelijking die de relatie beschrijft tussen de chemische reactiesnelheidsconstante en de temperatuur, dat wil doen, als de temperatuur met 10 °C stijgt, verdubbelt de snelheid van de meeste chemische reacties. Daarom moet 3 jaar bij 20°C gelijk zijn aan 4,5 maanden bij 50°C. Naarmate de temperatuur echter toeneemt, neemt de viscositeit van de emulsie af en verandert de balans van de oplosbaarheid van oppervlakteactieve stoffen. Andere veranderingen kunnen ook optreden, zoals de hydratatie van colloïdale vaste stoffen en polymeren, de verdeling van moleculen tussen de twee fasen en het smelten van wassen of andere stoffen. Enkele van de belangrijkste factoren die emulsies stabiel maken, verdwijnen plotseling bij hoge temperaturen, waardoor emulsies onstabiel worden.

Versneld testen levert soms misleidende informatie op. Sommige emulsies die ook bij hoge temperaturen worden gescheiden, kunnen bij kamertemperatuur verschillende houdbaarheid hebben. Niet-ionische emulgatoren vertrouwen op de hydratatie van hun polyoxyethyleengroepen om emulsies te stabiliseren, en hun selectie is gebaseerd op de interfacekenmerken bij kamertemperatuur. Bij hoge temperaturen wordt de hydratatie van emulgatoren kleiner en zijn hun HLB-waarden totaal verschillend. Ze kunnen worden beschouwd als moleculen met verschillende eigenschappen. In sommige gevallen is de emulsie stabieler bij hoge temperatuur dan bij lage temperatuur. In dit geval, als de conclusie alleen wordt getrokken op basis van de versnelde test bij hoge temperaturen, is deze niet alleen onjuist, maar ook misleidend.

De vriessmeltcyclus verhoogt ook de belasting van de emulsie en er zijn enkele inherente problemen. Bij vriestemperaturen kan de vorming van ijskristallen in O/W-emulsies oliedeeltjes verlengen en afvlakken. Bovendien verliest het lipofiele deel van de emulgator zijn vloeibaarheid en "droogt" het hydrofiele deel spontaan uit als gevolg van het bevriezen en neerslag van water. Als de emulsie "uithard" voordat coalescentie optreedt, zal de emulsie de test weerstaan. Als de heroplossnelheid van de componenten traag is, is de emulsie onstabiel, wat verschilt van het proces dat plaatsvindt bij kamertemperatuur.

Centrifugale werking is een andere methode die versnelde zwaartekracht gebruikt om een belasting op de emulsie toe te passen. De straal is 10cm, en de snelheid van 3750r/min voor 5h is gelijk aan 1 jaar voor zwaartekracht. Daarom kan deze methode worden toegepast op processen waarbij de snelheid bepalend is voor flocculatie en stratificatie. Sommige mensen gebruiken de ultracentrifugatiemethode om de stabiliteit van de emulsie kwantitatief te bepalen. De benodigde tijd is korter dan die van de traditionele methode, maar er is meer werk nodig om de correlatie tussen de resultaten en realtime tests te bestuderen en de correlatie te gebruiken om de stabiliteit van de emulsie te voorspellen. De snelheid van ultracentrifugatie is tot 25000r/min. Onder dergelijke hogesnelheidsomstandigheden is er een verschil tussen de stabiliteit van de emulsie en de stabiliteit onder normale omstandigheden; onder dergelijke hoge snelheid centrifugatie, alleen coalescentie is de beslissende fase van snelheid, dus druppels of deeltjes Ze stapelen zich snel op, waardoor het watermedium snel scheidt. Onder normale opslagomstandigheden vinden omkeerbare flocculatie en onomkeerbare flocculatie plaats, die beide de beslissende fase van de processnelheid kunnen zijn. Bovendien zal het toepassen van zo'n sterke kracht de lekkage van de vloeibare film van de waterige fasevloeistof tussen de druppels veroorzaken en de vernietiging van de emulgatorfilm veroorzaken.

Alleen door de correlatie tussen de resultaten van de versnelde test en de resultaten onder algemene opslagomstandigheden verder te bestuderen, kan de versnelde test correct worden gebruikt om de stabiliteit van de emulsie te voorspellen.