Środki powierzchniowo czynne
(spc)



Budowa – amfifilowa



Część hydrofilowa



Część hydrofobowa



Warunek czynności powierzchniowej



Udział obu struktur w cząsteczce musi być
znaczący

Część hydrofilowa

Część hydrofobowa

JAK USUWA SIĘ BRUD ?

Grupy hydrofilowe



karboksylowa



sole kwasów tłuszczowych



grupa hydroksylowa



estry wyższych kwasów karboksylowych



azot czwartorzędowy



grupa sulfonowa

Grupy hydrofobowe



dłuższe lub krótsze łańcuchy
węglowodorowe



alifatyczne lub alkiloaromatyczne

SPC



Cząsteczki amfifilowe



Powinowactwo do wody



Woda solwatuje część hydrofilową



Powinowactwo do fazy hydrofobowej



Olej solwatuje część hydrofobową



Solwatacja – stabilizacja układu substancji
rozpuszczanej i rozpuszczalnika, polega
na tworzeniu oddziaływań pomiędzy
cząsteczkami substancji rozpuszczanej a
cząsteczkami rozpuszczalnika

Podział spc



Jonowe



anionowe



kationowe



amfoteryczne



Niejonowe

SPC



ANIONOWE

1.

db wł.

odtłuszczające

2.

gęsta piana

3.

mydła sodowe,

potasowe,

amonowe, estry

kwasów fosforowego

i alkoholi

tłuszczowych



KATIONOWE

1.

słabe wł. myjące i

odtłuszczające

2.

słaba piana

3.

duże powinowactwo

do keratyny



połysk



działają

konserwująco i

dezynfekująco



antystatycznie

SPC



AMFOTERYCZNE

1.

wł. jak anionowe ale
nie podrażniają

2.

antystatyczne jak
kationowe



NIEJONOWE

1.

łagodne wł. myjące

2.

pienią się słabo

3.

db dla skóry

4.

detergenty
pomocnicze



lanolina,cholesterol,l
ecytyna,alkohole
tłuszczowe

SPC



Adsorpcja na granicy faz



Cząsteczki orientują się tak by
minimalizować energię wewnętrzną układu



Fragment hydrofilowy w fazie wodnej



Fragment hydrofobowy w gazie lub fazie olejowej

powietrze

woda

powietrze

woda

olej

DZIAŁANIE SPC

PODZIAŁ SPC



EMULGATORY –
umożliwiają
połączenie fazy
wodnej z fazą
olejową

SPC - ZASTOSOWANIE



środki zwilżające – łączą fazę wodną z
fazą stałą utworzoną przez zw. nierozp.
w wodzie



do płynów ondulujących w celu
zwilżenia pow. włosów

SPC - ZASTOSOWANIE



środki pianotwórcze – powodują
wprowadzenie gazu w fazę ciekłą



piany

SPC- ZASTOSOWANIE



środki myjące –
zwilżanie i usuwanie
brudu



mydła i syndety

Reakcja otrzymywania mydła

C

17

H

35

COOH + Na OH → C

17

H

35

COO Na

+H

2

O

kwas wodorotlenek stearynian

woda

Stearynowy sodu sodu

DETERGENTY właściwości



doskonałe wł. myjące



odczyn od kwaśnego do obojętnego



w połączeniu z substancjami
natłuszczającymi chronią skórę i włosy
przed wysuszeniem

DETERGENTY PRZYKŁADY



laurylosiarczan sodu (SLS)
lub dodecylo siarczanu sodu (SDS lub
nads) ( C 12 H 25 S O 4 Na ) jest
anionowym SPC -cząsteczka ma ogon 12
atomów węgla, związane
z siarczanem grupy

DETERGENTY PRZYKŁADY



sole kwasu sulfonowego np.sulfonian
sodowy – doskonały środek myjący

 

R-SO

2

OH

Syndety



Syndety są to tzw. „mydła bez mydła”, co
oznacza, że nie zawierają one tradycyjnych
detergentów, które mogą podrażniać skórę
(głównie ze względu na swoje zasadowe
pH). Syndety, dzięki zastosowaniu
detergentów syntetycznych, mają bardziej
kwaśny odczyn, przez co są lepiej
tolerowane przez wrażliwą skórę.

Krytyczne stężenie miceli (CMC)



Charakterystyczne stężenie spc w układzie



Spc zaczynają organizować się
w micele



Wysycenie granicy faz



Cząsteczki spc zaczynają organizować się
wewnątrz układu



Minimalizacja niekorzystnych oddziaływań



Korzystna konfiguracja energetyczna

CMC

CMC - Critical Micelle
Concentration



krytyczne stężenie miceli



stężenie spc w którym pojawiają się micele



Dramatyczna zmiana właściwości fizykochemicznych

roztworu:



Napięcia powierzchniowego, przewodnictwa itp..



CMC jest wartością charakterystyczną dla

danego spc w danej temperaturze

Rozpuszczanie i temperatura



Podgrzewanie roztworu =
dostarczanie energii



Wiele związków chemicznych lepiej
rozpuszcza się „na ciepło”



Zależność liniowa



Spc zachowują się nietypowo

Rozpuszczanie i temperatura



Jonowe spc



Przekroczenie pewnej, charakterystycznej
temperatury powoduje drastyczne poprawienie
rozpuszczalności



Punkt Kraffta



Niejonowe spc



Przekroczenie pewnej temperatury powoduje
POGORSZENIE rozpuszczalności



Punkt zmętnienia

Zatężanie roztworów spc



Zatężanie roztworów spc powyżej wartości

CMC powoduje zwiększenie stopnia

uporządkowania układu



Micele kuliste (sferyczne)



Micele walcowe



Micele heksagonalne



Micele heksagonalne odwrócone



Warstwy lamelarne



Zmiana stopnia uporządkowania jest związana

ze zmianą lepkości

Zastosowanie spc



Emulgatory W/O i O/W



Stabilizacja zawiesin



Środki pianotwórcze



Solubilizacja



Środki myjące

Mycie ciała



Znaczenie dla higieny



Problemy kulturowe i ekonomiczne



wanna kontra prysznic

Środki myjące



Usuwanie brudu



Łagodność dla skóry



wysuszanie



podrażnienia



Wygoda i łatwość użycia



Przyjemność

Brud na powierzchni skóry



Sebum



Złuszczone korneocyty



Kurz



NaCl i inne sole mineralne z potu



Bakterie



Produkty rozkładu sebum przez bakterie



Inne zanieczyszczenia

Mechanizm mycia



Oddziaływania spc z zanieczyszczeniami lipofilowymi



zmniejszanie napięcia międzyfazowego



Odrywanie zanieczyszczeń



dyspergowanie, emulgowanie



Odprowadzanie zanieczyszczeń



spłukiwanie, ścieranie...



Adsorpcja spc na mytej powierzchni



Adsorpcja innych związków na mytej powierzchni

Oddziaływanie środków myjących ze skórą



Zmywanie płaszcza hydrolipidowego



TEWL



Zmiana pH powierzchni naskórka



tworzenie i stabilność bariery



Wymywanie składników NMF



TEWL



Wymywanie lipidów warstwy rogowej



własności barierowe s.c.



Wpływ na strukturę warstw lipidowych s.c.



własności barierowe s.c.

Oddziaływanie środków myjących ze skórą



Sorpcja na powierzchni struktur proteinowych s.c



korneocyty



enzymy



Penetracja spc do żywych warstw naskórka



sorpcja na błonach komórkowych – podrażnienia



reakcje z enzymami

Skutki działania spc

Pogorszenie funkcji barierowych



suchość i szorstkość skóry



alergie



Podrażnienia i stany zapalne

Środki myjące powinny dobrze
usuwać brud:



rozpuszczać i emulgować tłuszcze



zwilżać i odrywać od skóry
zanieczyszczenia stałe



dawać dobrą pianę

Podział środków myjących



mydła - stałe i ciekłe



combo - stałe i ciekłe



syndety - stałe i ciekłe - żele pod

prysznic, płyny kąpielowe, inne

Mydła



Sole kwasów tłuszczowych



słabo rozpuszczalne w wodzie



zawsze mają odczyn alkaliczny (pH > 8,5)



przy pH < 8,5 tracą charakter soli, powstają

z nich wolne kwasy tłuszczowe



wolne kwasy tłuszczowe działają drażniąco



Forma: kostka, „mydła w płynie”

Mydła



Zalety



tradycja



już nasze babki...



niska cena



najtańszy środek myjący



doskonałe działanie myjące



zmywa praktycznie wszystko



ekologia



prawie jadalne



nie szkodzi środowisku

Mydła



Wady



wysoka wartość pH



ale tak naprawdę jest to wada dla 10%
użytkowników



wrażliwość na twardą wodę



czyli - trudno się pieni, powstaje osad...

Preparaty typu “combo”

Combo = combination bar



Zawierają: mydła i środki powierzchniowo czynne



alkaliczne



Mogą być mniej alkaliczne niż mydło



dobrze myją



odporne na twardą wodę



Forma: kostka lub płyn/żel

Syndety



oparte są na detergentach
“syntetycznych”



nie zawierają mydeł



mogą mieć dowolną wartość pH



mogą mieć bardzo różną jakość



potencjalne działanie drażniące



częściej w formie płynów i żeli

Syndety



Zalety



mają niesamowitą siłę działania



naprawdę zmywają wszystko



mogą mieć dowolne pH



nadają się dla wszystkich



twarda woda im nie szkodzi

Syndety



Wady



jednak odtłuszczają skórę



niestety są drogie

Formy występowania
kosmetyków



ROZTWORY



ŻELE



ZAWIESINY



EMULSJE



PIANY



AEROZOLE

ROZTWORY I ŻELE



toniki i lotiony do włosów



rozpuszczalniki: woda, alkohol lub ciekły

tłuszczu



rozpuszczalność a temperatura i stabilność



podział: właściwe i koloidalne



cechy roztworów koloidalnych



koagulacja pod wpływem elektrolitów,

podwyższonej temperatury lub czynników

mechanicznych, np. mieszania lub wstrząsania

zol  żel



środki do stylingu ( hydrofilowe polimery

rozproszone w wodzie)

53

Emulsja:



Makroskopowy układ heterogenny,
składający się z co najmniej dwóch,
niemieszających się ze sobą faz, z
których jedna jest zdyspergowana w
drugiej w postaci kropel

Emulsje

Faza wewnętrzna

Faza zewnętrzna

55

Rodzaje emulsji



klasyczne: olej w wodzie (O/W), woda w oleju
(W/O), emulsje niewodne



wielokrotne: olej w wodzie w oleju (O

1

/W/O

2

),

woda w oleju w wodzie (W

1

/O/W

2

)



mikroemulsje ( < 10

-8

m)



emulsje żelowe (W/O, faza wodna > 90%)



układy pochodne: roztwory micelarne, układy
ciekłokrystaliczne

Proste emulsje

O/W

W/O

Emulsje wielokrotne



układy W/O/W i O/W/O

układy W/O/W i O/W/O

W / O / W

1

2

O / W / O

1

2

Emulgatory



Substancje umożliwiające otrzymanie
stabilnej emulsji, dzięki temu, że
obniżają napięcie międzyfazowe.
Efektywność działania emulgatorów
zależy od zdolności do obniżania wyżej
wymienionego napięcia, a także od
możliwości uczestniczenia w innych
zjawiskach stabilizujących emulsje

Emulgatory

W/O

O/W

Dobór emulgatora – budowa
chem.



emulgatory (hydrofilowy) są
rozpuszczalne w wodzie i służą do
otrzymywania emulsji typu o/w np.
mydła, siarczany alkilowe



emulgatory (hydrofobowe)
rozpuszczalne w tłuszczach do
otrzymywania emulsji w/o np. alkohole
lanolinowe, alkohole tłuszczowe

Otrzymywanie emulsji o/w



do ogrzanej fazy wodnej wlewa się

cieniutkim strumieniem stopioną

fazę olejową, stałe mieszając



temperatura obydwu faz powinna

być jednakowa



po wprowadzeniu fazy olejowej

emulsję miesza się do momentu jej

całkowitego wystygnięcia



należy pamiętać, żeby mieszanie

było energiczne, ale nie gwałtowne

Otrzymywanie emulsji w/o



podobnie ogrzanie do jednakowej temperatury



do fazy olejowej wlewa się powoli fazę wodną -
intensywność nie jest istotna



po ostygnięciu emulsje pozostawia się na pewien
czas w spokoju



po czym poddaje tzw. homogenizacji -
intensywnemu mieszaniu mieszadłem
wysokoobrotowym w celu rozproszenia fazy
olejowej w fazie wodnej



trwałość otrzymanego produktu zależy od
prawidłowo przeprowadzonej homogenizacji

PIANKI



środki do wodnej ondulacji, stylingu, płukanki tonujące i

barwiące, środki do trwałej ondulacji oraz środki

pielęgnacyjne



wymieszanie fazy ciekłej z powietrzem przy użyciu SPC o

działaniu pianotwórczym



cząsteczki SPC, które tłoczą się na powierzchni fazy ciekłej,

dążą do jej maksymalnego powiększenia



takie działanie powoduje łatwość tworzenia piany



błonki otaczające pęcherzyki powietrza stabilizowane są

przez środki pianotwórcze



środki te hydrofilowymi główkami ustawiają się w dwóch

warstwach po obu stronach pęcherzyka piany a

hydrofobowe ogonki są ułożone na zewnątrz i do wnętrza

pęcherzyka



w celu zwiększenia trwałości do roztworów SPC dodaje się

tzw. boostery (np. etanoloaminy kwasów tłuszczowych),

hydrofilowe polimery stabilizujące

Zawiesiny



płukanki powierzchniowe - maskary, barwne brylantyny i

pomady.



otrzymuje się je w wyniku rozproszenia drobno

zmielonych, nierozpuszczalnych pigmentów w fazie

ciekłej, którą mogą stanowić węglowodory, tłuszcze lub ich

mieszaniny



zawiesiny ciekłe - z reguły niestabilne - cząsteczki fazy

stałej mają tendencje do opadania na dno lub wypływania

na powierzchnię



zawiesiny półciekłe otrzymuje się przez rozcieranie

składników w moździerzu porcelanowym lub w

odpowiednim młynku, niewielka zawartość wody -

brylantyny i maskary.



zawiesiny stałe - węglowodory, woski lub tłuszcze – fazę

stałą topi się np. poprzez ogrzanie moździerza w gorącej

wodzie, dodaje pigmenty i zawiesinę wlewa się do form,

pozostawia do wystygnięcia (barwne pomady)

Aerozole



lakiery do włosów oraz środki kondycjonujące



roztwór lub zawiesina



gazu nośny zwany propelentem, np. propan – butan



nad powierzchnią cieczy panuje wysokie ciśnienie,
które po odblokowaniu zaworu wypycha ciecz przez
rurkę i doprowadza do wylotu



specyficzna konstrukcja dyszy powoduje, że ciecz
jest rozpylana w postaci drobniutkich kropelek



w momencie wydostania się preparatu na zewnątrz
gwałtownie spada ciśnienie i propelent odparowuje

HLB - Hydrophilic-lipophilic
balance

20





czasteczki

molowa

masa

ej

hydrofilow

czesci

molowa

masa

HLB

Metoda Griffina obliczania HLB

HLB emulgatora

olej

woda

Niskie HLB

Wysokie HLB

HLB



HLB = 1-4



Silna lipofilowość



Brak rozpuszczalności w wodzie



Brak dyspergowalności w wodzie



HLB = 3-6



Umiarkowana lipofilowość



Brak rozpuszczalności w wodzie



Słaba dypergowalność

HLB



HLB = 6-8



Umiarkowana lipofilowość



Brak rozpuszczalności w wodzie



Umiarkowana dyspergowalność



HLB = 8-10



Umiarkowana lipofilowość



Brak rozpuszczalności w wodzie



Bardzo dobra dyspergowalność

HLB



HLB = 10-13



Słaba hydrofilowość



Umiarkowana rozpuszczalność w wodzie



HLB > 13



Związki hydrofilowe



Dobra rozpuszczalność w wodzie



Słaba rozpuszczalność w oleju

HLB = 1

HLB = 10

HLB = 19

olej

woda

HLB

HLB

Zastosowanie

4-6

Emulgatory w/o

7-9

Czynniki zwilżające

8-18

Emulgatory o/w

13-15

Środki myjące

15-18

solubilizatory

Emulsja i solubilizat

solubilizat

emulsja

Układ transparentny,
ponieważ oddziaływania, pomiędzy spc,
a substancją solubilizowaną są
na poziomie molekularnym

Układ nietransparentny

Odwracalna niestabilność emulsji

śmietanowanie

sedymentacja

Niestabilność nieodwracalna

Flokulacja

(odwracalna niestabilność)

Koalescencja

Łamanie

Hydrożele



Roztwory wodne lub wodno-alkoholowe

zagęszczane polimerami naturalnymi lub

syntetycznymi



Zastosowania



Modelowanie włosów



Pielęgnacja skóry („zageszczone toniki”)



Demakijaż



Maseczki



Higiena jamy ustnej (żel krzemowy + polimery

stabilizujące)

Modyfikatory reologii

Zagęstniki



Zastosowania



modyfikacja reologii roztworów



żele



stabilizacja i modyfikacja reologii emulsji

Zagęstniki



Klasyfikacja



polimery



naturalne



syntetyczne



otrzymywane biotechnologicznie



zagęstniki niskocząsteczkowe
(najczęściej nieorganiczne)

Zagęstniki



Polimery



jonowe



lepkość silnie zależy od pH



punkt izoelektryczny jest granicą przejścia ciecz-
żel



niejonowe



lepkość zależy od stężenia