rodzaje i rola emulgatorów i emulsji

Rodzaje i rola emulgatorów i emulsji

Spis treści:

  1. Emulgatory

    1. Co to są emulgatory?

    2. Działanie i budowa emulgatorów

    3. Cechy dobrego emulgatora

  2. Emulsje

    1. Co to jest emulsja?

    2. Działanie i budowa emulsji

    3. Emulsja kosmetyczna

  1. Emulgatory

Emulgatory to substancje, dzięki któ­rym możliwe jest połączenie w emul­sjach fazy olejowej i wodnej. W kos­me­ty­kach naturalnych sto­su­jemy wyłącznie emulgatory pochodzenia roś­lin­nego. W kosmetykach konwencjonalnych korzysta się z dużo tańszych surowców syntetycznych, np. glikolu polietylenowego (PEG ) oraz glikolu polipropylenowego (PPG). Choć same w sobie nie są toksyczne, powodują że skóra ludzka staje się przepuszczalna dla ewentualnych substancji toksycznych z otoczenia. PEG mogą powodować alergie skórne. Nie są też bez­piecz­ne dla środowiska naturalnego.

Kosmetyki naturalne są coraz częstszym wyborem świadomych kobiet. Znane aktorki i prezenterki używają kosmetyków bio oraz firmują je swoimi nazwiskami, bo wiedzą, że kosmetyki z naturalnymi składnikami są przyszłością. Dlaczego? Ze względu na ich bezpieczny dla naszej skóry i zdrowia skład. Większość kremów i balsamów stosowanych w pielęgnacji kosmetycznej to emulsje, czyli mieszaniny wody i olejów, które nie rozdzielają się na części składowe. Wiemy, że olej i woda wlane razem do butelki i wstrząśnięte tworzą mleczny płyn, który prawie natychmiast po zaprzestaniu wstrząsania rozdziela się na dwie osobne fazy. Sos do sałatki zrobiony z oleju i octu (ocet to tutaj faza wodna) należy zamieszać przed użyciem, bo fazy są rozdzielone. Sos kupowany w sklepie jest najczęściej jednolity – zawiera emulgator. Jeżeli nie chcemy, by fazy rozdzieliły się, dodajemy emulgatora, substancji z powinowactwem i do wody i do oleju, niejako pośrednika, który zmniejsza różnicę między składnikami, na tyle, by mogły się mieszać. Rola emulgatora polega na zmniejszeniu różnicy napięcia powierzchniowego pomiędzy wodą i olejem– jest środkiem powierzchniowo czynnym (surfaktantem, tenzydem). W kosmetyce, gdzie, w uproszczeniu, mieszamy wodę i oleje, stosuje się wiele rodzajów emulgatorów, które tworzą struktury woda w oleju lub olej w wodzie. Problem skórny związany z emulgatorami pojawia się już teraz. Polega on na tym, że pod wpływem emulgatora ciągła, blaszkowa, ciekłokrystaliczna struktura naskórka ulega micelizacji, swoistemu zwijaniu w kropelki. Emulgator nie zmienia swojej natury znalazłszy się na skórze, cały czas zmniejsza napięcie powierzchniowe między wodą a tłuszczami. Teraz robi to w skórze. W rezultacie staje się ona sucha i bezbronna. Wszystkie znamy uczucie ściągania po umyciu twarzy, które powoduje, że natychmiast sięgamy po krem.

Wśród emulgatorów jest kilka grup. Mamy podział ze względu na ładunek (anionowe, kationowe, amfoteryczne i niejonowe) i podział ze względu na chemię (PEG, estry kwasów tłuszczowych, polimery, silikony). Około połowa stosowanych obecnie w kosmetyce emulgatorów to etoksylaty (PEG). Są tanie i świetnie emulgują. Są również donorami wolnych rodników do skóry. To bardzo źle, bo ochrona skóry ma polegać głównie na blokowaniu wolnych rodników, które powodują starzenie. Popularne emulgatory PEG chociaż dopuszczone do użycia w kosmetykach, są „niebezpieczne w użyciu na zranionej lub uszkodzonej skórze”, a niektóre „powodują guzy złośliwe w miejscu aplikacji”. Żadne z nich nie mają prawa pojawić się w kosmetykach naturalnych, a ich użycie w kosmetykach na słońce wydaje się wręcz nieetyczne ze względu na to, że są źródłem wolnych rodników i pogłębiają ewentualne uszkodzenia wywołane światłem UV. Żeby stwierdzić, że mamy do czynienia z prawdziwym kosmetykiem naturalnym, musimy znaleźć jego certyfikat (Ecocert/COSMOS, BDIH, Soil Association, AIAB/ICEA) lub rozumieć skład kosmetyku obowiązkowo oznaczany pod nazwą INCI (International Nomenclature of Cosmetic Ingredients).

Wielu producentów używa słowa „naturalny” czy „ekologiczny” bez żadnego związku z rzeczywistym składem kosmetyku. W Polsce nie wiąże się to z odpowiedzialnością ze względu na słabość grup konsumenckich, które np. w Niemczech monitorują producentów i ich oceniają na łamach zajmujących się tym tematem czasopism. Nie mając więc rękojmi w postaci jednego z wymienionych certyfikatów, musimy oprzeć się na znajomości składników kosmetycznych, których lista obowiązkowo pojawia się na każdym produkcie (skład wg INCI). I nawet jeżeli chcemy uniknąć jedynie niesławnych emulgatorów PEG, musimy zrezygnować z wielu oferowanych kosmetyków. I tak np. w wielu kremach ze słowem „naturalny” lub „ekologiczny” w nazwie, znajdujemy PEG-100 Stearate, niezwykle popularny emulgator, który powoduje guzy nowotworowe w miejscu aplikacji u szczurów laboratoryjnych. Wszystkie certyfikaty dla naturalnych kosmetyków, mimo, że różnią się między sobą, zabraniają użycia PEG. Certyfikowane kosmetyki naturalne i te bez certyfikatów, ale rzetelnie stosujące się do wymogów naturalności, często używają znanych z łagodności emulgatorów spożywczych, takich jak polyglyceryl-3- stearate lub sodium stearoyl lactylate dopuszczone przez Ecocert.

Mimo łagodności stosowanych w certyfikowanych kosmetykach emulgatorów, wciąż pozostaje jeden problem. Wypłukują one naszej skóry lipidy. Emulgatory są jak mydło zostawione na skórze. W przypadku cery bardzo wrażliwej lub atopowej należy obejść się w ogóle bez emulgatorów. Przygotowanie takiego kosmetyku jest technologicznym wyzwaniem, gdyż wymaga zbudowania kremowej konsystencji w inny sposób niż nauczany i stosowany od lat. W tym kontekście używa się często pochodnych lecytyny, które mają naturę ciekłokrystaliczną, naśladującą strukturę skóry. Jako rozwiązanie nieporównanie droższe, jest najczęściej pomijane na ubogich rynkach. Preparaty ciekłokrystaliczne „żyją” z powracających użytkowników, którzy najczęściej docierają do nich metodą prób i błędów, ale po sprawdzeniu ich zalet, pozostają im wierni.

PEG, glikol polietylenowy, jest polimerem z gru­py polieterów. Substancja ta jest bez­bar­wną, higroskopijną cieczą lub ciałem stałym, stosowaną w przemyśle kosmetycznym na sze­roką skalę jako rozpuszczalnik, emulgator i śro­dek zwiększający lepkość ciekłych pre­pa­ra­tów. Jest często stosowanym emulgatorem oraz substancją myjącą we wszelkich pre­pa­ra­tach do pielęgnacji ciała. Efektem ubocznym działania PEG są stany zapalne uwidaczniające się przede wszystkim na skórze twarzy i pach­win.

PPG, glikol polipropylenowy, jest alkoholem wielowodorotlenowym o silnych właś­ci­woś­ciach higroskopijnych. Bezbarwna, bezwonna ciecz o wysokiej lepkości tworzy na po­wierz­chni skóry nie wysychający film zmniejszający ubytek wody z naskórka. PPG jest jednym z najbardziej popularnych emulgatorów i czyn­ników nadających kosmetykom konsystencję emulsji. Substancja ta jest szeroko stosowana w pastach do zębów, płynach do płukania ust oraz dezodorantach w sztyfcie.

Do produkcji zarówno PEG jak i PPG używany jest tlenek etylenu, trujący gaz. Mogą one też być zanieczyszczone dioksanem (czyli eterem) lub zawierać nieprzereagowane cząsteczki tru­jącego gazu. Zarówno dioksan jak i tlenek etyl­enu uszkadzają strukturę genetyczną komórek i zostały uznane za substancje ra­ko­twór­cze. Zarówno PEG jak i PPG powodują uw­raż­li­wie­nie skóry na zanieczyszczenia oraz drażniące substancje zawarte w kosmetykach.

1.1. Co to są emulgatory ?

         Emulgatory są substancjami powierzchniowo czynnymi, obniżają napięcie międzyfazowe na granicy nie mieszających się cieczy i ułatwiają tym samym utworzenie emulsji. Adsorbując się na powierzchni krople emulsji, tworzą trwałą powłokę ochronną, nie dopuszczając do ich zlewania.

     Cząsteczka emulgatora składa się z dwóch członów: polarnego i niepolarnego. Niepolarny człon, hydrofobowy, wykazuje powinowactwo do oleju. Jest to zazwyczaj długi, prostoliniowy, rzadziej rozgałęziony, łańcuch węglowodorowy. Natomiast polarny człon posiada właściwości hydrofilowe i charakteryzuje się powinowactwem do wody. W zależności od tego, jakie właściwości, hydrofilowe czy hydrofobowe, przeważają w przypadku danego emulgatora, wykazuje on powinowactwo do wody lub oleju.

            Podstawowy podział emulgatorów dokonany jest w zależności od zdolności dysocjacji na niejonowe i jonowe. Zarówno jedne, jak i drugie mogą stabilizować oba typy emulsji (O/W i W/O).

Emulgatory anionowe  - Do tej grupy zalicza się mydła alkaliczne. Są to sole kwasów tłuszczowych o długości łańcuch węglowodorowego od C12 do C18. najczęściej stosowane są mydła sodu, potasu, trietanoloaminy i kwasów: stearynowego, palmitynowego lub laurynowego. Do grupy anionowych emulgatorów zaliczane są także estry kwasu siarkowego i alkoholi tłuszczowych. Ze względu na wysoką ich hydrofilowość stosowane są często w połączeniu z emulgatorami o niskich HLB. Do najbardziej popularnych zaliczany jest siarczan laurylosodowy, który, jak wszystkie związki z tej grupy emulgatorów, stabilizuje emulsje O/W. Są one niewrażliwe na jony wapnia i magnezu.  

Emulgatory kationowe - Są związkami, w których grupa hydrofobowa jest obdarzona ładunkiem dodatnim. Są to przeważnie pochodne aminy czwartorzędowej, w których jednym podstawnikiem przy azocie jest hydrofobowy łańcuch alifatyczny, a pozostałe trzy to atomy wodoru, alkile lub aryle. Czwartorzędowe związki są dobrymi emulgatorami emulsji O/W. Jako sole silnych kwasów  
i zasad są stabilne w kwaśnym i zasadowym środowisku. Zastosowanie ich jest jednak ograniczone ze względu na niekompatybilność ze związkami anionowymi, które są często składnikami emulsji, nie odporność na twardość wody oraz drażniące działanie na rogówkę oka. Na uwagę zasługuje fakt bakteriobójczych właściwości tej grupy związków. 

Emulgatory amfoteryczne - To związki, których działanie powierzchniowe zależy od środowiska,
w jakim się znajdują. W środowisku kwaśnym tworzą jony dodatnie działają jako emulgatory kationowe. Natomiast w środowisku alkalicznym działają jako emulgatory anionowe. Najczęściej spotykane tego typu związki oparte są na pochodnych betainy. Na szczególną uwagę zasługuje możliwość połączenia tych związków z anionowymi, kationowymi lub niejonowymi emulgatorami. Nie wykazują drażniącego oddziaływania na skórę, a jednocześnie stwierdzono ich wpływ na obniżenie podrażniającego oddziaływania związków anionowych.

Emulgatory niejonowe - Tworzą największą grupę związków powierzchniowo czynnych, stosowanych w produkcji emulsji kosmetycznych.  W roztworze wodnym nie ulegają one dysocjacji, w preparatach kosmetycznych mogą być stosowane łącznie z emulgatorami jonowymi, nie wykazują toksycznego działania na organizm ludzki. Do emulgatorów niejonowych zaliczamy przede wszystkim związki oksyetylenowe i oksypropylenowe oraz estry kwasów tłuszczowych i alkoholi wielowodorotlenowych. Hydrofilowość tych związków reguluje się najczęściej przez wprowadzenie grup oksyetylenowych. Liczba ich, potrzebna do uzyskania związku całkowicie rozpuszczalnego związku jest zależna od wielości części hydrofobowej.

Emulgatory pochodzenia naturalnego

- Steroidy – są bogato reprezentowane zarówno w świecie roślinnym, jak i zwierzęcym. Z pośród nich emulgatorami kosmetycznymi są sole kwasu cholowego oraz sterole. W żółci ssaków kwas cholowy występuje w formie związanej peptydowo z glicyna lub tauryną. Sam kwas cholowy nie rozpuszcza się w wodzie, ale jest rozpuszczalny w alkoholu i może występować w składzie preparatów kosmetycznych mających formę roztworów wodno alkoholowych.

- Tłuszcze owczej wełny - są produktem odpadowym, powstającym w procesie oczyszczania surowej wełny owczej z tłuszczopotu. Czysty, bezwodny produkt stanowi jasnożółtobrązową, pozbawioną zapachu masę, mięknącą i rozpływającą się w zakresie temperatur 36 - 42˚C, która stabilizuje się antyoksydantami.

 - Wosk pszczeli - Wosk pszczeli jest gniotliwą, mięknąca w zakresie 62 - 65˚C, wydzielina gruczołowa pszczoły pasiecznej. Praktycznie nie rozpuszcza się on w wodzie, a w alkoholu słabo. Surowy wosk po oczyszczeniu i utlenieniu odbarwia się dając wosk biały. W preparatach kosmetycznych jest emulgatorem, wykorzystuje się go również do wytwarzania podstaw maści, kremów i sztyftów.

- Lecytyny - należą do fosfolipidów i są rozpowszechnione zarówno w świecie roślinnym jak i zwierzęcym. Lecytyny są żółtymi, woskowatymi, higroskopijnymi substancjami, rozpuszczającymi się w eterze i etanolu, częściowo mieszającymi się z olejami roślinnymi i zwierzęcymi, w wodzie natomiast pęcznieją. Maja właściwości obniżania napięcia powierzchniowego i SA zaliczane do naturalnych emulgatorów typu o/w.

Stała HLB - Griffin w 1949 roku opracował metodę określania stanu równowagi hydrofilowo-lipofilowej cząstki, wyrażając liczbowo wartość tzw. Wartość HLB (hydrophile-lipofile balance), oraz dokonał klasyfikacji związków w zależności od jej wielkości. Zakres HLB mieści się  od 0 do 20 i jest miarą procentowego udziału części hydrofilowej w cząsteczce. Wartość HLB większości niejonowych związków powierzchniowo czynnych może być obliczona na podstawie znajomości teoretycznego składu związku powierzchniowo czynnego, oraz analitycznie oraz doświadczalnie sporządzenia emulsji. W latach późniejszych rozszerzono teorie HLB na związki hydrofilowe typu jonowego, ulegające w roztworze wodnym dodatkowym przemianom, powodującym wzrost ich hydrofilowości. Spowodowało to konieczność rozszerzenia skali do 40. W zależności od wielkości HLB związki powierzchniowo czynne znajdują praktyczne zastosowanie: 

Zakres HLB Zastosowanie

3-6

7-9

8-18

13-15

15-18

Emulgatory emulsji woda w oleju w/o

Substancje zwilżające

Emulgatory emulsji olej w wodzie o/w

Detergenty

Rozpuszczalniki hydrofilowe

      Wartość HLB emulgatora jest istotną informacją, niezbędną w tworzeniu emulsji kosmetycznych

  1. Działanie i budowa emulgatorów

Większość emulgatorów zbudowana jest z długiego węglowodorowego łańcucha oraz znajdującej się na jednym z końców grupy hydrofilowej. Poniżej schematyczny rysunek emulgatora.

          

W zależności od procentowego udziału każdej z tych grup
w budowie cząsteczki emulgatora, ma on określone właściwości. Jeśli przeważająca jest grupa hydrofobowa (niska stała HLB), emulgator będzie tworzył emulsje w/o. Natomiast jeśli częścią przeważającą jest grupa hydrofilowa (wysoka stała HLB) emulgator będzie tworzył emulsje o/w.

Zasada działania emulgatorów opiera się na zasadzie powinowactwa chemicznego. Jeśli do nie mieszającego się roztworu oleju i wody dodamy emulgatora, to ustawi się on na granicy faz olej/woda częściami polarnymi w kierunku wody a częściami hydrofobowymi w kierunku oleju. Kiedy tak powstałą mieszaninę zaczniemy mieszać, powstanie emulsja. Jej rodzaj zależy od użytego emulgatora.

Jeśli użyjemy emulgatora typu w/o (o niskiej HLB), wtedy cząsteczki emulgatora ustawia się grupami hydrofobowymi do siebie zamykając wewnątrz olej, zewnętrzne grupy hydrofilowe otoczone są przez wodę.

W przypadku emulgatora o/w wewnątrz miceli znajdą się grupy hydrofilowe zamykając wodę.

Zasada działania emulgatorów

1.3. Cechy dobrego emulgatora

         Do najczęściej wymienianych cech dobrego emulgatora należą:

·        Obniżanie napięcia powierzchniowego na granicy rozdziałów faz,

·        Zapewnienie subtelnego rozdrobnienia cząstek fazy rozproszonej,

·        Zapewnienie odpowiedniej lepkości emulsji,

·        Stabilizacja emulsji określonego typu,

·        Zapewnienie stabilności emulsji podczas jej użytkowania i przechowywania,

·        Użyteczność w małych ilościach (nie więcej niż 5% ogólnej masy emulsji),

·        Zapobieganie zjawisku inwersji, gdy zawartość fazy rozproszonej przekroczy 80%,

·        Brak reaktywności w stosunku do składników emulsji,

·        Brak toksyczności,

·        Brak zapachu,

·        Możliwie jasne zabarwienie,

·        Niska cena.         

Poza powyższymi cechami emulgatory używane do specjalnych celów powinny wykazywać jeszcze inne właściwości, np. emulgatory używane w produktach spożywczych powinny być jadalne i nie mogą mieć nie nieprzyjemnego smaku. Emulgatory do emulsji kosmetycznych nie powinny działać drażniąco na skórę i błony śluzowe. Bardzo pożądaną cechą emulgatorów do farb i lakierów jest ich lotność i zdolność tworzenia trwałych powłok.

Przedstawiona powyżej lista cech, jakie powinien spełniać dobry emulgator, nie jest z pewnością listą zamkniętą, pomimo to jest to raczej lista życzeń. Bardzo trudno bowiem znaleźć taki emulgator, który by odpowiadał wszystkim wyżej wymienionym warunkom. Z tego też powodu w celu otrzymania stabilnej emulsji najczęściej nie stosuje się pojedynczego emulgatora, ale odpowiednio dobraną mieszankę kilku emulgatorów. 

  1. Emulsje

Ogromną większość wyrobów kosmetycznych stanowią wieloskładnikowe mieszaniny. Zależnie od rodzaju składników i pełnionych funkcji są to ciekłe układy jednofazowe (roztwory), ciekłe układy wielofazowe (emulsje i zawiesiny) lub mieszaniny sproszkowanych substancji stałych. Zależnie od charakteru użytych składników kosmetyk można sporządzić w formie klarownego roztworu lub układu zdyspergowanego, w którym cząstki ciekłych lub stałych składników są rozproszone w odpowiednim rozpuszczalniku. Najczęściej spotykaną formą kosmetyczną są proste emulsje – dwufazowe układy stanowiące w miarę stabilną mieszaninę dwóch roztworów, z których jeden zawiera wodę i rozpuszczone w niej substancje hydrofilowe a drugi jest jednorodną mieszaniną składników hydrofobowych, głównie lipidów. Wprowadzone do takiego systemu sproszkowane substancje stałe, zależnie od charakteru (polarności) powierzchni znajdą się w jednej z tych faz lub na ich granicy.
2.1. Co to jest emulsja??

Zmieszanie ze sobą dwóch cieczy, których cząsteczki ze względu na różnicę polarności nie mogą ze sobą oddziaływać nie doprowadzi do powstania roztworu. Bez względu na zastosowany sposób mieszania ciecze takie po krótkim czasie ulegną rozdzieleniu. Jest to zrozumiałe z termodynamicznego punktu widzenia – powierzchnia międzyfazowa jest w tym przypadku obszarem o podwyższonej energii wewnętrznej, mówimy, że pomiędzy obydwiema cieczami istnieje napięcie międzyfazowe proporcjonalne do powierzchni styku faz. Czym większa powierzchnia styku tym wyższe napięcie powierzchniowe a co za tym idzie również energia swobodna układu oraz entropia. Dlatego w normalnych warunkach czyste ciecze o różnej polarności nie mogą wytworzyć stabilnej emulsji, a więc układu o bardzo dużej powierzchni międzyfazowej, rzędu wielu metrów kwadratowych na gram. Stosunkowo stabilna emulsja może powstać dopiero wtedy, gdy w wyniku zaadsorbowania cząsteczek środka powierzchniowo czynnego na granicy faz olej-woda nastąpi obniżenie napięcia międzyfazowego. W układzie takim, fragmenty lipofilowe emulgatora znajdujące się w fazie olejowej oddziałują z niepolarnymi cząsteczkami fazy lipidowej a fragmenty hydrofilowe są solwatowane przez wodę. Stabilność emulsji osiąga się dzięki użyciu emulgatorów i rozmaitych substancji zapobiegających zlewaniu się kropel.

Klasyczną definicję emulsji podał Becher, według którego emulsja jest to: „makroskopowy układ heterogenny składający się co najmniej z dwóch, nie mieszających się ze sobą faz ciekłych z których jedna jest zdyspergowana w drugiej w postaci kropel”. Układy takie są z definicji niestabilne, ich trwałość zależy od obecności substancji obniżających napięcie międzyfazowe lub utrudniających zlewanie się kropel fazy rozproszonej. Jest oczywiste, że definicja ta nie obejmuje typowych pian i dyspersji substancji stałych w ciekłym ośrodku, nie wyklucza jednak, że układ emulsyjny może równocześnie być pianą lub zawierać zdyspergowane cząstki stałe. Definicja Bechera obejmuje w zasadzie tylko dwa rodzaje układów emulsyjnych – klasyczne i wielokrotne, nie ma natomiast zastosowania do układów mikroskopowych – mikroemulsji i systemów pochodnych -micelarnych i ciekłokrystalicznych.

Emulsjami są kremy, śmietanki i mleczka. W formie emulsji produkuje się również odżywki do włosów i dezodoranty, a nawet wyroby perfumeryjne.

Emulsja = dwufazowe, ciekłe układy dyspersyjne utworzone z dwóch cieczy wzajemnie w sobie nierozpuszczalnych. W jednej cieczy, zwanej fazą ciągłą lub zewnętrzną, zawieszone są kropelki drugiej cieczy, zwanej fazą rozproszoną lub wewnętrzną. Woda jest zazwyczaj jedną z faz, natomiast drugą – ciecz nie mieszająca się z wodą, zwana fazą olejową. Aby emulsja była trwała, potrzebny jest emulgator, który zwykle lepiej rozpuszcza się w jednej cieczy.

2.1. Działanie i budowa emulsji.

Emulsje zawierające jako jedną z faz wodę, zależnie od charakteru fazy rozproszonej dzieli się na układy typu olej w wodzie (O/W) i woda w oleju (W/O). Jest oczywiste, że określenie „olej” jest w tym przypadku synonimem fazy organicznej, nierozpuszczalnej w wodzie, fazą „olejową” może być np. mieszanina niższych węglowodorów lub silikonów nie mających nic wspólnego z klasycznym pojęciem oleju. Specyficznym typem emulsji W/O są tak zwane emulsje żelowe, w których rozproszona faza wodna stanowi powyżej 90%. Różnice we własnościach fizykochemicznych emulsji typu W/O i O/W są przede wszystkim wynikiem odmiennej polarności fazy zewnętrznej (ciągłej) i jej oddziaływań z otoczeniem. Dzięki temu można stosunkowo łatwo określić rodzaj emulsji, najprostszą metodą jest próba rozpuszczalnikowa – emulsje O/W rozpuszczają się w wodzie, bez tworzenia zgęstków i innych agregatów, emulsje W/O są wodonierozcieńczalne. W przypadku użycia niepolarnego rozpuszczalnika organicznego obserwuje się zjawisko odwrotne. Ewentualne wątpliwości można rozstrzygnąć dodając odpowiedni barwnik (rozpuszczalny w wodzie lub w tłuszczach) i oglądając zabarwioną emulsje pod mikroskopem. Metody te niekiedy zawodzą, zwłaszcza gdy w fazie ciągłej występują struktury ciekłokrystaliczne, w takich sytuacjach konieczne jest użycie metod bardziej złożonych, takich jak m.in. pomiar przewodnictwa elektrycznego. Konsekwencją różnic we własnościach fizykochemicznych emulsji O/W i W/O jest także różna ich wrażliwość na działanie elektrolitów, hydrofilowych polimerów i innych dodatków modyfikujących. Niezależnie od typu emulsji dodanie do niej rozpuszczalnika mieszającego się z obydwiema fazami prowadzi z reguły do zaniku sił stabilizujących i jej rozpadu.

Substancje wchodzące w skład emulsji kosmetycznych:

- Woda

- Emulgatory

- Emolienty – składniki fazy olejowej odpowiedzialne za takie właściwości użykowe emulsji jak: wygładzenie i zmiękczenie naskórka, łatwość rozprowadzenia emulsji, wytworzenie filmu okluzyjnego na powierzchni skóry

- Substancje nawilżające ( o budowie hydrofilowej) jak gliceryna, glikole, aminokwasy, mocznik i inne

- Substancje zwiększające lepkość fazy zewnętrznej – poprawiają stabilność emulsji , nadają jej pożądaną formę użytkową np. karbomery, pochodne celulozy itp.

- Substancje czynne np. filtry UV, witaminy, antyutleniacze

- Konserwanty zapobiegające rozwojowi bakterii zwłaszcza w emulsjach O/W

- Kompozycje zapachowe, barwniki nadające produktom miłe dla potencjalnych konsumentów właściwości użytkowe

Konsystencja i właściwości reologiczne

Jednym z czynników, które wpływają na właściwości aplikacyjne kosmetyków jest konsystencja emulsji. Lepkość emulsji zwykle decyduje o zaklasyfikowaniu kosmetyku do odpowiedniej grupy produktów rynkowych: mleczka, balsamu czy kremu.

Odpowiednią konsystencję emulsji o/w uzyskuje się zwykle poprzez:

Dodatek tzw. „stałych wosków” – czyli substancji tłuszczowych, które w temperaturze pokojowej są ciałami stałymi.

Dodatek hydrofilowych polimerów, które po wprowadzeniu do emulsji zwiększają lepkość fazy wodnej.

Substancje te, powodując wzrost lepkości fazy wodnej działania konsystencjotwórczego, wpływają również na stabilność emulsji. Polimery, poprzez zwiększenie lepkości fazy ciągłej zapobiegają śmietanowaniu i dodatkowo utrudniają przemieszczanie się kropel fazy wewnętrznej, co w pewnym stopniu przeciwdziała koalescencji. Z kolei alkohole tłuszczowe, jako związki posiadające w strukturze hydrofilowe grupy funkcyjne, mogą lokować się na granicy faz, wpływając na stabilność kropel fazy rozproszonej w układzie.
Emulsje wielokrotne

Odrębnym rodzajem układów emulsyjnych są tak zwane emulsje wielokrotne powstające w wyniku rozproszenia kropel emulsji klasycznej w nie mieszającej się z nią fazie ciągłej. Do jednoznacznego określania rodzaju takich emulsji służą oznaczenia literowe odpowiadające fazom (np. W/O/W – woda w oleju w wodzie), przy czym ostatnia litera w ciągu określa zewnętrzna fazę ciągłą. Niekiedy dla większej jednoznaczności wprowadza się dodatkowe oznaczenia liczbowe. Przykładowo, w układzie W/O/W faza wodna emulsji pierwotnej jest oznaczana jako W1/O. Pozwala to na unikniecie nieporozumień przy określaniu składu poszczególnych faz. Jej rozproszenie w dodatkowej fazie wodnej W2 daje emulsję wielokrotna określaną jako W1/O/W2. Zgodnie z tą nomenklaturą istnieją dwa podstawowe typy emulsji wielokrotnych: W1/O/W2 i O1/W/O2 różniące się własnościami fizykochemicznymi podobnie jak w przypadku emulsji klasycznych. Znane są także układy bardziej złożone, o większej krotności faz, są one jednak trudne do otrzymania i nie znalazły dotychczas zastosowań w produkcji kosmetyków.

Z punktu widzenia zastosowań kosmetycznych układy wielokrotne wykazują szereg zalet w porównaniu z emulsjami klasycznymi. Do najważniejszych należy ułatwione wprowadzanie w naskórek polarnych substancji czynnych i zwiększona stabilność składników. Dotyczy to zarówno substancji łatwo ulegających utlenieniu jak i reagujących z innymi składnikami kosmetyku. W obydwu przypadkach związki takie wprowadza się do odpowiedniej wewnętrznej fazy rozproszonej (W1 lub O2). Otoczenie ich wewnętrzną fazą ciągłą skutecznie utrudnia dostęp tlenu i oddziela od reaktywnych składników znajdujących się w zewnętrznej fazie ciągłej (W2 lub O2).

Trwałość emulsji i emulgatory

Emulsje są układami termodynamicznie niestabilnymi. Jak wszystkie układy w przyrodzie tak i układy emulsyjne dążą do jak najniższej entropii – dążenie to jest podstawową siłą powodującą ich niestabilność. Najprostszą emulsję można wykonać mieszając ze sobą wodę i olej – energia dostarczona podczas mieszania pozwala na zdyspergowanie cząsteczek fazy rozproszonej w fazie ciągłej. Emulsja taka jest jednak niestabilna -rozdzielenie faz następuje już po kilku minutach. Podstawową metodą zwiększania stabilności emulsji i ułatwiania ich tworzenia jest wprowadzenie do układu emulgatora. Emulgator jest substancją powierzchniowo czynną, rozpuszczalną jednocześnie w obu fazach, która adsorbuje się na granicy pomiędzy nimi w taki sposób, że fragmenty polarne znajdują się w fazie wodnej a niepolarne pozostają w obszarze lipidowym. Dzięki temu emulgator staje się „łącznikiem” pomiędzy obydwiema fazami -schematycznie można to przedstawić w ten sposób, że każda z faz oddziałuje z odpowiednim fragmentem amfifilowej cząsteczki emulgatora, co powoduje zmniejszenie energii na styku faz i tym samym obniżenie napięcia międzyfazowego. To z kolei obniża entropię całego układu. Pomimo wprowadzania emulgatorów emulsja zawsze pozostaje układem o tendencji do destabilizacji – nie można obniżyć napięcia powierzchniowego pomiędzy fazami do zera, nie można zatem zapobiec dążeniu układu do obniżania entropii. W przypadku emulsji podstawową drogą obniżania entropii jest zmniejszanie powierzchni styku faz poprzez „zlewanie” kropel fazy rozproszonej i związane z tym obniżanie napięcia międzyfazowego.

2.3.Emulsja kosmetyczna

Wytwarzanie emulsji kosmetycznych zwane jest emulgowaniem. Emulgowanie to proces dyspergowania ( rozpraszania ) jednego materiału w drugim – w przypadku emulsji kosmetycznych dwóch nie mieszających się cieczy. W wyniku tego procesu powstaje emulsja kosmetyczna. Emulsja kosmetyczna składa się z wielu składników . W kosmetyce mamy do czynienia z emulgowaniem dwóch faz , gdyż każda z faz składa się z innych składników. Fazy te to faza wodna i faza olejowa. Emulsja kosmetyczna może być zdefiniowana jako układ 2-fazowy składający się z dwóch niemieszających się cieczy , zdyspergowanych jedna w drugiej , w postaci bardzo drobnych kropli. Faza zdyspergowana, to faza rozdrobniona , wewnętrzna. Faza zewnętrzna, to faza , w której dyspergujemy , zwana jest też fazą ciągłą. W zależności od tego , która faza jest wewnętrzna , a która zewnętrzna , rozróżniamy różne typy emulsji:

Stosowanie zróżnicowanych składników kosmetycznych pozwala na wytwarzanie wielu różnych produktów z kategorii emulsji kosmetycznych. Różne składniki emulsji sprawiają , że odczucie na skórze różnych emulsji jest też różne. Emulsja kosmetyczna działa różnie na sórę, w zależności od zastosowanych w niej składników aktywnych. Składniki aktywne wpływają także na koszty produktu a także na jego sukces rynkowy.

Emulsje o/w - Zdecydowana większość produktów kosmetycznych to wieloskładnikowe układy heterofazowe. Najpopularniejszą formą są emulsje.

Emulsja składa się z co najmniej dwóch nie mieszających się ze sobą faz ciekłych, z których jedna jest rozproszona w drugiej w postaci kropel i/lub ciekłych kryształów.

Emulsje kosmetyczne prawie zawsze złożone z fazy wodnej i olejowej dzielimy na układy typu olej w wodzie O/W – faza olejowa rozproszona lub wewnętrzna, faza wodna ciągła lub zewnętrzna oraz woda w oleju W/O – faza wodna rozproszona (wewnętrzna), faza olejowa ciągła (zewnętrzna). Określenie „olej” oznacza fazę organiczną nierozpuszczalną w wodzie Można też wytworzyć emulsje wielokrotne W/O/W lub O/W/O i znajdują one od czasu do czasu zastosowanie w kosmetyce. Emulgator to spc o budowie amfifilowej rozpuszczalny w specyficzny sposób w obu nie mieszających się fazach. Część hydrofilowa cząsteczki emulgatora ma powinowactwo do fazy wodnej a część lipofilowa – do fazy olejowej. Dzięki temu cząsteczki emulgatora ustawiają się na granicy faz i powodują zmniejszenie napięcia międzyfazowego. Oczywiście nie można obniżyć napięcia międzyfazowego do zera i emulsja zawsze będzie układem termodynamicznie niestabilnym. Emulsje otrzymuje się przede wszystkimi poprzez rozproszenie jednej cieczy w drugiej ( fazy wewnętrznej w zewnętrznej) – wymaga to dość dużego nakładu energii.

Stabilizacja emulsji

Podstawową metoda zwiększenia stabilności emulsji i ułatwienia jej wytworzenia jest wprowadzenie do układu emulgatora. Efektywność emulgatorów zależy od ich zdolności obniżania napięcia międzyfazowego, a także możliwości uczestniczenia w innych zjawiskach stabilizujących emulsje: tworzeniu kompleksowego filmu na powierzchni kropli fazy rozproszonej, tworzeniu warstw elektrycznych wokół kropel emulsji, powstawaniu ciekłokrystalicznych lub żelowych struktur w fazie ciągłej i in.

Zastosowanie:

O/W < 20 – 30% Kremy nawilżające, znikające, podkładowe, balsamy do ciała, maseczki, szampony kremowe, dezodoranty, niektóre odżywki do włosów

O/W > 20 – 30% Kremy uniwersalne, niektóre cold-kremy, kremy na noc, lekkie kremy pod oczy, mleczka, niektóre odżywki do włosów

W/O 20 – 40% Kremy tłuste, na noc, pod oczy, kremy uniwersalne, ochronne, do masażu, mleczka do demakijażu

Literatura:

1. J. Arct, K. Pytkowska, „Emulsje kosmetyczne”, Wiadomości PTK, Vol.3 (2/3), listopad 2000

2. M. Gronwald „Emulgatory w produktach kosmetycznych”, Wiadomości PTK, Vol.3 (2/3), listopad 2000

3. J. Marcinkiewicz-Salmonowiczowa „Zarys Chemii i Technologii kosmetyków” Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 1995

4. R. Zieliński „Surfaktanty towaroznawcze i ekologiczne aspekty ich stosowania” Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej w Poznaniu, Poznań 2000

5. W. Malinka „Zarys Chemii kosmetycznej” Wydawnictwo Volumed, Wrocław 1999

6. Internet


Wyszukiwarka