Kako nadzorovati stabilnost kozmetičnih formulacij

Emulzija je termodinamično nespremeljiv sistem, njegova življenjska doba pa je omejena. Kaže, da je stabilnost emulzije pomembno vprašanje za kozmetične formulatorje. Komercialna kozmetika mora imeti rok uporabnosti 2-3 leta. Rok uporabnosti emulzije je mogoče opredeliti kot čas, potreben za poslabšanje emulzije na nesprejemljivo raven za potrošnike. Za distribucijo in shranjevanje komercialne kozmetike potrošnikom je potrebno dolgo obdobje. Na splošno je rok uporabnosti kozmetike 2 do 3 leta. Nekatere države zahtevajo, da imajo emulzije, ki vsebujejo sredstva za kremo za sonašanje, dlje kot 5 let. Ker je merjenje življenjske dobe v realnem času zamudno, na splošno kozmetična podjetja redko izvajajo raziskave življenjske dobe v realnem času, zato je pomembno, da oblikujete teste, ki natančno napovedujejo rok trajanja emulzije. Čeprav je trenutno veliko takšnih programov, je še vedno določena razdalja od realnosti, kar kaže, da stabilnost emulzije ni preprosta zadeva.

(1) Mehanizem emulzije

Ko je emulzija stari, se opravi fizične spremembe, da je emulzija nesprejemljiva. Vključno z učinki gravitacijske stratifikacije, flokulacije in nesorazmernosti.

Možni rezultat ločitev težnosti je flokulacija. Flokulacija je pojav sedimentacije ali stratifikacije. Med flokulacijo je še vedno emulgirana, vendar je bogata razpršena fazna plast koncentrirana v zgornji plasti (v emulzijo O/W) ali v spodnji plasti (v emulzijo O/W). W/O emulzija). Spremembe, ki jih povzročata ti dve vrsti težnosti, so reverzibilne, hlajenje pa lahko ponovno razprši združene materiale. Ti pogoji se ujemajo s Stokesovo zakonodajo, se pravi, da je hitrost ločevanja sorazmerna z razliko gostote med oljno fazo in vodno fazo, viskoznost neprekinjene faze pa je sorazmerna z velikostjo delcev razpršene faze. Zato lahko povečanje viskoznosti neprekinjene faze ali zmanjšanje velikosti delcev z uporabo koloidnih mlinov ali homogenizacija poveča stabilnost emulzije.

Ko se razpršene fazne kapljice združijo in kombinirajo, da tvorijo večje kapljice, pride do koalescence. Sčasoma bo prišlo do ločitve faze. Če količina emulgacijskih sredstev ni dovolj, da kapljice ostanejo majhne, ampak dovolj, da se prepreči flokulacija, ali nadaljnje soavlaževanje v emulzijo z večjo porazdelitvijo delcev, se to stanje imenuje omejena koalescenca.

Nesorazmerni učinek je posledica notranjega pritiska kapljice, ki je višji od zunanjega tlaka kapljice. Ta gonilna sila bo povzročila, da se kemične komponente od majhnih kapljic razlikujejo do večjih kapljic, ali morda v neprekinjeno fazo. Ker različne sestavine sistema površinsko aktivna snov se lahko razlikujejo od majhnih kapljic do velikih kapljic po različnih stopnjah, kot rezultat, majhne kapljice postanejo manjše in velike kapljice postanejo večje.

(2) Preskus stabilnosti emulzije

V literaturi so poročali o številnih eksperimentalnih metodah, ki napovedujejo stabilnost emulzije. V glavnem vključuje pospešen test, test v realnem času in reološko merjenje.

1. Pospešeni preskus

Pospešeni preskus je metoda, ki temelji na uporabi obremenitve sistema, kot je povečanje temperature ali centrifugalno dejanje. Neločovna nevarnost za vsak pospešeni test je, da se emulzija podvrže pogojem, ki presegajo dejansko izkušnje. Zato je treba pospešene rezultate preskusa uporabljati previdno, zaključke pa je treba primerjati in potrditi z rezultati v običajnih pogojih shranjevanja.

Pospešeni preskus, ki temelji na temperaturi, uporablja stalno visoko temperaturo,

(Na primer 40 °C ali 48 °C) ali cikel zmrzovanja (-15~ 5 °C do sobne temperature). Teoretična podlaga za uporabo visokotemperaturnih pospešenih testov je Arrhenius enačba, ki opisuje razmerje med konstanto kemijske reakcije in temperaturo, torej če se temperatura poveča za 10 °C, se hitrost večine kemičnih reakcij podvoji. Zato 3 leta pri 20 °C ustrezajo 4,5 meseca pri 50 °C. Ker pa se temperatura povečuje, se viskoznost emulzije zmanjšuje in spreminja se ravnovesje topnosti surfaktanta. Lahko se pojavijo tudi druge spremembe, kot so hidracija koloidnih trdnih snovi in polimerov, prečiščevanje molekul med obema fazama in taljenje voskov ali drugih snovi. Nekateri glavni dejavniki, ki naredijo emulzije stabilne, bodo nenadoma izginili pri visokih temperaturah, kar bo povzročilo, da bodo emulzije postale neshvabne.

Pospešeno testiranje včasih povzroči nekaj zavajajočih informacij. Nekatere emulzije, ki so ločene tudi pri visokih temperaturah, imajo lahko različne rok uporabnosti pri sobni temperaturi. Neionski emulgaatorji se za stabilizacijo emulzija zanašajo na hidratacijo svojih polioksietilenih skupin, njihova izbira pa temelji na značilnostih vmesnika pri sobni temperaturi. Pri visokih temperaturah postane hidratacija emulgacijskih sredstev manjša, njihove vrednosti HLB pa so povsem drugačne. Lahko se štejejo kot molekule različnih lastnosti. V nekaterih primerih je emulzija pri visoki temperaturi bolj stabilna kot pri nizki temperaturi. V tem primeru, če je zaključek narejen le na podlagi visokotemperaturnega pospešenega preskusa, ni le nepravilen, ampak tudi zavajajoč.

Cikel zmrzovanje-taljenje tudi povečuje obremenitev emulzije, in obstaja nekaj neločljivo težav. Pri ledenih temperaturah lahko nastanek ledenih kristalov v emulzijah O/W izenači in splošči delce olja. Poleg tega lipofilni del emulgata izgubi svojo fluidnost, hidrofilni del pa spontano "dehidrira" zaradi zmrzovanja in padavin vode. Če se emulzija »pozdravi« pred soalescenco, bo emulzija zmožna preskusa. Če je hitrost ponovno raztapljanja komponent počasna, je emulzija nesprejemljiva, kar se razlikuje od procesa, ki se pojavi pri sobni temperaturi.

Centrifugalno dejanje je še ena metoda, ki za uporabo obremenitve na emulzijo uporablja pospešeno gravitacijo. Polmer je 10cm, hitrost 3750r/min za 5h pa je enaka 1 letu za gravitacijo. Zato se ta metoda lahko uporablja za procese, kjer je hitrost odločilna za flokulacijo in stratifikacijo. Nekateri ljudje z metodo ultracentrifugacije kvantitativno določijo stabilnost emulzije. Potreben čas je krajši od časa tradicionalne metode, vendar je potrebno več dela za preučevanje korelacije med rezultati in preskusi v realnem času ter uporabo korelacije za napoved stabilnosti emulzije. Hitrost ultracentrifugacije je do 25000r/min. V takšnih pogojih za visoke hitrosti obstaja razlika med stabilnostjo emulzije in stabilnostjo v normalnih pogojih; pod tako hitro centrifugacijo, samo koalescenca je odločilna stopnja hitrosti, tako kapljice ali delci Se kopičijo hitro, kar povzroča, da se vodni medij hitro loči. V normalnih pogojih shranjevanja se pojavita reverzibilna flokulacija in nepopravljiva flokulacija, ki sta lahko odločilna stopnja hitrosti postopka. Poleg tega bo uporaba tako močne sile povzročila uhajanje tekočega filma v tekoči fazi tekočine med kapljicami in povzročilo uničenje emulgacijski film.

Samo z nadaljnjim preučevanjem korelacije med rezultati pospešenega preskusa in rezultati v splošnih pogojih shranjevanja se lahko pospešeni preskus pravilno uporabi za napoved stabilnosti emulzije.