Jak kontrolovat stabilitu kosmetických přípravků

Emulze je termodynamicky nestabilní systém a jeho životnost je omezená. To naznačuje, že stabilita emulze je důležitým problémem pro kosmetické formulační přípravky. Komerční kosmetika musí mít trvanlivost 2-3 roky. Doba použitelnosti emulze může být definována jako doba, po kterou se emulze zhorší na nepřijatelnou úroveň pro spotřebitele. Trvá dlouhou dobu, než se komerční kosmetika distribuuje a skladuje spotřebitelům. Obecně platí, že trvanlivost kosmetiky je 2 až 3 roky. Některé země vyžadují, aby mimoprobídné (OTC) emulze obsahující prostředky na ochranu proti slunečnímu opalování měly stabilitu delší než 5 let. Vzhledem k tomu, že měření trvanlivosti v reálném čase je časově náročné, obecně kosmetické společnosti zřídka provádějí výzkum trvanlivosti v reálném čase, takže je důležité navrhnout testy, které přesně předpovídají trvanlivost emulzí. Ačkoli v současné době existuje mnoho takových programů, stále existuje určitá vzdálenost od reality, což naznačuje, že stabilita emulze není jednoduchá záležitost.

(1) Mechanismus nestability emulze

Když emulze zestárne, prochází fyzickými změnami, aby byla emulze nestabilní. Včetně účinků stratifikace gravitace, flokulace a disproporce.

Možným výsledkem gravitační separace je flokulace. Flokulace je fenomén sedimentace nebo stratifikace. Během flokulace je stále emulgována, ale bohatá disperzní fázová vrstva je soustředěna v horní vrstvě (v emulzi O/W) nebo ve spodní vrstvě (v emulzi O/W). Emulze W/O). Změny způsobené těmito dvěma druhy gravitace jsou reverzibilní a třepání může agregované materiály znovu rozptýlit. Tyto podmínky se řídí Stokesovým zákonem, to znamená, že rychlost separace je úměrná rozdílu hustoty mezi fází oleje a vodní fází a viskozita kontinuální fáze je úměrná velikosti částic rozptýlené fáze. Proto zvýšení viskozity kontinuální fáze nebo snížení velikosti částic pomocí koloidních mlýnů nebo homogenizace může zvýšit stabilitu emulze.

Když se rozptýlené fázové kapičky spojí a zkombinují do větších kapiček, dochází ke sloučenství. Nakonec dojde k fázové separaci. Pokud množství emulgátoru nestačí k udržení kapiček malých, ale dostatečné k tomu, aby se zabránilo flokulaci nebo dalšímu slučování do emulze s větším rozložením částic, nazývá se tato situace omezenou slučováním.

Disproporční účinek je způsoben vnitřním tlakem kapičky, který je vyšší než vnější tlak kapičky. Tato hnací síla způsobí, že se chemické složky rozšiřují z malých kapiček na větší kapičky nebo případně do kontinuální fáze. Vzhledem k tomu, že různé složky systému povrchově aktivních osob se mohou rozptylovat od malých kapiček po velké kapičky různými rychlostmi, v důsledku toho se malé kapičky zmenšují a velké kapičky se zvětšují.

(2) Zkouška stability emulze

V literatuře bylo hlášeno mnoho experimentálních metod, které předpovídají stabilitu emulze. Zahrnuje především zrychlené testování, testy v reálném čase a reologické měření.

1. Zrychlená zkouška

Zrychlená zkouška je metoda založená na zatížení systému, jako je zvýšení teploty nebo odstředivý účinek. Inherentním nebezpečím jakékoli zrychlené zkoušky je podrobit emulzi podmínkám, které dalece přesahují to, co skutečně zažíváte. Výsledky zrychlených zkoušek by proto měly být používány opatrně a závěry by měly být porovnány a potvrzeny výsledky za běžných skladovacích podmínek.

Zrychlená zkouška založená na teplotě používá konstantní vysokou teplotu,

(Například 40 °C nebo 48 °C) nebo cyklus zmrazení-taveniny (-15 ~ 5 ° C na pokojovou teplotu). Teoretickým základem pro použití vysokoteplotně zrychlených zkoušek je Arrheniova rovnice popisující vztah mezi konstantou rychlosti chemické reakce a teplotou, to znamená, že pokud se teplota zvýší o 10 °C, rychlost většiny chemických reakcí se zdvojnásobí. Proto by 3 roky při 20 °C měly být ekvivalentní 4,5 měsícům při 50 °C. Nicméně, jak se teplota zvyšuje, viskozita emulze klesá a rovnováha rozpustnosti povrchově aktivních lidí se mění. Mohou také nastat další změny, jako je hydratace koloidních pevných látek a polymerů, dělení molekul mezi obě fáze a tání vosků nebo jiných látek. Některé z hlavních faktorů, které dělají emulze stabilní, náhle zmizí při vysokých teplotách, což vede k nestabilitě emulzí.

Zrychlené testování někdy vytváří některé zavádějící informace. Některé emulze, které jsou také odděleny při vysokých teplotách, mohou mít různou trvanlivost při pokojové teplotě. Neiontové emulgátory spoléhají na hydrataci svých polyoxyethylenových skupin ke stabilizaci emulzí a jejich výběr je založen na vlastnostech rozhraní při pokojové teplotě. Při vysokých teplotách se hydratace emulgátorů zmenšuje a jejich hodnoty HLB jsou zcela odlišné. Mohou být považovány za molekuly různých vlastností. V některých případech je emulze stabilnější při vysoké teplotě než při nízké teplotě. V tomto případě, pokud je závěr učiněn pouze na základě zrychlené zkoušky s vysokou teplotou, je nejen nesprávný, ale také zavádějící.

Cyklus tání mrazu také zvyšuje zatížení emulze a existují některé inherentní problémy. Při mrazivých teplotách může tvorba ledových krystalů v O/W emulzi protáhnout a zploštět částice oleje. Kromě toho lipofilní část emulgátoru ztrácí svou tekutost a hydrofilní část se spontánně "dehydratuje" v důsledku zmrazení a srážení vody. Pokud se emulze "vyléčí" před souhláskou, emulze odolá zkoušce. Pokud je rychlost opětovného rozpuštění komponent pomalá, emulze je nestabilní, což se liší od procesu, ke kterému dochází při pokojové teplotě.

Odstředivý účinek je další metoda, která používá zrychlenou gravitaci k aplikování zatížení na emulzi. Poloměr je 10 cm a rychlost 3750r / min po dobu 5 hodin odpovídá 1 roku pro gravitaci. Proto lze tuto metodu použít na procesy, kde je rychlost rozhodující pro flokulaci a stratifikaci. Někteří lidé používají metodu ultracentrifugace k kvantitativnímu určení stability emulze. Požadovaný čas je kratší než čas tradiční metody, ale je zapotřebí více práce ke studiu korelace mezi výsledky a testy v reálném čase a použití korelace k předpovídání stability emulze. Rychlost ultracentrifugace je až 25000r / min. Za těchto vysokorychlostních podmínek existuje rozdíl mezi stabilitou emulze a stabilitou za běžných podmínek; při takové vysokorychlostní odstředivce je rozhodujícím stupněm rychlosti pouze sloučení, takže kapičky nebo částice Rychle se hromadí, což způsobuje rychlé oddělení vodního média. Za běžných skladovacích podmínek dochází k reverzibilní flokulaci a nevratné flokulaci, což může být rozhodující fáze procesní rychlosti. Kromě toho použití takové silné síly způsobí únik kapalného filmu vodné fázové kapaliny mezi kapičkami a způsobí zničení emulgátorového filmu.

Pouze dalším studiem korelace mezi výsledky zrychlené zkoušky a výsledky za obecných skladovacích podmínek lze zrychlenou zkoušku správně použít k předpovídání stability emulze.