Wie man die Stabilität kosmetischer Formulierungen kontrolliert

Emulsion ist ein thermodynamisch instabiles System und seine Lebensdauer ist begrenzt. Dies zeigt, dass die Stabilität der Emulsion ein wichtiges Thema für kosmetische Formulierer ist. Kommerzielle Kosmetika müssen eine Haltbarkeit von 2-3 Jahren haben. Die Haltbarkeit einer Emulsion kann als die Zeitdauer definiert werden, die die Emulsion benötigt, um sich für Verbraucher auf ein inakzeptables Maß zu verschlechtern. Es dauert lange, bis kommerzielle Kosmetika an Verbraucher verteilt und gelagert werden. Im Allgemeinen beträgt die Haltbarkeit von Kosmetika 2 bis 3 Jahre. In einigen Ländern sind OTC-Emulsionen (Over-the-Counter) mit Sonnenschutzmitteln erforderlich, die eine Stabilität von mehr als 5 Jahren aufweisen. Da die Messung der Haltbarkeit in Echtzeit zeitaufwändig ist, führen Kosmetikunternehmen im Allgemeinen selten Untersuchungen zur Haltbarkeit in Echtzeit durch. Daher ist es wichtig, Tests zu entwickeln, die die Haltbarkeit von Emulsionen genau vorhersagen. Obwohl es derzeit viele solcher Programme gibt, gibt es immer noch einen gewissen Abstand von der Realität, was darauf hinweist, dass die Stabilität der Emulsion keine einfache Sache ist.

(1) Der Mechanismus der Emulsionsinstabilität

Wenn die Emulsion gealtert wird, unterliegt sie physikalischen Veränderungen, um die Emulsion instabil zu machen. Einschließlich der Auswirkungen der Schwerkraftschichtung, Flockung und Disproportionierung.

Das mögliche Ergebnis der Schwerkrafttrennung ist Flockung. Flockung ist ein Phänomen der Sedimentation oder Schichtung. Während der Flockung wird es immer noch emulgiert, aber die reichhaltige dispergierte Phasenschicht ist in der oberen Schicht (in der O / W-Emulsion) oder in der unteren Schicht (in der O / W-Emulsion) konzentriert. W / O-Emulsion). Die durch diese beiden Arten der Schwerkraft verursachten Änderungen sind reversibel, und durch Schütteln können die aggregierten Materialien erneut dispergiert werden. Diese Bedingungen gehorchen Stokes' Gesetz, das heißt, die Trenngeschwindigkeit ist proportional zur Dichtedifferenz zwischen der Ölphase und der Wasserphase, und die Viskosität der kontinuierlichen Phase ist proportional zur Partikelgröße der dispergierten Phase. Daher kann eine Erhöhung der Viskosität der kontinuierlichen Phase oder eine Verringerung der Partikelgröße unter Verwendung von Kolloidmühlen oder Homogenisierung die Stabilität der Emulsion erhöhen.

Wenn die Tröpfchen der dispergierten Phase zusammengebracht und kombiniert werden, um größere Tröpfchen zu bilden, tritt eine Koaleszenz auf. Schließlich tritt eine Phasentrennung auf. Wenn die Menge an Emulgator nicht ausreicht, um die Tröpfchen klein zu halten, aber ausreicht, um eine Ausflockung zu verhindern oder weiter zu einer Emulsion mit größerer Partikelverteilung zu verschmelzen, wird diese Situation als begrenzte Koaleszenz bezeichnet.

Der Disproportionierungseffekt wird dadurch verursacht, dass der Innendruck des Tropfens höher ist als der Außendruck des Tropfens. Diese treibende Kraft bewirkt, dass die chemischen Komponenten von kleinen Tröpfchen zu größeren Tröpfchen oder möglicherweise zur kontinuierlichen Phase diffundieren. Da verschiedene Komponenten des Tensidsystems mit unterschiedlichen Raten von kleinen Tröpfchen zu großen Tröpfchen diffundieren können, werden kleine Tröpfchen kleiner und große Tröpfchen größer.

(2) Emulsionsstabilitätstest

In der Literatur wurde über viele experimentelle Methoden berichtet, die die Emulsionsstabilität vorhersagen. Es umfasst hauptsächlich beschleunigte Tests, Echtzeit-Tests und rheologische Messungen.

1. Beschleunigter Test

Der beschleunigte Test ist eine Methode, die auf der Belastung des Systems basiert, z. B. durch Erhöhen der Temperatur oder Zentrifugalwirkung. Die inhärente Gefahr eines beschleunigten Tests besteht darin, die Emulsion Bedingungen auszusetzen, die weit über das hinausgehen, was tatsächlich erlebt wird. Daher sollten die beschleunigten Testergebnisse mit Vorsicht verwendet werden, und die Schlussfolgerungen sollten verglichen und durch die Ergebnisse unter normalen Lagerbedingungen bestätigt werden.

Der temperaturbasierte beschleunigte Test verwendet eine konstant hohe Temperatur.

(Zum Beispiel 40 ° C oder 48 ° C) oder Gefrierschmelzzyklus (-15 ~ 5 ° C bis Raumtemperatur). Die theoretische Grundlage für die Verwendung von beschleunigten Hochtemperaturtests ist die Arrhenius-Gleichung, die die Beziehung zwischen der Konstante der chemischen Reaktionsgeschwindigkeit und der Temperatur beschreibt. Wenn sich die Temperatur um 10 ° C erhöht, verdoppelt sich die Geschwindigkeit der meisten chemischen Reaktionen. Daher sollten 3 Jahre bei 20 ° C 4,5 Monaten bei 50 ° C entsprechen. Mit steigender Temperatur nimmt jedoch die Viskosität der Emulsion ab und das Gleichgewicht der Tensidlöslichkeit ändert sich. Es können auch andere Veränderungen auftreten, wie die Hydratation kolloidaler Feststoffe und Polymere, die Verteilung von Molekülen zwischen den beiden Phasen und das Schmelzen von Wachsen oder anderen Substanzen. Einige der Hauptfaktoren, die Emulsionen stabil machen, verschwinden plötzlich bei hohen Temperaturen, was dazu führt, dass Emulsionen instabil werden.

Beschleunigtes Testen führt manchmal zu irreführenden Informationen. Einige Emulsionen, die auch bei hohen Temperaturen abgetrennt werden, können bei Raumtemperatur unterschiedlich haltbar sein. Nichtionische Emulgatoren beruhen auf der Hydratisierung ihrer Polyoxyethylengruppen, um Emulsionen zu stabilisieren, und ihre Auswahl basiert auf den Grenzflächeneigenschaften bei Raumtemperatur. Bei hohen Temperaturen wird die Hydratation von Emulgatoren kleiner und ihre HLB-Werte sind völlig unterschiedlich. Sie können als Moleküle mit unterschiedlichen Eigenschaften betrachtet werden. In einigen Fällen ist die Emulsion bei hoher Temperatur stabiler als bei niedriger Temperatur. In diesem Fall ist die Schlussfolgerung, wenn sie nur auf der Grundlage des beschleunigten Hochtemperaturtests getroffen wird, nicht nur falsch, sondern auch irreführend.

Der Gefrier-Schmelz-Zyklus erhöht auch die Beladung der Emulsion, und es gibt einige inhärente Probleme. Bei Gefriertemperaturen kann die Bildung von Eiskristallen in O / W-Emulsionen Ölpartikel verlängern und abflachen. Zusätzlich verliert der lipophile Teil des Emulgators seine Fließfähigkeit und der hydrophile Teil spontan&"dehydratisiert GG"; aufgrund des Gefrierens und Niederschlags von Wasser. Wenn die Emulsion&"GG aushärtet"; Bevor eine Koaleszenz auftritt, hält die Emulsion dem Test stand. Wenn die Wiederauflösungsrate der Komponenten langsam ist, ist die Emulsion instabil, was sich von dem bei Raumtemperatur ablaufenden Prozess unterscheidet.

Die Zentrifugalwirkung ist eine andere Methode, bei der die Emulsion mithilfe der beschleunigten Schwerkraft belastet wird. Der Radius beträgt 10 cm und die Geschwindigkeit von 3750 U / min für 5 Stunden entspricht 1 Jahr für die Schwerkraft. Daher kann dieses Verfahren auf Prozesse angewendet werden, bei denen die Geschwindigkeit für die Flockung und Schichtung entscheidend ist. Einige Leute verwenden die Ultrazentrifugationsmethode, um die Stabilität der Emulsion quantitativ zu bestimmen. Die erforderliche Zeit ist kürzer als die der herkömmlichen Methode, es ist jedoch mehr Arbeit erforderlich, um die Korrelation zwischen den Ergebnissen und Echtzeittests zu untersuchen und die Korrelation zur Vorhersage der Stabilität der Emulsion zu verwenden. Die Geschwindigkeit der Ultrazentrifugation beträgt bis zu 25000 U / min. Unter solchen Hochgeschwindigkeitsbedingungen besteht ein Unterschied zwischen der Stabilität der Emulsion und der Stabilität unter normalen Bedingungen; Bei einer solchen Hochgeschwindigkeitszentrifugation ist nur die Koaleszenz die entscheidende Stufe der Geschwindigkeit, also Tröpfchen oder Partikel. Sie häufen sich schnell an, wodurch sich das Wassermedium schnell abscheidet. Unter normalen Lagerbedingungen treten eine reversible Flockung und eine irreversible Flockung auf, die beide die entscheidende Stufe der Prozessgeschwindigkeit sein können. Zusätzlich bewirkt das Aufbringen einer derart starken Kraft das Austreten des Flüssigkeitsfilms der Flüssigkeit in der wässrigen Phase zwischen den Tröpfchen und die Zerstörung des Emulgatorfilms.

Nur durch weitere Untersuchung der Korrelation zwischen den Ergebnissen des beschleunigten Tests und den Ergebnissen unter allgemeinen Lagerbedingungen kann der beschleunigte Test korrekt verwendet werden, um die Stabilität der Emulsion vorherzusagen.