Эмульгаторы: как подобрать подходящий эмульгатор для ваших задач?

Эмульгаторы – это органические соединения, используемые в косметике для смешивания веществ, которые обычно плохо смешиваются, например масла и вода. Эмульгаторы снижают поверхностное натяжение между жидкостями, которые не растворяются друг в друге. Они позволяют жидкостям смешиваться и оставаться в смеси, а не разделяться.

Как эмульгаторы стабилизируют смеси?

Эмульсии – это системы, состоящие из двух или более несмешивающихся материалов. Здесь один материал суспендирует или диспергируется в другом материале в виде отдельных капель. Несмешивающимися фазами могут быть вода, масло или силикон.

При приготовлении эмульсий поверхностно-активные вещества, называемые эмульгаторами замедляют разделение несмешивающихся фаз. Все эмульсии нестабильны, за исключением некоторых самопроизвольно образующихся микроэмульсий.

Проще говоря, любая комбинация несмешивающихся фаз, которые соединяются вместе, может считаться разновидностью эмульсии. Эмульсии классифицируются по:

• Непрерывная фаза (внешняя)

• Прерывистая фаза (внутренняя)

Использование гомогенизаторов и другого оборудования для уменьшения размера капель улучшит стабильность эмульсии.

Эмульгаторы замедляют разделение несмешивающихся фаз.

В названии типа эмульсии первая буква обозначает прерывистую фазу.

• O/W означает «масло в воде» и классифицируется как эмульсия.

• W/O означает «вода в масле» и классифицируется как инвертная эмульсия.

• Эти типы эмульсий гораздо труднее стабилизировать, чем системы «масло в воде».

• У них также должны быть более мелкие капли, чтобы они могли дольше оставаться вместе.

Создание эмульсий иногда может быть интересным, а иногда нет. Когда дела идут хорошо, это, конечно, очень весело. Во всех случаях эмульсии различаются по размеру и типу каждой из фаз. Это соотношение фаз имеет решающее значение для определения характеристик и свойств получаемого продукта. 

Изменение соотношения фаз влияет на физические свойства эмульсии. Именно эмульгаторы помогают удерживать эмульсии вместе.

Почему важна стабильность эмульсий?

Понятно, что эмульсии представляют собой дисперсные многофазные системы. Они состоят как минимум из двух почти несмешивающихся жидкостей; одна из которых диспергирована в другой. Дисперсная фаза образует капли, окруженные сплошной фазой. Многофазные эмульсии представляют собой очень сложные системы. По сравнению с простыми эмульсиями, состоящими всего из двух фаз, для сложных эмульсий необходимо учитывать гораздо больше процессов дестабилизации. В косметике и средствах личной гигиены для приготовления сложных эмульсий используются:

• аэрозольные ароматизаторы с замедленным высвобождением, 

• средства для длительного увлажнения кожи и защиты чувствительных биологических компонентов,

• составы средств личной гигиены, содержащие парфюмерию, липиды кожи, витамины, средства для борьбы со свободными радикалами и многое другое.

Таким образом, необходимо обеспечить долговременную стабильность косметических эмульсий. Но это может быть сложно и дорого. Поскольку многие факторы вызывают нестабильность системы, вы можете потерять слишком много времени на поиск фактических причин и подходящих решений.

Эмульгаторы в косметических продуктах обеспечивают ряд важных преимуществ для конечных потребителей:

1. Улучшена текстура продукта: придает гладкость и однородность в лосьонах и кремах.

2. Приятные ощущения: обеспечивают нежирное, бархатистое ощущение на коже.

3. Эффективное и равномерное применение: улучшает распределение средств на коже.

4. Абсорбция: они способствуют быстрому впитыванию определенных ингредиентов в кожу или волосы.

5. Пенообразующие свойства: обеспечивает хорошее пенообразование, способствуя вспениванию шампуней и гелей для душа.

6. Натуральность и органичность: некоторые эмульгаторы могут быть получены из природных ресурсов. Они также могут иметь растительное или биологическое происхождение.

7. Многофункциональные преимущества: оказывают увлажняющее, разглаживающее и не раздражающее действие на кожу.

Создание косметики может оказаться непростой задачей без знания используемых в ней ингредиентов. Прежде чем добавлять какой-либо ингредиент, вам необходимо знать о его сильных и слабых сторонах.

Предварительное рассмотрение этих аспектов поможет вам решить, требуется ли добавка или нет.  Если вы добавите её, улучшит ли она конечный продукт?  Кроме того, это может помочь вам разработать рецептуру, отвечающую желаемым требованиям конечного использования.

Точно так же разумно обратить внимание на характеристики, чтобы найти правильный эмульгатор. В таблице ниже перечислены преимущества и ограничения, связанные с эмульгаторами.
 

Теперь мы рассмотрели основы эмульгаторов и их значение в косметике. Давайте углубимся в различные доступные категории и типы.

Классификация эмульгаторов

Эмульгаторы могут быть отнесены к различным категориям на основе различных критериев:

Анионные эмульгаторы

Анионные эмульгаторы в некотором смысле являются старомодными аналогами, когда дело касается технологии эмульгаторов. Эмульгаторы на основе мыла могут быть чрезвычайно полезны в очищающих составах. Но они также могут стать частью очень элегантной высококачественной антивозрастной косметики высокого класса, если вы тщательно подбираете активные ингредиенты.

• Анионные эмульгаторы в растворе имеют суммарный отрицательный заряд. Поэтому они чувствительны к электролитам, таким как катионы.

• Анионные ПАВ выигрывают от присутствия небольшого количества одновалентной соли или кислоты, но до определённого момента. Это повышает солёность/кислотность до критической концентрации мицелл и активности водной фазы).

Кроме того, формула может серьезно испортиться, как и смеси поверхностно-активных веществ с избытком соли. Содержание соли может увеличиваться в активной формуле, содержащей такие ингредиенты, как:

• Алоэ

• Натрий PCA

• Экстракты морских водорослей

• Гиалуронат натрия 

• Некоторые активные растительные компоненты 

Таким образом, стабильность при замораживании/оттаивании является важной частью предварительного тестирования стабильности анионных эмульсий

Старый лаурилсульфат натрия, описанный в фармакопее, был заменён. Это связано с его репутацией «агрессивного по отношению к коже». Анионные поверхностно-активные вещества, особенно фосфатные эфиры, известны своей совместимостью с кожей. Мягкие поверхностно-активные вещества, такие как лактилаты или глутаматы, позволяют создавать анионные эмульсии, которые бережно воздействуют на кожу. Анионные эмульгаторы чаще всего используются в эмульсиях. Например, лауретсульфат натрия.

ПЭГ-100, входящий в состав эмульгатора, является результатом добавления полиэтиленгликоля (ПЭГ). Этот процесс называется этоксилированием, которое является общим свойством анионных эмульгаторов. Они также представляют собой этоксилированные соединения. В результате этого процесса образуются продукты с разной степенью растворимости в воде.

Чем выше содержание оксида этилена (EtO), тем выше растворимость эмульгатора в воде

Основная проблема, связанная с этоксилатами, заключается в том, что при высоких концентрациях они могут вызывать раздражение. Ниже приведена молекулярная формула полиэтиленгликоля, где «n» — количество молей оксида этилена в молекуле.

OH–(CH₂–CH₂-О)_n-H - Структура полиэтиленгликоля

Катионные эмульгаторы

Катионная технология для ухода за кожей возникла в шерстяной промышленности. Затем она была применена в уходе за волосами. И уход за волосами, и уход за кожей основаны на кератине. Поэтому не потребовалось много времени, чтобы использовать преимущества катионов. Эти качества были применены в технологии производства увлажняющих средств.

Катионные эмульгаторы очень хорошо действуют в составах, которые должны оставаться на коже в течение длительного времени, таких как:

• солнцезащитные кремы,

• стойкий макияж 

• барьерные кремы

Это происходит потому, что они имеют положительный заряд. Катионный заряд прочно удерживает эти средства на поверхности кожи. Благодаря этому они не смываются и не стираются. Катионные эмульгаторы, например, предотвращают прилипание песка к телу, на которое только что нанесли солнцезащитный крем. Благодаря своей антистатической способности.

Как и анионные ПАВ, катионные ПАВ также чувствительны к тому, что происходит в водной фазе. Они лучше всего работают в относительно спокойной внешней среде, а не в среде, насыщенной добавками. Из-за их естественной способности к адгезии с кожей они могут вызывать раздражение чаще, чем другие химические группы. Тем не менее, во многих случаях разработчик рецептуры может обойти эту проблему, используя рецептуры с кислым pH.

Новое поколение катионных эмульгаторов, как правило, предпочитает длинные гидрофобные углеводородные хвосты. Эти хвосты снижают плотность загрузки головной группы. Таким образом, это сводит к минимуму вероятность раздражения. Это, конечно, должно быть сбалансировано способностью ингредиентов образовывать и удерживать эмульсию.

Как и в случае с анионными эмульгаторами, катионитам полезно небольшое количество одновалентной соли. Это может повысить CMC и, как следствие, вязкость. Но после определенного момента соль становится вредной для стабильности.
 

Катионные эмульгаторы в основном используются в средствах по уходу за волосами. Их обычно называют четвертичными аммониевыми соединениями или «кватами». Примером является дистеарилдимониум хлорид.

• Помимо превосходных эмульгирующих свойств, они действуют как кондиционеры для волос. Это происходит из-за их естественного электрического заряда,  который взаимодействует с зарядом волос.

• Они также обладают очень хорошей консервирующей способностью, например, кватерниум-15 (гексаметилентетрамин хлораллилхлорид или Довицил 200). Эти ингредиенты очень эффективны и вполне функциональны.

Одним из недостатков катионных поверхностно-активных веществ является то, что при высоких концентрациях они могут вызывать раздражение. Раздражение сильнее, чем у анионных эмульгаторов с более высоким уровнем этоксилирования.

Катионные эмульгаторы имеют заряд на молекуле за счёт использования галогенид-ионов, таких как хлорид или бромид. Ниже приведён пример Quaternium-70 (стеарамидопропилдиметилмиристил ацетат аммония хлорид). Этот ингредиент может выступать в качестве катионного эмульгатора и антистатического кондиционера для волос.

Неионные эмульгаторы

Неионогенные эмульгаторы остаются наиболее предпочтительными эмульгаторами для большинства областей применения. Это связано с их гибкостью и низким потенциалом для химического взаимодействия. Неионогенные эмульгаторы не содержат внешних электрических зарядов, вызванных свободными ионами.

Примерами этого являются:

1. Полисорбат 80

2. Полисорбат 20
    

Они широко известны как Tweens, общее торговое название эмульгаторов, предлагаемых компанией Croda.

При создании кремов с высоким уровнем активности или трудностабилизируемыми ингредиентами, такими как:

• Салициловая кислота

• Альфа-гидроксикислоты 

• Оксид цинка или высокоэффективный витамин С

Там были такие ингредиенты, такие как MONTANOV от Seppic, 68 МБ ,которые впервые заставили нас обратить внимание на самоэмульгирующуюся смесь неионогенных веществ и освободило нас от расчететов ГЛБ в сложном мире синтетических эмульсий.

Ключевым преимуществом неионогенного эмульгатора является его устойчивость к воздействию соли.

На самом деле, в ионных эмульсиях рекомендуется добавлять немного неионогенных веществ, так как смешанные мицеллы, которые при этом образуются, как правило, значительно лучше переносят соль, чем просто ионные.

Хотя наличие самоэмульгирующихся смесей упростило задачу, это ни в коей мере не означает, что мы не должны задумываться о том, что происходит внутри нашего продукта.

Система показателей ГЛБ успешно применяется в неионном мире и даёт нам прекрасное представление о том, где будет располагаться эмульгатор и сможет ли он придать продукту какие-либо другие свойства. При этом важно отметить, что существует несколько систем ГЛБ, чтобы можно было сравнивать их между собой.

Амфотерные эмульгаторы

Амфотерные эмульгаторы — это эмульгаторы, которые могут проявлять как анионные, так и катионные свойства. Это зависит от pH окружающей среды
Некоторые ключевые характеристики амфотерных эмульгаторов включают:

1. При определённом значении pH, известном как изоэлектрическая точка, они не имеют суммарного заряда.

2. Бетаины, сульфобетаины и некоторые производные аминокислот являются распространёнными примерами амфотерных эмульгаторов.

3. Как правило, они мягкие и не вызывают раздражения, что делает их подходящими для чувствительной кожи или ухода за детской кожей.

4. Может использоваться для стабилизации эмульсий типа «масло в воде» (O/W) и «вода в масле» (W/O).

5. Обладают хорошими пенообразующими и очищающими свойствами, что делает их полезными в составе шампуней и средств для мытья тела.

6. Совместим с широким спектром ингредиентов, включая анионные, катионные и неионогенные поверхностно-активные вещества.
    

Амфотерные эмульгаторы используются не так широко, как анионные и неионогенные эмульгаторы. Они обладают мягкостью, низким уровнем раздражения и совместимы с различными уровнями pH.

Эмульгаторы на основе жирных кислот
 

Эмульгаторы на основе жирных кислот — это класс эмульгаторов, получаемых из жирных кислот. Они состоят из длинной неполярной углеводородной цепи (получаемой из жирной кислоты) и полярной головной группы.

• Неполярный хвост липофильный (маслолюбивый).

• Группа полярных головок гидрофильна (влаголюбива).

В зависимости от природы полярной головной группы их можно использовать как в эмульсиях типа «масло в воде» (O/W), так и в эмульсиях типа «вода в масле» (W/O).

Используются в косметических средствах благодаря своей эффективности и универсальности. К ним относятся кремы, лосьоны, солнцезащитные средства, декоративная косметика и средства по уходу за волосами.

Некоторые примеры эмульгаторов на основе жирных кислот включают:

1. Глицериловые эфиры: Глицерилстеарат

2. Анионные эмульгаторы: Стеароиллактилат натрия

3. Мыло на жирных кислотах: Стеарат натрия
    

Эмульгаторы на спиртовой основе
 

Эмульгаторы на основе спиртов содержат жирные спирты в качестве ключевого компонента в своей молекулярной структуре. Они состоят из длинной неполярной углеводородной цепи (полученной из жирного спирта) и полярной головной группы. В случае этоксилатов жирных спиртов, полярная головная группа образуется за счёт добавления звеньев этиленоксида. Это делает их более водорастворимыми.
 

Они придают косметическим продуктам следующие характеристики:

• эмульгирующие свойства,

• текстура, вязкость и растекаемость,

• органолептические свойства, такие как ощущение гладкости и отсутствия жирности на коже.

Эмульгаторы на основе спиртов можно использовать как в эмульсиях типа «масло в воде» (O/W), так и в эмульсиях типа «вода в масле» (W/O). Это зависит от их гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ). Этоксилаты жирных спиртов с более высоким значением HLB подходят для эмульсий типа O/W. Этоксилаты с более низким значением ГЛБ лучше подходят для эмульсий типа W/O.

Примеры эмульгаторов на спиртовой основе включают:

1. Этоксилаты жирных спиртов: Лаурет-23

2. Жирные спирты: Бегениловый спирт

Эмульгаторы на основе сложных эфиров

Эмульгаторы на основе сложных эфиров содержат в своей молекулярной структуре сложные эфирные группы. Они обеспечивают универсальность, стабильность и способность придавать желаемые органолептические свойства. Их структура состоит из:

• Неполярная углеводородная цепь, полученная из жирных кислот или спиртов.

• Полярная головная группа, образованная сложноэфирной связью.

Известны своей стабильностью и устойчивостью к изменениям pH, а также к воздействию электролитов. Используются как в эмульсиях типа «масло в воде» (O/W), так и в эмульсиях типа «вода в масле» (W/O), в зависимости от значения ГЛБ.
 

Некоторые примеры эмульгаторов на основе сложных эфиров включают:

1. Сложные эфиры сорбита: моностеарат сорбита, монолаурат сорбита

2. Сложные эфиры полиэтиленгликоля (ПЭГ): стеарат ПЭГ-100, стеарат ПЭГ-40

3. Глицериловые эфиры: Глицерилстеарат

Эмульгаторы на основе белка

Получаются из различных источников белка, таких как растения, молоко или другие природные источники. Эмульгаторы на основе белка имеют как гидрофильные, так и липофильные участки. Это позволяет им стабилизировать эмульсии за счет снижения межфазного натяжения между масляной и водной фазами.

Некоторые примеры эмульгаторов на основе белка включают:

1. Лецитин и фосфолипиды (полученные из яичного желтка или растительных источников, таких как соя)

2. Казеинаты (полученные из молочных белков)

3. Гидролизованные белки (например, гидролизованный пшеничный белок, гидролизованный соевый белок)

Лецитин и казеинаты обычно используются в эмульсиях типа O/W. Гидролизованные белки можно использовать в обоих типах эмульсий.

Многие эмульгаторы на основе белков получают из натуральных источников. Это делает их привлекательными для натуральных и органических косметических средств.

Полимерные эмульгаторы

Полимерные эмульгаторы - хороший вариант для тех, кто ищет действенные и быстрые решения для холодных производственных процессов. Они часто продаются в виде жидких полимерных суспензий. Из этих эмульгаторов можно приготовить что угодно - от легкого распыляемого молочка до более густых и насыщенных кремов. Это зависит от того, с чем они сочетаются.

Хотя это и не натуральные эмульгаторы, они могут быть вполне экологичным вариантом, поскольку:

• У них низкая скорость добавления

• Скорость, с которой они могут образовывать эмульсию

• Их возможности холодной обработки 

Полимерные эмульгаторы подходят не для всех случаев. Часто эти продукты представляют собой полимеры акриловой кислоты, которые склонны образовывать комплексы с катионами.

Кроме того, общая солеустойчивость акрилатов низкая. Это отражает общую непереносимость ионных веществ.

У них есть одно большое преимущество перед ионными и неионными эмульгаторами. Это их способность образовывать высокостабильные эмульсии с очень низким содержанием полимера (с неполярной или очень слабо полярной масляной фазой). Это делает их идеальным эмульгатором для эмульсий на основе силикона, даже тех, которые содержат циклометикон.
 

Жидкокристаллические Эмульгаторы

Жидкокристаллические эмульгаторы работают по принципу формирования в креме пластинчатой сетки ламелей. Это наиболее точно имитирует кожный барьер, что способствует эффективной доставке активных веществ. Лецитин действует естественным образом  таким образом, как и Оливем 1000 и различные другие комбинации, доступные для покупки сегодня.

Благодаря своей структуре, напоминающей кожу, жидкокристаллические эмульгаторы часто используются из-за их красивой текстуры.

Хотя можно создать целый ряд текстур, используя практически любой эмульгатор, в зависимости от того, что входит в состав остальной части формулы, разумно будет сказать, что эмульгатор, создающий жидкие кристаллы, является самым надёжным способом создания красивой текстуры без особых дополнительных усилий.

Силиконовые эмульгаторы

Эмульгаторы на основе силикона обычно жидкие при комнатной температуре. Существует два основных типа эмульгаторов.

• Первый из них представляет собой силиконовый полиэфир, в котором полиэфирные сегменты присоединены к силиконовой основе. Это позволяет добавлять алкильные цепи для повышения их совместимости с органическими маслами.

• Другая структура представляет собой (AB)n силиконовый полиэфир, в котором полиэфирные сегменты добавлены к силиконовой основе.

Эти эмульгаторы совместимы с силиконовыми и органическими маслами, что делает масляную фазу достаточно открытой для добавления других специальных силиконовых ингредиентов.Силиконовые эмульгаторы помогают снизить стоимость всей рецептуры, эмульгируя до 80% воды.

Кроме того, водорастворимые силиконовые (W/Si) эмульгаторы служат дольше и устойчивы к смыванию по сравнению с водонерастворимыми эмульгаторами. 

Силиконовые эмульгаторы используются практически во всех средствах по уходу за кожей.

Эмульгаторы масло в воде
 

Эмульгаторы типа «масло в воде» создают эмульсии типа «масло в воде». В эмульсионных системах типа (o/w) капли масла диспергированы в воде.

Масло является внутренней/дисперсной фазой, а вода — внешней/сплошной фазой.

Эмульгаторы O/W лучше растворяются в воде, чем в масле. 

Эмульгаторы O/W имеют показатель ГЛБ более 15.

 

Преимущества и недостатки O / W эмульгаторов

Эмульсии, получаемые с помощью эмульгаторов типа «масло в воде», имеют определённые преимущества и недостатки, которые описаны ниже.




Примеры эмульгаторов масло/вода

Ниже перечислены некоторые эмульгаторы типа «масло в воде», а также их основные свойства и области применения.

Эмульгаторы типа "Вода в масле"

Эмульгаторы типа «вода в масле» помогают создавать эмульсии типа «вода в масле» (w/o). В эмульсиях типа «вода в масле» капли воды диспергированы в масле (масло окружает воду).

• Масло сначала соприкасается с кожей, придавая ей дополнительную жирность(увлажнение).

• Эти эмульгаторы более растворимы в масле, чем в воде.

• Они имеют ГЛБ от 2,5 до 6 и являются неионогенными или полимерными.

Эмульсии, получаемые с помощью таких эмульгаторов, помогают защищать и питать сухую и обезвоженную кожу (увлажняющий эффект). Таким образом, они используются в увлажняющих средствах, средствах по уходу за сухой кожей, питательных лосьонах и т. д

Преимущества и недостатки W/O эмульгаторов

Ниже перечислены преимущества эмульгаторов типа «вода в масле» наряду с их недостатками.

Примеры эмульгаторов типа «W/O»

Некоторые эмульгаторы типа «вода в масле» перечислены ниже вместе с их свойствами и применением.

При приготовлении эмульсии выбор эмульгатора может оказаться затруднительным. Система ГЛБ была введена для экономии времени и подбора подходящего эмульгатора (эмульгаторов) для конкретного применения. ГЛБ расшифровывается как «гидрофильно-липофильный баланс». Это числовое значение, присваиваемое эмульгаторам, которое указывает на:

их относительное сродство к воде (гидрофильность) или маслу (липофильность), баланс между гидрофильной и липофильной частями неионогенного поверхностно-активного вещества.

Система ГЛБ поможет вам принять решение о типах и количестве эмульгаторов, необходимых для создания стабильных продуктов.

В период с 1949 по 1954 год Гриффин разработал довольно надёжную и простую систему ГЛБ. Это стандарт, на основе которого были составлены пары Span и Tween от ICI. Метод позволял получить шкалу от 0 до 20, показывающую, какой процент эмульгатора является гидрофильным. Число, которое указывалось, было процентным соотношением гидрофильности / 5 (таким образом, максимальное число 20 относилось к 100%-ной гидрофильности молекулы).

Каждому ингредиенту, который мы используем, присваивается необходимое значение ГЛБ в зависимости от его физических свойств. Эмульгаторы могут быть как масляными, так и водными.

Высокий уровень ГЛБ
Высокое значение ГЛБ эмульгатора указывает на:

20- быть очень гидрофильным — любящим воду 
(или липофобным — ненавидящим масло). 
Более гидрофильный по своей природе.

Большое количество гидрофильных групп в молекуле.

Считается эмульгатором типа "масло в воде".

Промежуточный уровень ГЛБ

Номинальный диапазон ГЛБ обычно составляет от 2 до 14, со средней точкой 7 (или сбалансированный ГЛБ).

Низкий ГЛБ

Низкое значение ГЛБ эмульгаторовуказывает на:

Гидрофобное поведение — нелюбовь к воде (или липофильное — любовь к маслу). 
Больше липофильный характер. Низкое количество гидрофильных групп в молекуле.

Считается эмульгатором типа "вода в масле".

Косметическую эмульсию можно стабилизировать с помощью эмульгаторов, которые соответствуют ингредиентам в составе. Для ингредиентов с низким требуемым значением ГЛБ нужны эмульгаторы с низким ГЛБ. Для ингредиентов с высоким требуемым значением ГЛБ нужны эмульгаторы с высоким ГЛБ.

Эта простая система была расширена Дэви в 1957 году. Он считал, что следует учитывать функциональность химических групп в молекуле.

• Это имеет смысл, учитывая разнообразие структур, которые можно использовать для придания гидрофильных свойств.

• Этот метод широко используется сегодня и является одной из причин, по которой ионным эмульгаторам можно присвоить значение ГЛБ.

• По этой же причине в ГЛБ встречаются числа 30 (максимальное число ГЛБ в этой системе — 40).
   

При составлении рецептуры и эмульгатор, и масла, которые нужно эмульгировать, имеют показатель ГЛБ. У эмульгаторов есть реальный показатель ГЛБ, а у масел — требуемый показатель ГЛБ.

Широко известно, что наилучшие сочетания эмульгаторов образуются, когда эмульгатор с высоким содержанием ГЛБ сочетается с эмульгатором с низким содержанием ГЛБ, а не при выборе эмульгатора с точным содержанием ГЛБ, которого вы хотите достичь. Этот комбинированный эффект служит для наилучшего заполнения поверхности раздела, окружающей сплошную и дисперсную фазы, оставляя меньше места для зазоров и, следовательно, повышая стабильность.

Вычисление ГЛБ системы

В системе ГЛБ ингредиенту или комбинации ингредиентов, которые необходимо эмульгировать, присваивается номер, а затем для создания эмульсии выбирается эмульгатор с таким же номером.

• Липофильному/маслолюбивому/неполярному эмульгатору присваивается низкое число ГЛБ (ниже 9).

• Гидрофильному/водолюбивому/полярному эмульгатору присваивается высокий показатель ГЛБ (выше 11,0).

• Те, что находятся в диапазоне 9-11, являются промежуточными.
   

Допустим, у нас есть смесь эмульгаторов для создания эмульсии. Чтобы определить ГЛБ этой смеси, можно провести следующие расчёты:

Значения: 70% эмульгатора 1 с числом ГЛБ 15, 30% эмульгатора 2 с числом ГЛБ 4,3

Натуральные эмульгаторы
 

Натуральные эмульгаторы, как следует из их названия, имеют природное происхождение. С момента их появления в косметической промышленности они получили широкое распространение. Благодаря глобальному стремлению к экологичности.

Натуральные эмульгаторы в косметике более восприимчивы к воздействию микробов. Следовательно, в состав необходимо добавлять консервант. Они не слишком эффективны в качестве эмульгаторов, которые требуют добавления их в больших количествах. Хотя продукт, содержащий натуральные эмульгаторы, может иметь некоторые преимущества перед другими, его использование сопряжено с потенциальными рисками, которые могут негативно сказаться на состоянии кожи человека.
 

Натуральные эмульгаторы в составе косметики могут вызывать аллергию у некоторых людей.

• Ланолин — овечий жир, не содержащий воды, — это натуральный эмульгатор, который служит связующим веществом между водой и маслом. Его добавляют в кремы для ухода за кожей.

• Лецитин — это натуральный эмульгатор, который можно использовать отдельно или в сочетании с другими эмульгаторами. Обычно они основаны на химических веществах, называемых фосфолипидами, и могут быть как растительного, так и животного происхождения.

• В зависимости от количества добавленного лецитина разработчик рецептуры может добиться желаемой консистенции лосьона.

• В основном он используется в средствах по уходу за кожей благодаря своему смягчающему/увлажняющему эффекту.

• Для ухода за волосами, помимо лецитина, также используются пектин и глицерин.

• Пчелиный воск, ещё один натуральный эмульгатор, хорошо подходит для бальзамов для губ, помад, мазей и т. д.

Синтетические эмульгаторы

Синтетические эмульгаторы производятся путём химических реакций с использованием различных видов сырья, таких как:

• Жирные спирты и жирные кислоты,

• Окись этилена

• Другие органические соединения

Синтез позволяет точно контролировать его химическую структуру и свойства. Используется в косметических составах благодаря стабильному качеству, доступности и способности соответствовать требованиям к характеристикам.

Некоторые примеры синтетических эмульгаторов включают:

1. Этоксилированные эмульгаторы: Полисорбаты

2. Анионные эмульгаторы: Лаурилсульфат аммония

3. Полимерные эмульгаторы: Карбомер

4. Эмульгаторы на силиконовой основе: диметиконовые сополиолы, алкилдиметиконовые сополиолы

В зависимости от физического состояния эмульгаторы можно разделить на два основных типа: 

Твердые эмульгаторы

Это эмульгаторы, которые являются твёрдыми или воскообразными при комнатной температуре. Они способствуют загущению и стабилизации эмульсий, придавая им насыщенную кремовую текстуру.

Примеры включают:

1. Жирные спирты - Цетиловый спирт, Стеариловый спирт

2. Эмульгирующие воски - Цитрат глицерилстеарата

3. Сложные эфиры некоторых жирных кислот

Жидкие эмульгаторы

Это эмульгаторы, которые являются жидкими при комнатной температуре. Они используются для стабилизации эмульсий с низкой вязкостью. Они могут придавать составам лёгкую, нежирную текстуру.

Например:

1. Этоксилированные полисорбаты-эмульгаторы — цетеарет-20, стеарет-20

2. Некоторые полимерные эмульгаторы

Важность химического состава водной фазы
 

Эмульсия — это смесь двух несмешивающихся фаз, удерживаемых вместе. Многим это кажется непосильной задачей! На самом деле происходит физическое перераспределение компонентов, которые стремятся занять такое положение, при котором они будут затрачивать минимально возможное количество энергии — эти дисперсные капли ленивы!

На дисперсную и непрерывную фазы влияет всё, что входит в состав формулы. Некоторые вещества разрушают структуру сильнее, чем другие.

Влияние поверхностного натяжения

Поверхностное натяжение между маслом и водой настолько велико, что они не смешиваются, если не добавить поверхностно-активное вещество (в данном случае эмульгатор). Мы понимаем это и можем добавлять различные типы эмульгаторов. Но понимаем ли мы, как другие ингредиенты влияют на поверхностное натяжение продукта?

Консерванты и растворители могут резко изменить поверхностное натяжение между каплями масла и воды. Как мы видим в случае с эмульгатором, для облегчения образования эмульсии требуется некоторое снижение поверхностного натяжения. Но в других случаях изменения носят катастрофический характер и могут привести к повышению вязкости и разрушению эмульсии.

Глицерин, пропиленгликоль и этанол являются распространёнными добавками в косметических продуктах. Все они могут влиять на поверхностное натяжение. Все эти ингредиенты снижают полярность водной фазы. Таким образом, в зависимости от количества добавки изменения будут меньше. Хотя зависимость между количеством и эффектом не является строго линейной.

Снижение полярности водной фазы ослабляет сцепление воды с дисперсной фазой, уменьшая внутримолекулярные силы, которые заставляют воду вести себя определённым образом: ван-дер-ваальсовы, диполь-дипольные и водородные связи.

Все эмульгаторы в той или иной степени зависят от этих сил при стабилизации продукта. Ионные эмульгаторы зависят от них в большей степени. 
 

Воздействие ионов

Мы часто говорим о соли и солёности в рецептурах, но на самом деле нам нужно говорить об ионной силе непрерывной фазы.

Замена деминерализованной воды на морскую может привести к проблемам с рецептурой. Мы с меньшей вероятностью согласимся с тем, что активные вещества, которые мы тщательно отмеряем для водной фазы, делают тоже самое. Будь то кислоты, основания или соли, богатая ионами водная фаза может нарушить стабильность продукта.

Ионный заряд в водной фазе может способствовать усилению внутримолекулярных связей. Он также может способствовать образованию двойного электрического слоя вокруг дисперсной фазы. Это повышает стабильность, но может зайти слишком далеко, особенно в случае:

• Двухвалентных солей, такие как цинк

• Сильных кислот

• Окислителей, таких как гликолевая кислота и пероксиды

Если добавить слишком много ионов в непрерывную фазу, то при нанесении продукт будет липким/клейким/зернистым на ощупь.

Как правило, косметологи стремятся свести к минимуму химические реакции в своей формуле. Поэтому любое добавление ионов следует рассматривать как разжигание огня химического бунта. Каждая эмульсия имеет свои ограничения, плюс добавление слишком большого количества ионов в непрерывную фазу придает продукту липкость и солоноватый привкус при нанесении.ъ

Могут ли проблемы с масляными фазами возникнуть в обращении?

По сравнению с растительными маслами силиконы практически не обладают полярностью. Они также имеют совершенно другую химическую структуру — гибкие цепочки в отличие от объёмных триглицеридов. Из-за этих различий силиконовые жидкости плохо смешиваются или вообще не смешиваются с растительными маслами в одной формуле. Некоторые примеры силиконовых жидкостей включают диметикон и циклометикон.

Если разработчик рецептуры хочет создать эмульсию с высоким содержанием силикона, ему следует учитывать влияние этой низкой полярности.

Шаги по снижению полярности непрерывной фазы повысят стабильность. Это снизит нагрузку на эмульгатор, так как поверхностное натяжение между двумя фазами уменьшится.

Силиконовые эмульгаторы доступны у основных производителей силикона. Это должно стать точкой отсчета для всех, кто хочет создать эмульсию с преобладанием силикона. Особенно там, где силиконовая фаза будет обширной или даже доминирующей. При тщательном рассмотрении, также возможно создать эмульсию с высоким содержанием силикона с использованием несиликоновых эмульгаторов. Это возможно, если мы рассмотрим химический состав всего продукта.

Будет ли ваша эмульсия солёной, кислой или щелочной? Или она будет содержать большое количество растворителей, которые менее полярны, чем вода? Или она будет содержать перекись водорода? Если да, то лучше всего начать с неионогенных веществ.

Регламент требует, чтобы любой косметический продукт обладал гарантированной стабильностью и целостностью в течение всего срока годности. Проведение тестов на стабильность занимает много времени. Мы все хотим избежать как можно большего количества проблем со стабильностью на заключительных этапах разработки, чтобы не пришлось  начинать сначала!

Факторы, влияющие на Выбор Эмульгатора

Есть четыре основных фактора, которые заслуживают рассмотрения:

1. Маркетинг / Позиционирование продукта

2. Производительность

3. Физический Характер

4. Химия

Поскольку косметическая химия — это прикладная наука, уместно начать с маркетинга, поскольку это основная причина, по которой мы взялись за разработку рецептуры.

Маркетинг

Заявлено, что не содержит эмульгаторов

Появляется новая ниша кремов без эмульгаторов, разработанных на основе идеи о том, что эмульгатор, будучи поверхностно-активным ингредиентом, может вызывать раздражение у очень чувствительной кожи и что отказ от использования эмульгатора может сделать продукт более подходящим для этой категории потребителей.

Так вот, это может оказаться правдой, а может и не оказаться. Но, тем не менее, концепция представляет интерес, поскольку есть доля правды в идее о том, что поверхностно-активные ингредиенты (в состав которых входят эмульгаторы) могут усиливать раздражающий потенциал продукта.

Итак, если вы не используете эмульгатор для смешивания масла и воды, что вы используете?

Небольшое количество масла можно удерживать во взвешенном состоянии с помощью загустителей/стабилизаторов, таких как карбомер, и даже ксантана и склероциевой камеди, но в меньшей степени. Это не эмульгаторы, и они не образуют эмульсию, а скорее суспензию. Но если масляная фаза лёгкая и достаточно хорошо диспергирована, эти продукты можно сделать стабильными за счёт стерических препятствий — капли масла задерживаются, как в рыболовной сети!

Иногда бентонитовые глины также можно использовать таким образом. Они придают составу непрозрачность. Они создают в структуре слой электрического отталкивания, препятствующий агломерации дисперсной фазы.

Другим вариантом в этой области является модифицированный сополимер акрилата, такой как сополимер акрилата/бехентриета-25-метакрилата.

• Хотя этот полимер лучше всего подходит для составов с поверхностно-активными веществами, он также может использоваться в средствах по уходу за кожей.

• Он устойчив к относительно высокому содержанию соли и других дестабилизаторов водной фазы. Это делает его универсальным выбором для разработчиков концепции «без эмульгаторов».

Тот факт, что полимер может стабилизировать масляную фазу разумного размера, оставаясь при этом "не содержащим эмульгаторов’, в сочетании с низким уровнем его использования повышает экономическую эффективность этого решения. Еще одной интересной особенностью этих полимерных ингредиентов, не содержащих эмульгаторов, является их способность распыляться. Это открывает новые возможности для разработчиков рецептур и отдела маркетинга.

Что, если вы хотите создать что-то более насыщенное и с масляной фазой, более характерной для традиционного увлажняющего крема?

• Модифицированные лецитиновые химикаты стали общепринятой технологией в сфере «безэмульсионных» средств. Это связано с тем, что эти фракции лецитина часто обладают свойствами, усиливающими действие липидов. Их можно использовать из-за их «совместимости с кожей» и способности удерживать влагу. Кроме того, фосфолипидная структура также способствует активной доставке, учитывая, насколько она похожа на структуру клеточных мембран человека (по крайней мере, с точки зрения химических компонентов).

• Химические свойства лецитина образуют жидкокристаллическую сеть в непрерывной фазе. Она удерживает и взаимодействует с дисперсной фазой в ультрастабильной и совместимой с кожей трёхмерной структуре.

В настоящее время ряд компаний предлагает ряд модифицированных лецитинов. Они подходят для всего: от лёгких гипоаллергенных молочных продуктов до суперпитательных бальзамов, которые должны понравиться маркетинговым отделам по всему миру. Но с точки зрения химика трудно понять, как эти ингредиенты удалось вывести за рамки «эмульгаторов».

Происхождение ингредиентов и этика

Другим важным фактором как для широкой общественности, так и для разработчиков рецептур является экологичность и/или этичность ингредиентов. Существует устойчивый, но растущий интерес к концепциям «без пальмового масла или экологичной пальмы», достичь которых на удивление сложно. Тем не менее, раньше было легко приготовить эмульсию без добавления ингредиентов, полученных из пальмы — просто используйте химические вещества, полученные из нефти, — но в наши дни это неприемлемо для растущего числа брендов.

Реальность такова, что наш энтузиазм по поводу перехода к «зелёной» революции увеличил спрос на сырьё растительного происхождения, и те из нас, кто уже давно работает в этой отрасли, знают, что это означает либо пальмовое масло (среда обитания орангутангов), либо рапс/канола (пестициды и пчёлы).

В косметической промышленности возрос спрос на сырье на растительной основе

Таким образом, сегодня, хотя создать эмульсию без пальмового масла по-прежнему непросто, это возможно, учитывая, что наши предыдущие примеры «без эмульгаторов» в основном не содержат пальмовое масло (фосфолипиды лецитина часто получают из рапсового, яичного, соевого и/или подсолнечного масла).

На самом деле, будет справедливо сказать, что сегодня самое сложное при создании эмульсии без пальмового масла — это не выбор эмульгатора, а выбор вспомогательных ингредиентов, которые можно использовать для повышения стабильности, вязкости (без образования комков) и общего ощущения на коже.

Название INCI – Оно должно хорошо смотреться на этикетке!

Под видом маркетинговых вопросов здесь также поднимается вопрос о названиях INCI. Хотя производители ингредиентов должны соблюдать закон о «правде в маркетинге», когда они подают заявку на свои названия INCI. Они не могут просто выдумывать их.

Реальность такова, что INCI с натуральным звучанием будет продаваться лучше и дольше храниться, чем ингредиент с более химическим звучанием. Это стало очевидным, и это может быть как хорошо, так и плохо.

В некоторых случаях мы видим, что ингредиенты с очень средними характеристиками (с точки зрения эффективности) становятся популярными. Это происходит потому, что у них красивое название, а на выдающиеся ингредиенты (которые во многих случаях остаются натуральными) не обращают внимания. 

Ценовые соображения

Другим важным фактором в маркетинговой корзине является цена. Эмульгаторы могут существенно сократить бюджет формулы. Сравнивая что-либо натуральное со стандартным эмульгатором на синтетической основе, вы можете рассчитывать на цену в три-пять раз большую, что, конечно, должно быть оправдано.

Во многих отношениях это решающий тест: будут ли клиенты вкладывать свои деньги туда, где их этические принципы совпадают с нашими, или нам придется предложить им другую выгоду?

Совместное использование различных технологий может быть хорошим способом повышения производительности при одновременном снижении цены. Благодаря этой философии многие из старых вариантов эмульгаторов, таких как глицерилстеарат SE, остаются в силе и хорошо продаются.

Производительность

Преимущества различных технологий в большей степени рассматривались в разделе, посвящённом химии. Но, судя по некоторым заявлениям, связанным с составами без эмульгаторов, ожидается, что ингредиент, удерживающий масло и воду вместе, во многих случаях будет делать гораздо больше.

Когда эмульгатор на основе оливкового масла Olivem 1000 впервые появился на рынке, то имел следующие свойства:

• действовал как активная система доставки

• сделал возможным получение эмульсии

Это способствовало появлению маркетингового слогана «без эмульгаторов» (это не эмульгатор, а активная система доставки). Это также помогает химикам-косметологам доставлять водорастворимые активные вещества глубоко в кожу (теоретически).

Эта важная двойная функция способствовала мгновенному успеху этой технологии. Успех сохраняется и сегодня, несмотря на высокую стоимость ингредиентов по сравнению со старыми технологиями. Например, цетиловый спирт образует жидкокристаллические структуры за меньшую часть стоимости!

С точки зрения внедрения новых технологий эмульгаторов в лабораторные исследования, главный вопрос сегодня не в цене. Вопрос в том, сколько преимуществ можно получить за эту цену. Благодаря сочетанию науки и природы возможны следующие преимущества:

• Водонепроницаемость

• Барьерная защита

• Характеристики длительного износа

• Повышенная дисперсность активных веществ

• Повышение вязкости 

• Реологические преимущества

Физический Характер

При рассмотрении цены мы можем упустить из виду физическую форму эмульгатора. Это связано с тем, что мы часто воспринимаем эмульсии как продукты, получаемые горячим способом, и поэтому форма эмульгатора не является предметом обсуждения. Но это не обязательно так.

Цены на электроэнергию растут во многих странах, и даже те, у кого она дешёвая, не привыкли её тратить впустую. Поэтому жидкие эмульгаторы, которые можно использовать в процессах холодного производства могут помочь разработчикам рецептур решить несколько задач: от экологичности до экономии времени и денег.

Ассортимент жидких эмульгаторов постоянно расширяется, и на него стоит обратить внимание, особенно на рынках, где требуется готовый продукт с очень легким прикосновением и практически без содержания воска или масла.

Химия

Конечно, мы не могли бы говорить о выборе эмульгатора, не упомянув химию. Эмульгатор — это основа формулы, и хотя может показаться, что сегодня вся химия уже сделана за вас, как упоминалось в начале, у профессионального химика-косметолога ждут очень сложные задачи, которые можно решить, только понимая химию, лежащую в основе! Не позволяйте сложным правилам выбора эмульгаторов мешать созданию идеальной формулы!

Как оценить эмульгаторы?

Была разработана очень простая формула на основе распространённого неионного эмульгатора цетилового спирта и цетилового глюкозида. Затем эта формула была воспроизведена с использованием различных эмульгаторов, по одному из каждого класса (кроме силикона). Продукты были оценены группой экспертов из пяти человек. Они проверили их вязкость перед оценкой под микроскопом.

Формула и отзывы представлены не для того, чтобы повлиять на решение в пользу того или иного типа эмульгатора. Они просто иллюстрируют тот факт, что эмульгатор может влиять на всё: от вязкости до ощущений, от эффективности до стабильности. Это также демонстрирует важность оптимизации всей формулы, чтобы получить максимальную отдачу от выбранного эмульгатора. Кроме того, всегда есть возможность объединить технологии или попробовать что-то новое!

Таким образом, единственное различие между этими составами заключается в эмульгаторе, за исключением катионной версии, которая была несовместима с загустителем из смеси акации и ксантановой камеди. В катионной версии на том же уровне использовался катионный гуаровый загуститель. Это видно из приведённой ниже таблицы:

Используемый базовый состав можно увидеть из таблицы, показанной ниже: