Hur man kontrollerar stabiliteten hos kosmetiska formuleringar

Emulsion är ett termodynamiskt instabilt system, och dess livslängd är begränsad. Det indikerar att emulsionens stabilitet är en viktig fråga för kosmetiska formulerare. Kommersiell kosmetika måste ha en hållbarhetstid på 2-3 år. Hållbarheten för en emulsion kan definieras som den tid det tar för emulsionen att försämras till en oacceptabel nivå för konsumenterna. Det tar lång tid för kommersiell kosmetika att distribueras och lagras till konsumenter. I allmänhet är hållbarheten hos kosmetika 2 till 3 år. Vissa länder kräver otc-emulsioner som innehåller solskyddsmedel för att ha en stabilitet på längre än 5 år. Eftersom hållbarhetsmätning i realtid är tidskrävande bedriver kosmetiska företag sällan hållbarhetsforskning i realtid, så det är viktigt att utforma tester som exakt förutsäger emulsionens hållbarhet. Även om det finns många sådana program för närvarande, finns det fortfarande ett visst avstånd från verkligheten, vilket indikerar att emulsionens stabilitet inte är en enkel fråga.

(1) Emulsionsinstabilitetsmekanismen

När emulsionen åldras genomgår den fysiska förändringar för att göra emulsionen instabil. Inklusive effekterna av gravitationstratifiering, flockning och disproportionation.

Det möjliga resultatet av gravitationsseparation är flockning. Flockning är ett fenomen av sedimentering eller stratifiering. Under blomkuleringen är den fortfarande emulgerad, men det rika spridda fasskiktet är koncentrerat i det övre lagret (i O/W-emulsionen) eller i det nedre lagret (i O/W-emulsionen). W/O emulsion). De förändringar som orsakas av dessa två typer av gravitation är reversibla, och skakningar kan återdispergera de aggregerade materialen. Dessa villkor lyder Stokes lag, det vill säga separationshastigheten står i proportion till densitetsskillnaden mellan oljefasen och vattenfasen, och den kontinuerliga fasens viskositet står i proportion till partikelstorleken på den dispergerade fasen. Därför kan en ökning av viskositeten i den kontinuerliga fasen, eller minskning av partikelstorleken med hjälp av kolloidkvarnar eller homogenisering, öka emulsionens stabilitet.

När de spridda fasdroppar sammanförs och kombineras för att bilda större droppar uppstår sammanslagning. Så småningom kommer fasseparation att ske. Om mängden emulgeringsmedel inte räcker för att hålla dropparna små, men tillräckligt för att förhindra flockning, eller ytterligare förenas till en emulsion med större partikelfördelning, kallas denna situation begränsad sammanförelse.

Disproportionationen verkställer orsakas av det inre pressa av droppen som är högre än det yttre pressa av droppen. Denna drivkraft kommer att orsaka att de kemiska komponenterna sprids från små droppar till större droppar, eller möjligen till den kontinuerliga fasen. Eftersom olika komponenter i tensidsystemet kan spridas från små droppar till stora droppar i olika takt, blir små droppar mindre och stora droppar blir större.

(2) Provning av emulsionsstabilitet

Många experimentella metoder som förutsäger emulsion stabilitet har rapporterats i litteraturen. Det inkluderar främst accelererat test, realtidstest och reologisk mätning.

1. Accelererat test

Accelererat test är en metod som bygger på att lägga belastning på systemet, såsom ökad temperatur eller centrifugalåtgärd. Den inneboende faran med ett påskyndat test är att utsätta emulsionen för förhållanden långt utöver vad som faktiskt upplevs. Därför bör de accelererade testresultaten användas med försiktighet, och slutsatserna bör jämföras och bekräftas av resultaten under normala lagringsförhållanden.

Det temperaturbaserade accelererade testet använder konstant hög temperatur,

(Till exempel 40°C eller 48°C) eller fryssmältningscykel (-15~5°C till rumstemperatur). Den teoretiska grunden för att använda accelererade högtemperaturtester är Arrhenius-ekvationen som beskriver förhållandet mellan den kemiska reaktionshastigheten konstant och temperatur, det vill säga om temperaturen ökar med 10 °C fördubblas hastigheten för de flesta kemiska reaktioner. Därför bör 3 år vid 20 °C motsvara 4,5 månader vid 50 °C. Men när temperaturen ökar minskar emulsionens viskositet och balansen mellan tensidlöslighet förändras. Andra förändringar kan också uppstå, såsom hydrering av kolloidala fasta ämnen och polymerer, partitionering av molekyler mellan de två faserna och smältning av vaxer eller andra ämnen. Några av de viktigaste faktorerna som gör emulsioner stabila kommer plötsligt att försvinna vid höga temperaturer, vilket resulterar i att emulsioner blir instabila.

Accelererad testning ger ibland lite vilseledande information. Vissa emulsioner som också separeras vid höga temperaturer kan ha olika hållbarhet vid rumstemperatur. Nonionic emulgeringsmedel förlitar sig på hydrering av deras polyoxyetylen grupper för att stabilisera emulsioner, och deras val baseras på gränssnittsegenskaperna vid rumstemperatur. Vid höga temperaturer blir hydreringen av emulgeringsmedel mindre, och deras HLB-värden är helt olika. De kan betraktas som molekyler av olika egenskaper. I vissa fall är emulsionen stabilare vid hög temperatur än vid låg temperatur. I detta fall, om slutsatsen endast görs baserat på det accelererade testet med hög temperatur, är det inte bara felaktigt utan också vilseledande.

Den fryssmältningscykeln ökar också emulsionens belastning, och det finns några inneboende problem. Vid frystemperaturer kan bildandet av iskristaller i O/W-emulsioner förlänga och platta oljepartiklar. Dessutom förlorar den lipofila delen av emulgeringsglaset sin fluiditet, och den hydrofila delen "dehydrerar" spontant på grund av frysning och utfällning av vatten. Om emulsionen "härdar" innan sammanfall inträffar, kommer emulsionen att motstå testet. Om komponenternas upplösningshastighet är långsam är emulsionen instabil, vilket skiljer sig från den process som sker vid rumstemperatur.

Centrifugalverkan är en annan metod som använder accelererad gravitation för att applicera en belastning på emulsionen. Radien är 10cm och hastigheten 3750r/min för 5h motsvarar 1 år för gravitation. Därför kan denna metod tillämpas på processer där hastigheten är avgörande för flockning och stratifiering. Vissa människor använder ultracentrifugationsmetoden för att kvantitativt bestämma emulsionens stabilitet. Den tid som krävs är kortare än den traditionella metoden, men mer arbete behövs för att studera korrelationen mellan resultaten och realtidstesterna och använda korrelationen för att förutsäga emulsionens stabilitet. Ultracentrifugationshastigheten är upp till 25000r/min. Under sådana höghastighetsförhållanden finns det en skillnad mellan emulsionens stabilitet och stabiliteten under normala förhållanden. Under sådan höghastighetscentrifugation är endast sammanslagning det avgörande hastigheten, så droppar eller partiklar De staplas upp snabbt, vilket gör att vattenmediet separerar snabbt. Under normala lagringsförhållanden uppstår reversibel flockning och irreversibel flockning, som båda kan vara det avgörande steget i processhastigheten. Dessutom kommer applicering av en sådan stark kraft att orsaka läckage av vätskefilmen i vattenfasvätskan mellan dropparna och orsaka destruktion av emulgeringsfilmen.

Endast genom att ytterligare studera korrelationen mellan resultaten av det accelererade testet och resultaten under allmänna lagringsförhållanden, kan det accelererade testet användas korrekt för att förutsäga emulsionens stabilitet.