כיצד לשלוט ביציבות של ניסוחים קוסמטיים

אמולסיה היא מערכת תרמודינמית לא יציבה, ותוחלת החיים שלה מוגבלת. זה מצביע על כך שהיציבות של האמולסיה היא נושא חשוב עבור ניסוחים קוסמטיים. קוסמטיקה מסחרית חייבת להיות חיי מדף של 2-3 שנים. חיי המדף של אמולסיה יכולים להיות מוגדרים כמשך הזמן שלוקח לאמולסיה להתדרדר לרמה לא מקובלת עבור הצרכנים. זה לוקח תקופה ארוכה של זמן קוסמטיקה מסחרית להיות מופץ ומאוחסן לצרכנים. בדרך כלל, חיי המדף של קוסמטיקה הוא 2 עד 3 שנים. מדינות מסוימות דורשות אמולסיות ללא מרשם (OTC) המכילות סוכני קרם הגנה כדי לקבל יציבות של יותר מ -5 שנים. מכיוון שמדידת חיי מדף בזמן אמת גוזלת זמן רב, בדרך כלל חברות קוסמטיקה כמעט ולא מבצעות מחקר חיי מדף בזמן אמת, ולכן חשוב לתכנן בדיקות שמנבאות במדויק את חיי המדף של אמולסיות. אמנם יש תוכניות רבות כאלה כיום, יש עדיין מרחק מסוים מן המציאות, המציין כי היציבות של אמולסיה הוא לא עניין פשוט.

(1) מנגנון חוסר היציבות באמולסיה

כאשר האמולסיה מזדקנה, היא עוברת שינויים פיזיים כדי להפוך את האמולסיה לבלתי יציבה. כולל ההשפעות של ריבוד הכבידה, פלוקולציה וחוסר פרופורציה.

התוצאה האפשרית של הפרדת הכבידה היא כישלון. פלוקציה היא תופעה של משקעים או ריבוד. במהלך הפלוקולה, היא עדיין מתחלבת, אך שכבת הפאזה המפוזרת העשירה מרוכזת בשכבה העליונה (באמולסיה O/W), או בשכבה התחתונה (באמולסיה O/W). תחליב W/O). השינויים הנגרמים על ידי שני סוגים אלה של כבידה הם הפיכים, ורעידות יכולות לפזר מחדש את החומרים המצטברים. תנאים אלה מצייתים לחוק של סטוקס, כלומר, מהירות ההפרדה פרופורציונלית להבדל הצפיפות בין שלב השמן לשלב המים, וצמיגות השלב הרציף היא פרופורציונלית לגודל החלקיקים של השלב המפוזר. לכן, הגדלת הצמיגות של השלב המתמשך, או צמצום גודל החלקיקים באמצעות טחנות קולואיד או הומוגניזציה יכול להגדיל את היציבות של אמולסיה.

כאשר טיפות פאזה מפוזרות מובאים יחד ומשולבים כדי ליצור טיפות גדולות יותר, ההתמזגות מתרחשת. בסופו של דבר תתרחש הפרדת פאזה. אם כמות האמולסיפייר אינה מספיקה כדי לשמור על הטיפות קטנות, אלא מספיק כדי למנוע נפילה, או להתמזג עוד יותר לתוך אמולסיה עם התפלגות חלקיקים גדולה יותר, מצב זה נקרא התמזגות מוגבלת.

אפקט חוסר הפרופורטיה נגרם על ידי הלחץ הפנימי של הטיפה להיות גבוה יותר מאשר הלחץ החיצוני של הטיפה. כוח מניע זה יגרום לרכיבים הכימיים להתפזר מטיפות קטנות לטיפות גדולות יותר, או אולי לשלב הרציף. מאז רכיבים שונים של מערכת פעילי שטח עלול להתפזר טיפות קטנות טיפות גדולות בשיעורים שונים, כתוצאה מכך, טיפות קטנות להיות קטן טיפות גדולות להיות גדול יותר.

(2) בדיקת יציבות אמולסיה

בספרות דווח על שיטות ניסיוניות רבות המנבאות יציבות אמולסיה. הוא כולל בעיקר בדיקה מואצת, בדיקה בזמן אמת ומדידה ראולוגית.

1. בדיקה מואצת

בדיקה מואצת היא שיטה המבוססת על החלת עומס על המערכת, כגון הגברת הטמפרטורה או פעולה צנטריפוגלית. הסכנה הטבועה בכל בדיקה מואצת היא להכפיף את האמולסיה לתנאים הרבה מעבר למה שחווים בפועל. לכן, יש להשתמש בתוצאות הבדיקה המואצת בזהירות, ויש להשוות את המסקנות ולאשר אותן על ידי התוצאות בתנאי אחסון רגילים.

הבדיקה המואצת מבוססת הטמפרטורה משתמשת בטמפרטורה גבוהה קבועה,

(לדוגמה, מחזור 40°C או 48°C) או מחזור ההיתוך בהקפאה ( -15~ 5° צלזיוס לטמפרטורת החדר). הבסיס התיאורטי לשימוש בבדיקות מואצות בטמפרטורה גבוהה הוא משוואת Arrhenius המתארת את הקשר בין קצב התגובה הכימי קבוע לטמפרטורה, כלומר, אם הטמפרטורה עולה ב -10 מעלות צלזיוס, המהירות של רוב התגובות הכימיות מכפילה את עצמה. לכן, 3 שנים ב 20 מעלות צלזיוס צריך להיות שווה ערך 4.5 חודשים ב 50 מעלות צלזיוס. עם זאת, ככל שהטמפרטורה עולה, צמיגות האמולסיה פוחתת ומאזן המסיסות של פעילי שטח משתנה. שינויים אחרים יכולים להתרחש גם, כגון הידרציה של מוצקים קולואידיים ופולימרים, חלוקת מולקולות בין שני השלבים, והמסת שעווה או חומרים אחרים. חלק מהגורמים העיקריים שהופכים אמולסיות יציבות ייעלמו לפתע בטמפרטורות גבוהות, וכתוצאה מכך אמולסיות הופכות לבלתי יציבות.

בדיקות מואצות מייצרות לפעמים מידע מטעה. אמולסיות מסוימות המופרדות גם הן בטמפרטורות גבוהות עשויות להיות בעלי חיי מדף שונים בטמפרטורת החדר. מתחלבים לא יוניים מסתמכים על הידרציה של קבוצות הפוליאוקסיאתילן שלהם כדי לייצב אמולסיות, והבחירה שלהם מבוססת על מאפייני הממשק בטמפרטורת החדר. בטמפרטורות גבוהות, הידרציה של מתחלבים הופכת קטנה יותר, וערכי HLB שלהם שונים לחלוטין. הם יכולים להיחשב מולקולות של תכונות שונות. במקרים מסוימים, אמולסיה יציבה יותר בטמפרטורה גבוהה מאשר בטמפרטורה נמוכה. במקרה זה, אם המסקנה נעשית רק על סמך הבדיקה המואצת בטמפרטורה גבוהה, זה לא רק שגוי, אלא גם מטעה.

מחזור ההקפאה-נמס גם מגביר את העומס של אמולסיה, ויש כמה בעיות אינהרנטיות. בטמפרטורות מקפיאות, היווצרות גבישי קרח באמולסיות O/W עלולה להאריך ולשטח חלקיקי שמן. בנוסף, החלק הליפופילי של האמולסיפייר מאבד את נזילותו, והחלק ההידרופילי "מתייבש" באופן ספונטני עקב הקפאה ומשקעים של מים. אם אמולסיה "מרפא" לפני ההתמזגות מתרחשת, אמולסיה יעמוד במבחן. אם קצב הפירוק מחדש של הרכיבים איטי, האמולסיה אינה יציבה, השונה מהתהליך המתרחש בטמפרטורת החדר.

פעולה צנטריפוגלית היא שיטה נוספת המשתמשת בכוח משיכה מואץ כדי להחיל עומס על האמולסיה. הרדיוס הוא 10 ס"מ, ואת המהירות של 3750r / min עבור 5 שעות שווה 1 שנה עבור כוח הכבידה. לכן, שיטה זו יכולה להיות מיושמת על תהליכים שבהם המהירות היא מכרעת עבור flocculation וריבוד. יש המשתמשים בשיטת ultracentrifugation כדי לקבוע כמותית את יציבות האמולסיה. הזמן הנדרש קצר יותר מזה של השיטה המסורתית, אך נדרשת עבודה רבה יותר כדי ללמוד את המתאם בין התוצאות לבדיקות בזמן אמת, ולהשתמש בקורלציה כדי לחזות את יציבות האמולסיה. המהירות של ultracentrifugation הוא עד 25000r / min. בתנאים מהירים כאלה, יש הבדל בין היציבות של האמולסיה לבין היציבות בתנאים רגילים; תחת צנטריפוגה מהירה כזו, רק התמזגות היא השלב המכריע של מהירות, כך טיפות או חלקיקים הם נערמים במהירות, גורם למדיום המים להיפרד במהירות. בתנאי אחסון רגילים, מתרחשים פלופקולציה הפיכה ופלוקולציה בלתי הפיכה, שניהם עשויים להיות השלב המכריע של מהירות התהליך. בנוסף, הפעלת כוח כה חזק תגרום לדליפת הסרט הנוזלי של נוזל הפאזה מימית בין הטיפות ותגרום להרס סרט האמולסיפייר.

רק על ידי בחינה נוספת של המתאם בין תוצאות הבדיקה המואצת לבין התוצאות בתנאי אחסון כלליים, ניתן להשתמש במבחן המואץ בצורה נכונה כדי לחזות את יציבות האמולסיה.