Làm thế nào để kiểm soát sự ổn định của các công thức mỹ phẩm

Nhũ tương là một hệ thống không ổn định nhiệt động lực học, và tuổi thọ của nó bị hạn chế. Nó chỉ ra rằng sự ổn định của nhũ tương là một vấn đề quan trọng đối với các nhà xây dựng mỹ phẩm. Mỹ phẩm thương mại phải có thời hạn sử dụng từ 2-3 năm. Thời hạn sử dụng của nhũ tương có thể được định nghĩa là khoảng thời gian cần thiết để nhũ tương xấu đi đến mức không thể chấp nhận được đối với người tiêu dùng. Phải mất một thời gian dài để mỹ phẩm thương mại được phân phối và lưu trữ cho người tiêu dùng. Nói chung, thời hạn sử dụng của mỹ phẩm là 2 đến 3 năm. Một số quốc gia yêu cầu nhũ tương không kê đơn (OTC) có chứa chất chống nắng phải có độ ổn định lâu hơn 5 năm. Vì việc đo thời hạn sử dụng theo thời gian thực tốn thời gian, nói chung các công ty mỹ phẩm hiếm khi tiến hành nghiên cứu thời hạn sử dụng theo thời gian thực, vì vậy điều quan trọng là phải thiết kế các thử nghiệm dự đoán chính xác thời hạn sử dụng của nhũ tương. Mặc dù hiện tại có nhiều chương trình như vậy, nhưng vẫn còn một khoảng cách nhất định với thực tế, cho thấy sự ổn định của nhũ tương không phải là một vấn đề đơn giản.

(1) Cơ chế không ổn định nhũ tương

Khi nhũ tương bị già đi, nó trải qua những thay đổi vật lý để làm cho nhũ tương không ổn định. Bao gồm các tác động của phân tầng trọng lực, keo tụ và không tương thích.

Kết quả có thể của sự tách trọng lực là keo tụ. Keo tụ là một hiện tượng lắng đọng hoặc phân tầng. Trong quá trình keo tụ, nó vẫn được nhũ hóa, nhưng lớp pha phân tán phong phú tập trung ở lớp trên (trong nhũ tương O / W), hoặc ở lớp dưới (trong nhũ tương O / W). Nhũ tương W/O). Những thay đổi gây ra bởi hai loại trọng lực này có thể đảo ngược, và lắc có thể phân tán lại các vật liệu tổng hợp. Những điều kiện này tuân theo định luật Stokes, nghĩa là tốc độ tách tỷ lệ thuận với chênh lệch mật độ giữa pha dầu và pha nước, và độ nhớt của pha liên tục tỷ lệ thuận với kích thước hạt của pha phân tán. Do đó, tăng độ nhớt của pha liên tục, hoặc giảm kích thước hạt bằng cách sử dụng các nhà máy keo hoặc đồng nhất có thể làm tăng sự ổn định của nhũ tương.

Khi các giọt pha phân tán được kết hợp với nhau và kết hợp để tạo thành các giọt lớn hơn, sự kết hợp xảy ra. Cuối cùng tách pha sẽ xảy ra. Nếu lượng chất nhũ hóa không đủ để giữ cho các giọt nhỏ, nhưng đủ để ngăn ngừa keo tụ, hoặc kết hợp thêm vào nhũ tương với phân bố hạt lớn hơn, tình huống này được gọi là kết hợp hạn chế.

Hiệu ứng không tương thích là do áp suất bên trong của giọt cao hơn áp suất bên ngoài của giọt. Động lực này sẽ khiến các thành phần hóa học khuếch tán từ các giọt nhỏ đến các giọt lớn hơn, hoặc có thể đến pha liên tục. Vì các thành phần khác nhau của hệ thống hoạt động bề mặt có thể khuếch tán từ các giọt nhỏ đến các giọt lớn với tốc độ khác nhau, do đó, các giọt nhỏ trở nên nhỏ hơn và các giọt lớn trở nên lớn hơn.

(2) Kiểm tra độ ổn định nhũ tương

Nhiều phương pháp thử nghiệm dự đoán sự ổn định nhũ tương đã được báo cáo trong tài liệu. Nó chủ yếu bao gồm thử nghiệm tăng tốc, kiểm tra thời gian thực và đo lường thấp khớp.

1. Kiểm tra nhanh

Kiểm tra tăng tốc là một phương pháp dựa trên việc áp dụng tải cho hệ thống, chẳng hạn như tăng nhiệt độ hoặc hành động ly tâm. Mối nguy hiểm vốn có của bất kỳ thử nghiệm tăng tốc nào là phải chịu sự nhũ tương đối với các điều kiện vượt xa những gì thực sự có kinh nghiệm. Do đó, kết quả xét nghiệm tăng tốc nên được sử dụng cẩn thận và kết luận nên được so sánh và xác nhận bởi kết quả trong điều kiện lưu trữ bình thường.

Thử nghiệm tăng tốc dựa trên nhiệt độ sử dụng nhiệt độ cao không đổi,

(Ví dụ: 40 °C hoặc 48 ° C) hoặc chu kỳ đóng băng tan chảy (-15 ~ 5 ° C đến nhiệt độ phòng). Cơ sở lý thuyết để sử dụng các thử nghiệm tăng tốc nhiệt độ cao là phương trình Arrhenius mô tả mối quan hệ giữa hằng số tốc độ phản ứng hóa học và nhiệt độ, nghĩa là nếu nhiệt độ tăng 10 °C, tốc độ của hầu hết các phản ứng hóa học tăng gấp đôi. Do đó, 3 năm ở 20 ° C nên tương đương với 4,5 tháng ở 50 ° C. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng lên, độ nhớt của nhũ tương giảm và sự cân bằng của độ hòa tan bề mặt thay đổi. Những thay đổi khác cũng có thể xảy ra, chẳng hạn như hydrat hóa chất rắn keo và polyme, phân vùng các phân tử giữa hai giai đoạn và sự tan chảy của sáp hoặc các chất khác. Một số yếu tố chính làm cho nhũ tương ổn định sẽ đột nhiên biến mất ở nhiệt độ cao, dẫn đến nhũ tương trở nên không ổn định.

Thử nghiệm nhanh đôi khi tạo ra một số thông tin sai lệch. Một số nhũ tương cũng được tách ra ở nhiệt độ cao có thể có thời hạn sử dụng khác nhau ở nhiệt độ phòng. Chất nhũ hóa không ion dựa vào hydrat hóa của các nhóm polyoxyethylene của chúng để ổn định nhũ tương và lựa chọn của chúng dựa trên các đặc tính giao diện ở nhiệt độ phòng. Ở nhiệt độ cao, hydrat hóa của chất nhũ hóa trở nên nhỏ hơn và giá trị HLB của chúng hoàn toàn khác nhau. Chúng có thể được coi là các phân tử có tính chất khác nhau. Trong một số trường hợp, nhũ tương ổn định hơn ở nhiệt độ cao so với nhiệt độ thấp. Trong trường hợp này, nếu kết luận chỉ được đưa ra dựa trên thử nghiệm tăng tốc nhiệt độ cao, nó không chỉ không chính xác mà còn gây hiểu lầm.

Chu kỳ đóng băng-tan chảy cũng làm tăng tải của nhũ tương, và có một số vấn đề cố hữu. Ở nhiệt độ đóng băng, sự hình thành các tinh thể băng trong nhũ tương O / W có thể kéo dài và làm phẳng các hạt dầu. Ngoài ra, phần lipophilic của chất nhũ hóa mất tính lưu động và phần ưa nước tự nhiên "mất nước" do đóng băng và kết tủa nước. Nếu nhũ tương "chữa bệnh" trước khi kết hợp xảy ra, nhũ tương sẽ chịu được thử nghiệm. Nếu tốc độ hòa tan lại của các thành phần chậm, nhũ tương không ổn định, khác với quá trình xảy ra ở nhiệt độ phòng.

Hành động ly tâm là một phương pháp khác sử dụng trọng lực tăng tốc để áp dụng tải cho nhũ tương. Bán kính là 10cm, và tốc độ 3750r / phút trong 5h tương đương với 1 năm đối với trọng lực. Do đó, phương pháp này có thể được áp dụng cho các quá trình trong đó tốc độ quyết định cho keo tụ và phân tầng. Một số người sử dụng phương pháp siêu ly tâm để xác định định lượng sự ổn định của nhũ tương. Thời gian cần thiết ngắn hơn so với phương pháp truyền thống, nhưng cần nhiều công việc hơn để nghiên cứu mối tương quan giữa kết quả và các bài kiểm tra thời gian thực và sử dụng mối tương quan để dự đoán sự ổn định của nhũ tương. Tốc độ siêu ly tâm lên tới 25000r / phút. Trong điều kiện tốc độ cao như vậy, có sự khác biệt giữa sự ổn định của nhũ tương và sự ổn định trong điều kiện bình thường; dưới sự ly tâm tốc độ cao như vậy, chỉ có sự kết hợp là giai đoạn quyết định tốc độ, vì vậy các giọt hoặc hạt Chúng chất đống nhanh chóng, khiến môi trường nước tách ra nhanh chóng. Trong điều kiện lưu trữ bình thường, keo tụ có thể đảo ngược và keo tụ không thể đảo ngược xảy ra, cả hai đều có thể là giai đoạn quyết định của tốc độ quá trình. Ngoài ra, việc áp dụng một lực mạnh như vậy sẽ gây ra sự rò rỉ màng lỏng của chất lỏng pha nước giữa các giọt và gây ra sự phá hủy màng nhũ hóa.

Chỉ bằng cách nghiên cứu thêm mối tương quan giữa kết quả của thử nghiệm tăng tốc và kết quả trong điều kiện lưu trữ chung, thử nghiệm tăng tốc mới có thể được sử dụng chính xác để dự đoán sự ổn định của nhũ tương.