emulgatory w recepturach kosmetycznych

Transkrypt

EMULGATORY W RECEPTURACH KOSMETYCZNYCH
Aleksandra Flis, Katarzyna Pikul
Wyższa Szkoła Informatyki i Zarządzania w Rzeszowie
Streszczenie
W życiu codziennym często spotykamy się z pojęciem emulgatory, jednak nie zawsze jest nam ono
znane. Emulgatory stosowane są zarówno w produktach żywnościowych jak i w preparatach kosmetycznych. W produktach kosmetycznych stanowią podstawowy składnik do produkcji m. in. kremów,
balsamów, masek kremowych czy mleczek do demakijażu. Na rynku istnieje wiele rodzajów emulgatorów pochodzenia syntetycznego bądź naturalnego. Klasyfikowane są właśnie ze względu na pochodzenie lub uwzględniając ich budowę chemiczną. Emulgatory dodajemy do emulsji zawierających
dwie niemieszające się ze sobą fazy tzn. fazę wodną i olejową w celu ich połączenia. Są to cząsteczki
amfifilowe o różnej wartości HLB, która decyduje o zastosowaniu w poszczególnych rodzajach produktów kosmetycznych.
1. Substancje powierzchniowo czynne (SPC)
W kosmetyce duża liczba produktów zalicza się do roztworów wodnych bądź wodno-alkoholowych,
alkoholowych, tłuszczowych oraz węglowodorowych. Roztwory te się jednolite jednakże czasem dochodzi do sytuacji gdzie składniki rozdzielają się tworząc emulsję niejednolitą, aby zapobiec takiej
sytuacji stosuje się substancje powierzchniowo czynne.
www.think.wsiz.rzeszow.pl, ISSN 2082-1107, Nr 2 (14) 2013, s. 1-12
Emulgatory w recepturach kosmetycznych
1.1. Substancje powierzchniowo czynne (SPC) inaczej zwane surfaktantem lub tenzydem
Są to substancje chemiczne posiadające w swojej cząsteczce dwie części hydrofilową, czyli taką, która
rozpuszcza się w wodzie, a nie w tłuszczach oraz część hydrofobową nierozpuszczalną w wodzie, lecz
w tłuszczach. Do części hydrofilowej najczęściej należą podstawniki:









grupa hydroksylowa –OH (alkohole);
grupa karboksylowa –COOH (kwasy organiczne);
grupa karboksylanowa –COO-Na+i –COO-K+ ( sole sodowe i potasowe kwasów tłuszczowych);
grupa aldehydowa –CHO;
grupa fosforanowa –H2PO4;
grupa aminowa –NH2;
grupa amoniowa –NH3+;
fragment łańcucha –CH2-CH2-O – (oksyetylowane monoestry wyższych kwasów tłuszczowych);
grupa sulfonowa –SO3-Na+ (sulfonian sodowy).
Z kolei część hydrofobowa to długi łańcuch węglowodorowy (alifatyczny lub alkiloaromatyczny) składający się z 10 do 20 atomów węgla.
SPC przede wszystkim zmniejszają napięcie powierzchniowe cieczy, do której zostają wprowadzone,
na granicy dwóch niemieszających się ze sobą faz. Stosuje się je jako środki pianotwórcze, emulgujące, dyspergujące, solubilizujące oraz usuwające brud. Substancje powierzchniowo czynne zdolne są
do tworzenia roztworów micelarnych, gdy zostanie przekroczone stężenie zwane krytycznym stężeniem micelarnym CMC; jego wartość jest charakterystyczna dla konkretnego środka powierzchniowo
czynnego.
Substancje te dzielą się na:
1. Jonowe



anionowe;
amfoteryczne;
kationowe;
2. Niejonowe


nieoksyetylenowe;
oksyetylenowe1.
2. Emulsje
Emulsja to heterogenny układ, składający się, z co najmniej dwóch odrębnych (niemieszających się ze
sobą lub mieszających się w ograniczonym zakresie) faz ciekłych, z których jedna jest rozproszona
1
Molski M., Chemia piękna, PWN, Warszawa 2010; Marzec A., Chemia kosmetyków; surowce półprodukty preparatyka
wyrobów, wyd. Dom Organizatora, Toruń 2005.
2
(wewnętrzna lub nieciągła) w drugiej (zewnętrznej lub ciągłej) w postaci drobnych kropli. W dobrej,
stabilnej emulsji górna granica rozmiarów kropel fazy rozproszonej wynosi 5 mikronów2.
2.1. Typy emulsji
Wyróżnia się różne typy emulsji:





emulsje proste hydrofilowo-lipofilowe (H/L) lub lipofilowo-hydrofilowe (L/H), a nie tylko woda w oleju (W/O) lub olej w wodzie (O/W), ponieważ faza tłuszczowa nigdy nie składa się wyłącznie z oleju, a faza wodna nigdy wyłącznie z wody (zwykle jednak stosuje się określenie
O/W i W/O);
emulsje potrójne, złożone z fazy tłuszczowej, fazy wodnej i fazy stałej lub fazy jednocześnie
hydrofobowej i lipofobowej (oleje fluorowane);
emulsje wielokrotne, L/H/L lub H/L/H;
emulsje submikronowe lub miniemulsje, w których rozmiar cząsteczek fazy rozproszonej jest
mniejszy od 1 mikrometra (między około 500 nm. i 1µm);
nanoemulsje (mikroemulsje), których rozmiar cząsteczek rozproszonych nie przekracza kilkuset nanometrów (między 100 i 500 nm.)3.
Rysunek 1 Typy emulsji
Źródło: http://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Simple_emulsion.jpg
2
3
Jurkowska S, Surowce kosmetyczne, Ośrodek Informatyczno-Badawczy „Ekoprzem”, Dąbrowa Górnicza 2001.
Martini M.C., Kosmetologia i farmakologia skóry, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2007, 2008.
3
3. Emulgatory
Zawiesina cząsteczek płynnej substancji niepolarnej w płynnej substancji polarnej jest mieszaniną
bardzo nietrwałą – mieszanina oleju i wody poddana nawet bardzo intensywnej homogenizacji ulega
rozwarstwieniu w ciągu kilku minut. Wynika to z działania sił na granicy faz – napięcie powierzchniowe ukierunkowane jest tak, aby jak najbardziej ograniczyć powierzchnię zetknięcia się ze sobą dwóch
faz o różniej polarności. Aby uzyskać emulsję należy obniżyć napięcie na granicy tych dwóch faz, czyli
zlikwidować siły odpychania prowadzące do rozwarstwienia się cieczy. W tym przypadku należy zastosować substancje, jakimi są emulgatory.
Emulgatory to substancje stosowane do otrzymania jednorodnych układów, składających się z niemieszających się faz: hydrofobowej i hydrofilowej.
Rysunek 2 Budowa cząsteczki emulgatora
Źródło:
http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/edexcel_pre_2011/designerproducts/foodanddri
nkrev4.shtml
Cechą charakterystyczną emulgatorów jest jednoczesna obecność grup hydrofilowej i hydrofobowej4.
Grupa hydrofilowa emulgatora wnika w fazę wodną, a hydrofobowa w fazę olejową. Takie ruchy amfifilowych cząsteczek wokół fazy rozproszonej powodują powstanie charakterystycznych sferycznych
agregatów, jakimi są micelle.
4
Molski M., Chemia piękna…, dz. cyt.
4
Rysunek 3 1.Schemat tworzenia miceli w/o 2. Schemat tworzenia miceli o/w
Źródło: http://en.wikibooks.org/wiki/Structural_Biochemistry/Lipids/Micelles
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Micelle_scheme-en.svg
Cząsteczki emulgatora „spinają” więc w sposób trwały dwie niemieszające się ciecze, doprowadzając
emulsję do stabilnego układu5.
Dobór emulgatora do rodzaju emulsji zależy od jego budowy – proporcji pomiędzy częścią hydrofilową i hydrofobową. Polarność jest dla danego SPC wartością stałą, wyrażaną za pomocą tzw. stałej
równowagi hydrofilowo-hydrofobowej (HLB – Hudrophilic-Lipophilic Balance). HLB jest systemem
opracowanym przez Griffina w latach 40-tych. Do dzisiaj ułatwia dobór środków powierzchniowo
czynnych do konkretnych emulsji. HLB substancji niejonowych obliczana jest z następującego wzoru:
ęż
ą
ęż
ęś
ą
Obliczane w ten sposób wartości tworzą skalę od 0 do 20 (zwaną skalą Griffina). HLB substancji jonowych, często przekraczające górną granicę skali, wyznacza się metodami eksperymentalnymi, poprzez
porównanie z wartościami obliczonymi. Im większa jest przewaga części hydrofilowej, tym wyższa
wartość HLB-emulsje O/W. Emulgatory o przewadze właściwości lipofilowych stosowane są do wytwarzania emulsji typu W/O i mają niskie wartości HLB.
SPC o HLB 0-2 nie wykazują właściwości emulgujących
SPC o HLB 3-8 tworzą emulsje typu O/W
SPC o HLB 6-16 tworzą emulsje W/O
SPC o HLB >14 tworzą mikroemulsje
Emulgator ma lepsze działanie jeśli jego fragment tłuszczowy ma podobną strukturę do emulgowanych tłuszczów np. w cząsteczce emulgatora i tłuszczu występują wiązania podwójne. Uogólniając,
5
Marzec A., Chemia kosmetyków…, dz. cyt.
5
należy podkreślić, iż dobry efekt działania zapewniają jedynie emulgatory dobrane do określonego
układu składników. Najlepsze wyniki osiąga się stosując mieszaninę różnych emulgatorów (o HLB
wyznaczonym w oparciu o procentowy udział poszczególnych składników mieszaniny). Stężenie
emulgatora jonowego jest zawsze ograniczone odziaływaniem elektrostatycznym (odpychaniem się
jego cząsteczek). Wprowadzenie dodatkowego emulgatora niejonowego (pozbawionego ładunku
elektrostatycznego) umożliwia ściślejsze upakowanie cząsteczek emulgatora na granicy faz, a tym
samym skuteczniejsze obniżenie napięcia powierzchniowego. Stabilizujące działanie koemulgatorów
niejonowych polega na utworzeniu wokół cząsteczek fazy rozproszonej specyficznej struktury lamelarnej, przypominającej świetlisty żel, zbudowany z cienkich blaszek naprzemiennie ułożonych obydwu faz. Taka struktura może mieć właściwości ciekłokrystaliczne i wykazuje się wysoką lepkością,
przez co uniemożliwia zbliżenie się kropelek fazy rozproszonej6.
3.1. Podział emulgatorów ze względu na pochodzenie
1. Emulgatory naturalne:





cholesterol;
lanolina;
wosk pszczeli;
lecytyny;
sole kwasu cholowego występujące w żółci ssaków w formie związanej z glicyną lub tauryną;
2. Emulgatory syntetyczne:



oksyetylenowane pochodne alkoholi i amidów tłuszczowych, alkilofenoli i amin tłuszczowych;
estry alkoholi polihydroksylowych i ich oksyetylenowane pochodne;
sole amoniowe7.
6
Tamże; Jurkowska S, Surowce kosmetyczne…, dz. cyt.
7
Molski M., Chemia piękna…, dz. cyt.
6
3.2. Podział emulgatorów ze względu na budowę
Rysunek 4 Schemat budowy surfaktantów. Od góry: niejonowe, anionowe, kationowe i
amfoteryczne.
anionowe
emulgatory
jonowe
kationowe
niejonowe
amofoferyczne
nie badące SPC
Źródło: http://pl.wikipedia.org/wiki/Surfaktanty
1. Jonowe
a) Anionowe, są to cząsteczki amfifilowe posiadające ładunek ujemny. Są dobrymi odtłuszczaczami, pianotwórcze, tworzą emulsje typu O/W. Mają odczyn zasadowy jednak otrzymywane
emulsje są nietrwałe w pH poniżej 10, w obecności kationów Ca2+ , Mg2+ dochodzi do inwersji
emulsji prowadzącej do jej złamania. Z tego powodu częściej używane są połączenia mono-,
di- i tri etanoloaminy z kwasami tłuszczowymi, które mają odczyn obojętny o większej zdolności emulgowania. Należą do nich:
7







mydła zasadowe sodowe oraz potasowe: R-COOM, gdzie M: Na, K, NH4;
alkilosarkozyniany: R-CO-N-CH2(CH3)-COOM;
alkilosulfooctany: R-SO3-CH2-COOM;
alkilotauryniany: CH3-NH-CH2-CH2-SO3M;
siarczany alkoholi tłuszczowych o oksyetylenowanych alkoholi tłuszczowych: sole
sodowe,
potasowe
R-SO4M
i
R-(C2H4O)n
SO4M
M-Na, K;
sulfoniany parafin i olefin;
izetioniany R-COO-CH2-CH2-SO3Na;
fosforany alkilowe i oksyetylenowane fosforany alkilowe: R-O-PO3Na2 i R(C2H4O)n-O-PO3Na2;
R – oznacza alkilową resztą tłuszczową
b) Kationowe to cząsteczki amfifilowe posiadające ładunek dodatni. Mają słabe właściwości
pianotwórcze oraz myjące, działają bakteriobójczo i grzybobójczo, dlatego stosowane są,
jako środki konserwujące. Jeśli łańcuch alkilowy jest długi są antyseptyczne, działają również dezynfekująco. Najważniejsze jest jednak to, że mają zdolność wiązania się z keratyną, wykazują działanie nawilżające, kondycjonujące włosy. Tworzą emulsje typu O/W


czwartorzędowe sole amoniowe;
pochodne czwartorzędowych zasad heterocyklicznych;
Rysunek 5 Kationowe czasteczki amfofilowe
Źródło: rysunek własny
c) Amfoteryczne to cząsteczki amfifilowe posiadające zarówno ładunek dodatni jak
i ujemny, charakter cząsteczki jest zależny od pH. Należą do nich między innymi proteiny
(żelatyna, kazeina), które są emulgatorami O/W pochodzenia naturalnego. Najbardziej
powszechna w tej grupie emulgatorów jest lecytyna. Lecytyna jest mieszaniną fosfolipidów, w której dwie grupy hydroksylowe glicerolu są zestryfikowane resztami kwasów
8
tłuszczowych, a jedna kwasem fosforowym w polaczeniu z choliną. Otrzymywana jest
z roślin oleistych bądź jaj, stosowana jest, jako emulgator w emulsjach typu O/W.
2. Niejonowe są to cząsteczki amfifilowe nieposiadające ładunku. Są to dobre emulgatory O/W
oraz W/O. Jedną z ich zalet jest to, że nie są wrażliwe na zmiany w szerokim zakresie pH 4-9
oraz na dodatek elektrolitów. Z powodzeniem mogą być łączone z emulgatorami jonowymi.
Są mniej drażniące od emulgatorów jonowych. Należą do nich:








N-tlenki amin tłuszczowych;
wyższe alkohole;
cholesterol;
lanolina;
monoesterynian glicerolu;
spany;
tweeny;
proteiny.
3. Emulgatory nienależące do środków powierzchniowo czynnych. Są to koloidy lipofilowe
i pseudoemulgatory sproszkowane.



bentonit;
kaolin;
stearyniany; wapniowy, magnezowy i glinowy8.
3.3. Charakterystyka wybranych grup emulgatorów
3.3.1. Estry tłuszczowe sorbitanu (Spany)
Sorbitan powstaje z heksahydroksylowego alkoholu cukrowego, czyli, sorbitolu, który jest produktem
redukcji grupy aldehydowej w glukozie. Podczas estryfikacji sorbitanu kwasami tłuszczowymi (laurynowy, palmitynowy, stearynowy, oleinowy) otrzymuje się estry sorbitanu, które są stosowane jako
emulgatory W/O, stabilizatory emulsji, substancje zagęszczające i natłuszczające. Monoestry sorbitanu mają różną konsystencje, są znakomicie tolerowane przez skórę i błony śluzowe. HLB tych związków waha się pomiędzy 2-8. Podobne właściwości posiadają również triestry sorbitanu9.
8
Tamże; Brud W.S. Glinka R., Technologia kosmetyków, Oficyna Wydawnicza MA ,Łódź 2001; Marzec A., Chemia kosmetyków…, dz. cyt.
9
Tamże; Molski M., Chemia piękna…, dz. cyt.
9
Rysunek 6 Budowa estrów tłuszczowych sorbitanu
Monolaurynian sorbitanu – Span 20
Monopalmitynian sorbitanu – Span 40
Monostearynian sorbitanu – Span 60
Monooleinian sorbitanu – Span 8010.
3.3.2. Oksyetylenowane estry sorbitanu (Tweeny)
Otrzymywane są przez działanie tlenkiem etylenu na estry sorbitanu. Są to substancje hydrofilowe,
emulgatory typu O/W stosowane są, jako środki zwilżające, natłuszczające, stabilizatory olejków perfumeryjnych i innych olejowych składników preparatów. Wartość pH 5 % roztworu zbliżone jest do
pH skóry. Są trwałe tylko w obecności środków konserwujących11.
Rysunek 7 Budowa oksyetylenowanych estrów sorbitanu
Źródło:
http://t1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTk3hOGlHqJorMNipIUjpnKDSJkNtmCPOSR2hh8uNsc5mN
1y34k
3.3.3. Euceryna
Euceryna jest mieszaniną cholesterolu i innych alkoholi lanolinowych wydzielonych z lanoliny z waze10
11
Marzec A., Chemia kosmetyków…, dz. cyt.
Tamże
10
lina i dodatkiem tłuszczów naturalnych. Jest to żółtawa substancja, topiąca się w 50˚C. Stanowi bazę
dla kremów i maści, emulgator emulsji typu W/O i pomocniczy emulgator O/W. Jest dobrze tolerowany przez skórę12.
Rysunek 8 Budowa cholesterolu
3.4. Przykładowe emulgatory emulsji O/W i W/O
12
13

alkohol cetylowy (C16H33OH) – jest głównym emulgatorem w emulsjach typu W/O
i pomocniczym w emulsjach O/W;

bentonit – jest dobrym stabilizatorem wodnych zawiesin i emulsji O/W;

cerezyna – stanowi ważny składnik stałych roztworów tłuszczowych i fazy tłuszczowej emulsji;

cholesterol – jest głównym emulgatorem emulsji W/O i pomocniczym w O/W;

euceryna – składnik pielęgnacyjnych emulsji W/O;

guma arabska – jest naturalnym polimerem hydrofilowym, emulgator O/W;

sole kwasu oleinowego (tzw. mydła oleinowe) – doskonałe emulgatory emulsji O/W;

lanolina – emulgator emulsji W/O i pomocniczy w emulsjach O/W;

stearyna – emulgator emulsji O/W;

trójetanoloamina (N(CH2-CH2-OH) 3) – dobry emulgator typu O/W stosowany w recepturze
mleczek kosmetycznych, śmietanek i kremów;

lecytyna – oczyszczona jest stabilizatorem emulsji typu O/W, nieoczyszczona może utrwalać
emulsje W/O;

estry oksyetylenowe i oksypropylenowe kwasów tłuszczowych i alkoholi wielowodorotlenowych o nazwie handlowej Spany i Tweeny13.
Tamże
Tamże
11
4. Podsumowanie
Istnieje wiele substancji stosowanych, jako emulgatory w recepturze kosmetycznej. Są to substancje
zarówno pochodzenia naturalnego takie jak lecytyna jak syntetycznego. Ich wspólnym zadaniem jest
homogenizacja co najmniej dwóch niemieszających się ze sobą substancji, poprzez obniżenie napięcia
powierzchniowego w wyniku czego otrzymujemy trwałą emulsję. Dobór odpowiedniego emulgatora
jest trudnym zadaniem, w jego doborze kierujemy się między innymi wartościami parametru HLB.
Ważne jest, aby emulgator był dostosowany zarówno do przeznaczenia kosmetyku, jak i jego formy
oraz współdziałał z innymi składnikami preparatu.
Bibliografia
1. Brud W.S., Glinka R., Technologia kosmetyków, Oficyna Wydawnicza MA, Łódź 2001.
2. Jurkowska S, Surowce kosmetyczne, Ośrodek Informatyczno-Badawczy „Ekoprzem”, Dąbrowa
Górnicza 2001.
3. Martini M.C., Kosmetologia i farmakologia skóry, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa
2007, 2008.
4. Marzec A., Chemia kosmetyków, surowce półprodukty preparatyka wyrobów, Dom Organizatora, Toruń 2005.
5. Molski M., Chemia piękna, PWN, Warszawa 2010.
6. http://wizaz.pl/kosmetyki/produkt.php?produkt=22293.
7. http://wizaz.pl/kosmetyki/produkt.php?produkt=30118.
8. http://www.nivea.pl/Produkty/NIVEA-Creme.
12

emulgatory w recepturach kosmetycznych

Transkrypt

Podobne dokumenty

Rozdział 17 Leczenie miejscowe i zasady receptury

Emulsje i liczby charakterystyczne tłuszczów

pobierz plik artykułu - Inżynieria i Aparatura Chemiczna