Cómo controlar la estabilidad de las formulaciones cosméticas

La emulsión es un sistema termodinámicamente inestable y su vida útil es limitada. Indica que la estabilidad de la emulsión es un tema importante para los formuladores de cosméticos. Los cosméticos comerciales deben tener una vida útil de 2-3 años. La vida útil de una emulsión se puede definir como el tiempo que tarda la emulsión en deteriorarse hasta un nivel inaceptable para los consumidores. Se necesita un largo período de tiempo para que los cosméticos comerciales se distribuyan y almacenen a los consumidores. Generalmente, la vida útil de los cosméticos es de 2 a 3 años. Algunos países requieren que las emulsiones de venta libre que contienen agentes de protección solar tengan una estabilidad de más de 5 años. Dado que la medición de la vida útil en tiempo real requiere mucho tiempo, generalmente las empresas de cosméticos rara vez realizan investigaciones de la vida útil en tiempo real, por lo que es importante diseñar pruebas que predigan con precisión la vida útil de las emulsiones. Aunque existen muchos programas de este tipo en la actualidad, todavía existe una cierta distancia de la realidad, lo que indica que la estabilidad de la emulsión no es una cuestión sencilla.

(1) El mecanismo de inestabilidad de la emulsión.

Cuando la emulsión envejece, sufre cambios físicos para hacer que la emulsión sea inestable. Incluidos los efectos de la estratificación por gravedad, la floculación y la desproporción.

El posible resultado de la separación por gravedad es la floculación. La floculación es un fenómeno de sedimentación o estratificación. Durante la floculación, todavía se emulsiona, pero la capa rica en fase dispersa se concentra en la capa superior (en la emulsión O / W) o en la capa inferior (en la emulsión O / W). Emulsión W / O). Los cambios causados ​​por estos dos tipos de gravedad son reversibles y la agitación puede volver a dispersar los materiales agregados. Estas condiciones obedecen a Stokes' ley, es decir, la velocidad de separación es proporcional a la diferencia de densidad entre la fase oleosa y la fase acuosa, y la viscosidad de la fase continua es proporcional al tamaño de partícula de la fase dispersa. Por tanto, aumentar la viscosidad de la fase continua o reducir el tamaño de partícula utilizando molinos coloidales u homogeneización puede incrementar la estabilidad de la emulsión.

Cuando las gotitas de la fase dispersa se juntan y combinan para formar gotitas más grandes, se produce la coalescencia. Eventualmente ocurrirá una separación de fases. Si la cantidad de emulsionante no es suficiente para mantener pequeñas las gotas, pero sí lo suficiente para evitar la floculación, o coalescen más en una emulsión con una distribución de partículas más grande, esta situación se denomina coalescencia limitada.

El efecto de desproporción se debe a que la presión interna de la gota es más alta que la presión externa de la gota. Esta fuerza impulsora hará que los componentes químicos se difundan desde pequeñas gotas a gotas más grandes, o posiblemente a la fase continua. Dado que los diferentes componentes del sistema tensioactivo pueden difundirse desde pequeñas gotas a gotas grandes a diferentes velocidades, como resultado, las gotas pequeñas se vuelven más pequeñas y las gotas grandes se vuelven más grandes.

(2) Prueba de estabilidad de la emulsión

En la literatura se han informado muchos métodos experimentales que predicen la estabilidad de la emulsión. Incluye principalmente prueba acelerada, prueba en tiempo real y medición reológica.

1. Prueba acelerada

La prueba acelerada es un método que se basa en aplicar carga al sistema, como el aumento de temperatura o la acción centrífuga. El peligro inherente de cualquier prueba acelerada es someter la emulsión a condiciones mucho más allá de lo que realmente se experimenta. Por lo tanto, los resultados de la prueba acelerada deben usarse con cuidado, y las conclusiones deben compararse y confirmarse con los resultados en condiciones normales de almacenamiento.

La prueba acelerada basada en temperatura utiliza alta temperatura constante,

(Por ejemplo, 40 ° C o 48 ° C) o ciclo de congelación-fusión (-15 ~ 5 ° C a temperatura ambiente). La base teórica para usar pruebas aceleradas de alta temperatura es la ecuación de Arrhenius que describe la relación entre la constante de velocidad de reacción química y la temperatura, es decir, si la temperatura aumenta en 10 ° C, la velocidad de la mayoría de las reacciones químicas se duplica. Por tanto, 3 años a 20 ° C deberían equivaler a 4,5 meses a 50 ° C. Sin embargo, a medida que aumenta la temperatura, la viscosidad de la emulsión disminuye y cambia el equilibrio de la solubilidad del tensioactivo. También pueden ocurrir otros cambios, como la hidratación de sólidos y polímeros coloidales, el reparto de moléculas entre las dos fases y la fusión de ceras u otras sustancias. Algunos de los principales factores que hacen que las emulsiones sean estables desaparecerán repentinamente a altas temperaturas, lo que hará que las emulsiones se vuelvan inestables.

Las pruebas aceleradas a veces producen información engañosa. Algunas emulsiones que también se separan a altas temperaturas pueden tener una vida útil diferente a temperatura ambiente. Los emulsionantes no iónicos se basan en la hidratación de sus grupos polioxietileno para estabilizar las emulsiones y su selección se basa en las características de la interfaz a temperatura ambiente. A altas temperaturas, la hidratación de los emulsionantes se reduce y sus valores de HLB son completamente diferentes. Pueden considerarse como moléculas de diferentes propiedades. En algunos casos, la emulsión es más estable a alta temperatura que a baja temperatura. En este caso, si la conclusión se basa solo en la prueba acelerada de alta temperatura, no solo es incorrecta, sino también engañosa.

El ciclo de congelación-fusión también aumenta la carga de la emulsión y existen algunos problemas inherentes. A temperaturas bajo cero, la formación de cristales de hielo en las emulsiones O / W puede alargar y aplanar las partículas de aceite. Además, la parte lipófila del emulsionante pierde su fluidez y la parte hidrófila espontáneamente&"deshidrata GG"; debido a la congelación y precipitación del agua. Si la emulsión" cura" antes de que se produzca la coalescencia, la emulsión resistirá la prueba. Si la velocidad de redisolución de los componentes es lenta, la emulsión es inestable, lo cual es diferente del proceso que ocurre a temperatura ambiente.

La acción centrífuga es otro método que utiliza la gravedad acelerada para aplicar una carga a la emulsión. El radio es de 10 cm y la velocidad de 3750 r / min durante 5 h equivale a 1 año para la gravedad. Por tanto, este método se puede aplicar a procesos donde la velocidad es determinante para la floculación y estratificación. Algunas personas utilizan el método de ultracentrifugación para determinar cuantitativamente la estabilidad de la emulsión. El tiempo requerido es más corto que el del método tradicional, pero se necesita más trabajo para estudiar la correlación entre los resultados y las pruebas en tiempo real, y usar la correlación para predecir la estabilidad de la emulsión. La velocidad de ultracentrifugación es de hasta 25000r / min. En tales condiciones de alta velocidad, existe una diferencia entre la estabilidad de la emulsión y la estabilidad en condiciones normales; bajo una centrifugación de alta velocidad, solo la coalescencia es la etapa decisiva de la velocidad, por lo que las gotas o partículas se apilan rápidamente, lo que hace que el medio de agua se separe rápidamente. En condiciones normales de almacenamiento, se produce una floculación reversible y una floculación irreversible, las cuales pueden ser la etapa decisiva de la velocidad del proceso. Además, la aplicación de una fuerza tan fuerte provocará la fuga de la película líquida de la fase acuosa líquida entre las gotitas y provocará la destrucción de la película emulsionante.

Solo mediante el estudio adicional de la correlación entre los resultados de la prueba acelerada y los resultados en condiciones generales de almacenamiento, la prueba acelerada puede usarse correctamente para predecir la estabilidad de la emulsión.