Катионные эмульгаторы: секреты создания стабильных косметических продуктов

Катионные эмульгаторы: секреты создания стабильных косметических продуктов

Растворители – вещества, растворяющие компоненты косметического средства. В качестве растворителей в косметике используются вода, спирты, липиды и силиконы. Низкомолекулярные спирты являются прекрасными растворителями для жиров, отдушек, растительных экстрактов и биологически активных веществ. В косметике применяются как одноатомные спирты (этанол, изопропанол), так и многоатомные (пропиленгликоль, сорбитол, глицерин). Глицерин в малых концентрациях оказывает смягчающее действие и увлажняет кожу, входит сейчас чуть ли не в каждое косметическое средство. Но не нужно самим делать лосьоны и кремы на основе глицерина. Высокие концентрации (10 % и более) обладают противоположным действием, обезвоживая кожу и создавая неприятное ощущение стянутости. Этанол в небольших концентрациях входит в состав тоников и лосьонов в качестве растворителя отдушек и малорастворимых биологически активных веществ, а в парфюмерных композициях (духах) его концентрация может достигать 85 %. Неотъемлемым компонентом большинства косметических средств (гелей, эмульсионных кремов, шампуней) является вода. Природная вода содержит различные соли и примеси, которые могут влиять на цвет косметического средства, снижать пенообразующую способность моющих средств, изменять устойчивость эмульсий. Поэтому перед началом производства она проходит различные стадии подготовки, направленные на снижение содержания неорганических солей, органических примесей и устранение бактериальной флоры.

Связанные вопросы и ответы:

Что такое катионные эмульгаторы

Майонез, сливочное масло, шоколад, мороженое – эти продукты мы потребляем только благодаря наличию эмульгаторов. Без них они не имели бы однородной текстуры, тогда их использование сводилось бы к минимуму. Они помогают соединять в гомогенную (однородную) массу те элементы, которые в природе не смешиваются. Зачастую это бывает консистенция из воды и жира, которая превращается в нерасслаиваемую и гладкую эмульсию. Из-за различий в полярности этих двух веществ они являются взаимно нерастворимыми.

Люди путают термины эмульсия и суспензия. В чем же их различие? Первое – это раствор двух жидких несмешиваемых элементов, которые создают однородный крем при помощи эмульгаторов. Суспензия же является смесью твердого и жидкого вещества. Их состав также включает стабилизаторы, которые повышают плотность консистенции.

Суспензии применяют в лекарственных и косметических препаратах. Они могут приобретать вид непрозрачной жидкости, которую нужно растворить в воде. Твердые частицы в составе смеси имеют значительный размер – их нельзя пропустить через фильтр.

Способность эмульгаторов создавать цельную консистенцию основана на определенных активных веществах – ПАВ, которые снижают поверхностное натяжение каждого элемента и позволяют составу оставаться гомогенным на протяжении длительного промежутка времени. Говоря проще, ПАВы ускоряют процесс образования однородной и нерасслаиваемой текстуры.

Процесс самой эмульгации происходит при растворении стабилизатора в дисперсионной среде, то есть в веществе, которого больше. Доводя оба элемента до одинаковой температуры, жир соединяют с водой и дожидается окончания смешивания. По итогу получается гомогенная консистенция, похожая на крем. Плотность и текстура зависит от количества соединяемых компонентов.

Как катионные эмульгаторы влияют на стабильность косметических продуктов

Эмульгаторы, со-эмульгаторы и загустители — это необходимые ингредиенты для изготовления (производства) косметических средств. Они стабилизирует крем, не дают ему расслаиваться, формируют структуру крема и гелей, делают ее более плотной

Эмульгаторы.

Эмульгатор*— обязательный компонент для приготовления домашнего крема. Благодаря эмульгаторам, эмульсия остается стабильной, то есть не расслаивается, остается однородной. Эмульгаторы, как правило, являются органическими соединениями. Это преимущественно растворимые вещества, обладающие свойством понижать поверхностное натяжение на границе обеих фаз (водной и масляной) эмульсии. На вид они воскообразные, в виде пластинок, стружки, горошинок.

Со-эмульгатор* — сопутствующий основному эмульгатору или, выступающий в одинаковой пропорции с другими эмульгаторами в смеси. Это дополнительный эмульгатор, который применяется в комбинации с другими эмульгаторами как дополнительный, для формирования новой текстуры, обычно более плотной, чем при применении одного основного.

Загуститель*   (то же, что и со-эмульгатор… по сути) — Вещество, добавляемое при создании эмульсии для придания ей стабильности, густоты и вязкости. Применяется в качестве добавки к основному эмульгатору. Применяется моно при создании кремов-гелей.

К ним относятся: силиконовые эмульгаторы, различные воски (например, пчелиный воск или масло жожоба), гидроколлоиды (холестерин, желатин, агар-агар, синтетические и полусинтетические полимеры, пектин).

Жидкий, растительного происхождения .

Состав: Полисорбат 20; дипропиленгликоль; ПЭГ-40 гидрогенизированное касторовое масло.

Назначение:

• для изготовления косметических кремов и эмульсий типа «масло/вода»,
• соэмульгатор для косметических эмульсий типа «вода / масло».

Характеристики.

Консистенция : Прозрачная маловязкая жидкость

Цвет: от соломенно-желтого до светло-коричневого цвета,

Примеси и осадок: не содержит

Свойства.

Эмульгатор Т-8 является комплексным эмульгатором растительного происхождения. Позволяет получать устойчивые эмульсии при использовании Эмульгатора Т-8 в низких концентрациях. Сочетается с различными видами полярного и не полярного косметического сырья. Благодаря отличной эмульгирующей способности Эмульгатор Т-8 образует высокодисперсные эмульсии, имеющие прекрасную коллоидную и термостабильность. Ввиду того, что Эмульгатор Т-8 способен образовывать косметические эмульсии, которые, несмотря на высокое содержание масляной  фазы, не оставляют ощущений жирности и липкости на коже, он  рекомендуется к использованию в косметических средствах для любой кожи лица, в том числе и смешанной.

Применение:

• Питательный крем
• Увлажняющий крем
• Косметическое молочко
• Крем для век

Эмульгатор Т-8 используется для получения косметических эмульсий типа “масло/вода” регулируемой консистенции. Благодаря выраженной склонности к понижению межфазного натяжения Эмульгатор Т-8 эффективно способствует стабилизации и улучшению  внешнего вида косметических эмульсий типа “вода / масло”.

Дозировка:

• Косметические эмульсии типа «масло / вода»              0,5-4,0%
• Косметические эмульсии типа «вода / масло»              0,5-3,0%

Краткое описание:

Эмульгатор ТВИН-80 – неиногенный ПАВ, является эмульгатором и со-эмульгатором (растворителем) растительных масел, эфирных масел и отдушек в составе косметических средств на водной основе без использования алкоголя, в средствах по уходу за кожей и волосами. Оказывает вяжущее и увлажняющее действие, эмульгатор, кондиционер. Хорошо эмульгирует жировые и воскообразные выделения нашей кожи и мягко их удаляет.

Используется

• для создания эмульсий М/В (масло в воде)
• как основа для растворения растительных масел, эфирных масел и отдушек.

Характеристики:

На вид: вязкая жидкость, янтарного цвета Запах:  характерный, слабыйpH 5 – 7 (5 — 10 % водный раствор) Растворимость:  в воде, в растительном масле, в спирте, изопропиловом спирте (isopropyl alcohol).

Нерастворим:  в минеральном масле, эфире и парафине.

Состав :

Polysorbat 80 (Tween 80, полиоксиэтиленсорбитан моноолеат, полисорбат 80, твин 80, сорбиталь О-20, пищевая добавка E 434).

Применение:

• восстанавливающие шампуни с маслами,
• бальзамы для волос,
• средства для умывания и снятия макияжа,
• продукты на водной основе с содержанием растительных и эфирных масел,
• тоники для лица,
• парфюмерные композиции,
• спреи для тела,

Дозировка:

от 1% до 50% в зависимости от назначения средства. (При концентрациях более 1,5% начинает загущать продукт).

Рекомендации по применению: 

Растворите ЭМ, отдушку или растительные масла в полисорбате в дозировке от 1 до 7% (вплоть до 1:1 в зависимости от применения), после чего добавьте в основную часть продукта.

Возможно сочетание различных полисорбатов в одном средстве.

При введение более 1% полисорбата можно наблюдать загущение конечного продукта. Хотя при одновременном использовании полисорбатов и соляного раствора при изготовлении шампуня из основы — эффект противоположный.

Какие типы косметических продуктов могут содержать катионные эмульгаторы

Иногда производители включают в состав косметики вещества, которые могут негативно повлиять на вашу кожу и здоровье. Зачем? Они, как правило, дешевле, с ними легче работать. К ним, как правило, относят вредные синтетические вещества и продукты нефтепереработки. Косметику с такими веществами в составе стоит использовать с осторожностью.

• Парабены — это группа консервантов. Их добавляют в косметику, чтобы продлить срок годности продукта и защитить их от бактерий. Но они могут вызывать раздражение кожи, усиливать воздействие ультрафиолета и отрицательно влиять на гормональный фон. Узнать их в составе несложно, как правило, их названия заканчиваются на «-парабен». Самые популярные — метилпарабен, пропилпарабен, бутилпарабен, этилпарабен.
• Агрессивные ПАВы , или поверхностно-активные вещества. Их используют в качестве технологических добавок. Они могут быть эмульгаторами, загустителями, пенообразователями и так далее. Есть несколько типов ПАВов: анионные, катионные, неионогенные и амфотерные. Избегать стоит анионных ПАВов — они разрушают липидный барьер кожи и обезвоживают ее.
• Сульфаты , SLS (лаурилсульфат натрия) и SLES (лауретсульфат натрия), — это анионные ПАВы. Это мощные пенообразователи и очистители. Но они сильно сушат и раздражают кожу.
• Искусственные ароматизаторы, отдушки. Обычно в косметике их обозначают пространным «Perfume» или «Fragrance». Что входит в состав отдушки, производители не всегда указывают — то есть в составе самой отдушки могут быть десятки ингредиентов. Они могут вызывать аллергические реакции и раздражение. Оптимальный выбор — косметика без искусственных отдушек.
• Минеральные масла иногда используют в качестве основы для бальзамов для губ, лосьонов, кремов. Это парафин, вазелин и другие минеральные масла. Они могут нарушать водный баланс кожи. Также они комедогенны и закупоривают поры, вызывая угри.
• Пропиленгликоль — это технологическая добавка, которая придает средствам кремовую текстуру. Он может вызывать раздражение и сухость.
• Формальдегид — это консервант, который крайне не рекомендовано использовать в косметике. Он токсичен и может вызывать аллергические реакции. Некоторые страны вообще запретили его использовать в большинстве отраслей.
• Простые спирты. Спирты в косметике — универсальное средство. В составе их можно узнать по слову Alcohol . Они могут быть растворителями, консервантами, эмульгаторами и так далее. Жирных и некоторых ароматических спиртов не стоит бояться в составе. А вот простые должны насторожить. К ним относят метанол, этанол, изопропиловый и денатурированный спирты. Они сушат и раздражают кожу, нарушают естественный липидный барьер.

Какие вещества могут быть использованы в качестве катионных эмульгаторов

Эмульгаторы  играют важную роль в производстве пищевых продуктов. В эту группу пищевых добавок входят вещества, которые будучи добавленными к пищевому продукту, обеспечивают возможность образования и сохранения однородной дисперсии  двух или более несмешивающихся веществ. Хотя, основными свойствами эмульгаторов являются образование и поддержание в однородном состоянии смеси несмешивающихся фаз, такие как масло и вода, в других пищевых системах применение этих добавок может быть связано не только с эмульгированием, сколько с их взаимодействием с такими пищевыми ингредиентами, как белки, крахмал и др.

Пищевые эмульгаторы представляют собой поверхностно-активные вещества (ПАВ) – органические соединения, молекулы которых имеют дифильное строение, то есть содержат гидрофильные и гидрофобные атомные группы. Гидрофильные группы обеспечивают растворимость ПАВ в воде, гидрофобные (обычно углеводородные) при достаточно высокой молекулярной массе способствуют растворению ПАВ в неполярных средах. Действие эмульгаторов многосторонне. Они ответственны за взаимное распределение двух несмешивающихся фаз, за консистенцию пищевого продукта, его пластичные свойства, вязкость и ощущение наполненности во рту.
С поверхностной активностью молекул ПАВ связана также их способность стабилизировать системы с газовой дисперсной фазой в жидкой дисперсионной среде (пены). Эффективность стабилизации водных пен характерна для эмульгаторов, содержащих цепи предельных жирных кислот, в связи с чем их можно использовать в качестве пенообразователей, в то время как эмульгаторы, содержащие цепи непредельных жирных кислот, проявляют свойства пеногасителей. ПАВ применяются в качестве пенообразователей в технологиях различных инстант-продуктов и взбивных масс, а в качестве пеногасителей — в технологиях молочных продуктов и при промышленной переработке яиц.

Какие свойства должен иметь катионный эмульгатор для того, чтобы быть эффективным

Получение: натуральный растительный эмульгатор, полученный путем преобразования рапсового и пальмового масла. Вид продукта: катионный ПАВ Функция: эмульгатор и кондиционирующий агент, эмульгатор "масло-в-воде" Органолептические свойства: Внешний вид: небольшие гранулы Цвет: белый Запах: слегка аммиачный Основные компоненты: Цетеариловый спирт (> 50%) Behentrimonium methosulfate (20-30%) Условия хранения: в прохладном, сухом и темном месте Растворимость: легко растворяется в горячей масляной фазе Влияние на рН: снижение рН конечного продукта Температура плавления: 55-60°C BTMS - эмульгатор растительного происхождения, является самостоятельным эмульгирующим воском, очень эффективным и отличным кондиционирующим, очень мягким агентом. Используя его самостоятельно, можно очень легко получить эмульсии с оригинальными свойствами и использовать для продуктов для волос (шампуни, "сливки" после шампуня, маски для волос). Связывая капиллярные волокна, BTMS облегчает укладку и расчесывание, оставляя волосы очень мягкими и шелковистыми. Благодаря своему сродству с кератином волос, он уменьшает статический эффект, который наблюдается при расчесывании щеткой. Волосы меньше повреждаются, становятся блестящими и мягкими. Кремы и молочко для кожи, приготовленные с помощью BTMS, оставляют ощущение гладкости шелка и обладают долгосрочным увлажняющим эффектом.Этот экологичный кондиционер не оказывает раздражающего действия, потому что не содержит соединений аммония (как обычные промышленные кондиционеры).Испытания VITRO и IN VIVO, показали, что BTMS не раздражает кожу и глаза, при рекомендуемой дозировке.Шампунь или средство по уходу за волосами должны быть скорректированы по рН, адаптированы к слегка кислой среде волос. Это укрепляет чешуйки волос.Химически BTMS является катионным ПАВом, его положительный заряд несет ответственность за сродство с кератином и придает ему кондиционирующие свойства.Косметические свойства:- Позволяет получить очень легкие воздушные и шелковистые текстуры- В кондиционерах для волос снижает статические явления и облегчает расчесывание- Делает волосы мягкими, шелковистыми, легко расчесывающимися- Используется в средствах для тела и волос- Низкое раздражающее действие- Кондиционер кожи: воздействие на кожу - придает ощущение атласной кожи- Долгосрочный увлажняющий эффект- Снижает рН окончательного продуктаПоказания:типы волос* длинные волосы* спутанные волосы* хрупкие, сухие и поврежденные волосы* непослушные, кудрявые и вьющиеся волосы* окрашенные и мелированные волосы* секущиеся волосытипы кожи:* сухая* грубая, шероховатая, безжизненнаяИдеально подходит для:* "сатиновые" туши для ресниц* шампуни, кондиционеры* тонизирующие и укрепляющие маски для волос* несмываемые сыворотки для укладки волос* эмульсии, придающие коже мягкость и атласностьРекомендуемая дозировка: от 2 до 10%.Способы применения:Включать BTMS в масляную фазу в моноварианте или в комбинации с другими эмульгаторами или как соэмульгатор. Подогревать до 60°С, необходимых для расплавления.1. Шампуни и гели для душа: использовать как часть их структуры, т.е. в качестве эмульсии.Добавлять ПАВы после эмульгирования.Обратите внимание, что катионный ПАВ BTMS несовместим с сильными анионными ПАВ. Его можно использовать со слабыми анионными ПАВ. Также не сочетается с такими анионными ингредиентами как: ксантан, карбопол, гиалуроновая кислота.Остальная часть процедуры очень похожа на обычные эмульсии (см. ниже).2. Другие эмульсии(кондиционеры, кремы и скрабы): плавить BTMS в масляной фазе в сочетании или без другого эмульгатора, в результате чего смесь нагревается до 70°C на водяной бане при перемешивании. Нагреть водную фазу до той же температуры. Затем сэмульгировать.BTMS также может эмульгировать большое количество силиконов (до 50% в рецепте).Полезный совет: BTMS имеет тенденцию к снижению рН окончательного продукта, поэтому необходимо внимательно следить за рН во время приготовления.Меры предосторожности: может раздражать глаза, при контакте тщательно промыть чистой водой.

Как катионные эмульгаторы влияют на чувствительность кожи

Начать надо с понимания того, что такое ПАВы в косметике и зачем они нужны.

Если изготовитель хочет выпустить эмульсию, в которой соединяются масло и вода, ему нужен эмульгатор ─ без него эти ингредиенты не смешаются. Масляный слой будет отделен от водного, и это не просто неэстетично выглядит и нарушает распределение активных компонентов, но еще и наносит вред: между слоями воды и жира разводятся бактерии.

Тут на помощь и приходят ПАВы, самые сильные из всех известных эмульгаторов. Вот краткий список функций, которые они выполняют в составах ухаживающих продуктов:

• позволяют соединить водные и масляные ингредиенты в одно целое;
• наделяют великолепными очищающими свойствами;
• отвечают за пенообразование того или иного средства;
• помогают растворить в основе ценные добавки (витамины и другие).

То есть обойтись без них невозможно ─ поверхностно-активные вещества присутствуют в 90% косметических средств, включая зубную пасту, мицеллярную воду и люксовые кремы для лица.

Сложность в том, что при очищении ПАВ смывает все: не только уличную пыль, грязь, макияж с кожи, остатки укладочных средств с волос, излишки себума, но и естественную защитную пленку тканей. То есть влияет на липидный барьер, делая кожу уязвимой для раздражающих факторов.

Именно поэтому есть разница, какие ПАВы использовать. По общепринятым стандартам после их воздействия защитный слой должен восстанавливаться до 70% в течение 4 часов. А если продукт содержит агрессивныеповерхностно-активные вещества, кожа обезжиривается надолго, нарушается кислотно-щелочной баланс, она становится пересушенной, раздраженной, может появиться зуд и другие дискомфортные ощущения вплоть до аллергической реакции.

Узнать, безопасен ли ПАВ, можно только изучив их виды и разобравшись, какой из них лучше.

Какие технологии используются для производства катионных эмульгаторов

Битумные эмульсии применяемые в дорожно-строительной отрасли являются, как правило, эмульсиями прямого типа («масло в воде» — М/В), в которых битум (от 30 до 70 %) в виде мельчайших частиц равномерно распределен в воде. В эмульсиях обратного типа («вода в масле» — В/М), вода диспергирована в битуме (массовая доля которого составляет от 70 до 80 %).

Компонентный состав эмульгированного битума

Типовой состав битумной дорожной эмульсии включает 5 основных компонентов:

1. Битум
2. Вода
3. Эмульгатор
4. Стабилизатор
5. Кислота

1. Битум (массовая доля в эмульсии от 30 до 70 %). В большинстве случаев для приготовления эмульгированного битума применяется вязкий нефтяной дорожный битум различных марок (БНД 90/130, БНД 130/200 и др.). С целью повышения физико-механических свойств битумной эмульсии вместо обычного нефтяного битума может использоваться полимерно-битумное вяжущее (ПБВ), которое имеет более высокие эксплуатационные и физико-механические показатели по сравнению с обычным битумом.

2. Вода (массовая доля в эмульсии от 15 до 70 %).

3. Эмульгатор (массовая доля в эмульсии от 0,15 до 3 %). Эмульгаторы — вещества, обладающие способностью придавать битумной эмульсии стабильность (препятствовать ее распаду). В качестве эмульгаторов используются поверхностно-активные вещества (ПАВ) растворимые в обеих фазах эмульсии (воде и битуме) или в одной из них (только в воде или только в битуме). Чаще всего при изготовлении эмульгированного битума применяются именно водорастворимые эмульгаторы, к которым относятся так называемые анионактивные и катионактивные ПАВ . В зависимости от того, какой из этих двух типов ПАВ применялся при приготовлении битумной эмульсии, она будет называться анионной (ЭБА — эмульсия битумная анионная) или катионной (ЭБК — эмульсия битумная катионная). В более редких случаях вместо поверхностно-активных веществ могут применяться твердые высокодисперсные минеральные порошки (глины, окислы, карбонаты, сульфаты, цемент, сажа и др.).

4. Стабилизатор (массовая доля в эмульсии от 0,05 до 0,5 %). В качестве стабилизатора используется водный раствор хлорида кальция или другие растворимые соли (применяется только в катионных эмульсиях).

5. Кислота (массовая доля в эмульсии от 0,5 до 3 %). Этот компонент необходим для повышения стабильности эмульсии. В большинстве случаев применяется соляная кислота (реже уксусная или ортофосфорная).

В качестве дополнительных компонентов в состав битумной эмульсии могут включаться различные растворители, разжижители, полимеры, а также модифицирующие добавки.

Модифицированная битумная эмульсия — битумная эмульсия приготовленная на модифицированном битуме или в состав которой входят модифицирующие добавки (латекс, полиэтилен, эпоксидная смола, синтетический каучук, синтетическая смола и др.).
Модификация битумной эмульсии может осуществляться двумя путями:
1. Путем введения модифицирующей добавки в водную фазу эмульсии или непосредственно в эмульсию в процессе ее приготовления.
2. Путем эмульгирования модифицированного битума.

Какие проблемы могут возникнуть при использовании катионных эмульгаторов в косметике

Фото: unsplash.com

Согласно данным организации Zero Waste, мировая индустрия красоты ежегодно производит более 120 млрд упаковок. Единственный способ спастись от этих тонн картона, целлофана и пластика – перейти на их экологичные и перерабатываемые аналоги. Среди брендов уже давно считается неэтичным заворачивать один крем в несколько слоев пленки и целлюлозы – чем проще добраться до продукта, тем лучше. Инструкции размером с нью-йоркскую телефонную книгу тоже не в почете – всю информацию сейчас можно найти на официальных сайтах.

Большинство косметических продуктов по-прежнему упаковывается в пластик, который разлагается около 1000 лет, загрязняя почву и попадая в океаны. Производители пытаются бороться с этой проблемой, переходя на более экологичные материалы. Например, недавно бренд Hermes запустил свою линию помады. Ее футляры были изготовлены из того же металла, из которого делается фурнитура для сумок. Их можно использовать многократно, покупая только сменные блоки. Экологичную упаковку также используют Weleda, Aveda, Kiko Milano и другие. А парфюмерный дом Mugler запускал акцию «мы за рефилинг» и предлагал покупателям не приобретать новые флаконы духов, а перезаполнять старые.

Также в последнее время в Европе начали появляться супермаркеты, в которых можно на разлив приобрести шампунь, бальзам, жидкое мыло и гель для душа, не покупая при этом новую емкость. По данным специалистов, такой формат поможет сократить выброс пластика на 5 тысяч тонн в год.