Como controlar a estabilidade das formulações cosméticas

A emulsão é um sistema termodinamicamente instável, e sua vida útil é limitada. Indica que a estabilidade da emulsão é uma questão importante para os formuladores cosméticos. Cosméticos comerciais devem ter uma vida útil de 2 a 3 anos. O prazo de validade de uma emulsão pode ser definido como o tempo necessário para que a emulsão se deteriore a um nível inaceitável para os consumidores. Leva um longo período de tempo para que os cosméticos comerciais sejam distribuídos e armazenados aos consumidores. Geralmente, a vida útil dos cosméticos é de 2 a 3 anos. Alguns países exigem emulsões de balcão (OTC) contendo agentes protetores solares para ter uma estabilidade de mais de 5 anos. Uma vez que a medição de prazo de validade em tempo real é demorada, geralmente as empresas de cosméticos raramente realizam pesquisas de prazo de validade em tempo real, por isso é importante projetar testes que prevejam com precisão a vida útil das emulsões. Embora existam muitos desses programas no momento, ainda há uma certa distância da realidade, indicando que a estabilidade da emulsão não é uma questão simples.

(1) O mecanismo de instabilidade de emulsão

Quando a emulsão é envelhecida, ela sofre alterações físicas para tornar a emulsão instável. Incluindo os efeitos da estratificação da gravidade, floculação e desproporção.

O possível resultado da separação da gravidade é a floculação. A floculação é um fenômeno de sedimentação ou estratificação. Durante a floculação, ainda está emulsionada, mas a rica camada de fase dispersa está concentrada na camada superior (na emulsão de O/W), ou na camada inferior (na emulsão de O/W). Emulsão de W/O). As mudanças causadas por esses dois tipos de gravidade são reversíveis, e o tremor pode re dispersar os materiais agregados. Essas condições obedecem à lei de Stokes, ou seja, a velocidade de separação é proporcional à diferença de densidade entre a fase do óleo e a fase hídrica, e a viscosidade da fase contínua é proporcional ao tamanho das partículas da fase dispersa. Portanto, aumentar a viscosidade da fase contínua, ou reduzir o tamanho das partículas usando moinhos coloides ou homogeneização pode aumentar a estabilidade da emulsão.

Quando as gotículas de fase dispersa são reunidas e combinadas para formar gotículas maiores, ocorre a coalescência. Eventualmente, a separação de fases ocorrerá. Se a quantidade de emulsificador não for suficiente para manter as gotículas pequenas, mas o suficiente para evitar a floculação, ou se unir ainda mais em uma emulsão com distribuição de partículas maior, esta situação é chamada de coalescência limitada.

O efeito de desproporção é causado pela pressão interna da gotícula ser maior do que a pressão externa da gotícula. Essa força motriz fará com que os componentes químicos se difundam de pequenas gotículas para gotículas maiores, ou possivelmente para a fase contínua. Uma vez que diferentes componentes do sistema surfactante podem difundir de pequenas gotículas a gotículas grandes a taxas diferentes, como resultado, pequenas gotículas se tornam menores e gotículas grandes se tornam maiores.

(2) Teste de estabilidade da emulsão

Muitos métodos experimentais que predizem a estabilidade da emulsão têm sido relatados na literatura. Inclui principalmente teste acelerado, teste em tempo real e medição reológica.

1. Teste acelerado

O teste acelerado é um método baseado na aplicação da carga no sistema, como o aumento da temperatura ou a ação centrífuga. O perigo inerente de qualquer teste acelerado é submeter a emulsão a condições muito além do que é realmente experimentado. Portanto, os resultados dos testes acelerados devem ser utilizados com cuidado, e as conclusões devem ser comparadas e confirmadas pelos resultados em condições normais de armazenamento.

O teste acelerado baseado em temperatura usa temperaturas constantes de alta temperatura,

(Por exemplo, 40°C ou 48°C) ou ciclo de congelamento (-15~5°C a temperatura ambiente). A base teórica para o uso de testes acelerados de alta temperatura é a equação de Arrhenius descrevendo a relação entre a taxa de reação química constante e a temperatura, ou seja, se a temperatura aumenta em 10°C, a velocidade da maioria das reações químicas dobra. Portanto, 3 anos a 20°C devem ser equivalentes a 4,5 meses a 50°C. No entanto, à medida que a temperatura aumenta, a viscosidade da emulsão diminui e o equilíbrio da solubilidade surfactante muda. Outras alterações também podem ocorrer, como a hidratação de sólidos coloidais e polímeros, a particionamento de moléculas entre as duas fases, e o derretimento de ceras ou outras substâncias. Alguns dos principais fatores que tornam as emulsões estáveis desaparecerão repentinamente a altas temperaturas, resultando em emulsões se tornando instáveis.

Testes acelerados às vezes produzem algumas informações enganosas. Algumas emulsões que também são separadas a altas temperaturas podem ter vida útil diferente à temperatura ambiente. Os emulsificantes noniônicos dependem da hidratação de seus grupos de polioximetileno para estabilizar emulsões, e sua seleção é baseada nas características da interface à temperatura ambiente. Em altas temperaturas, a hidratação dos emulsificantes torna-se menor, e seus valores HLB são completamente diferentes. Podem ser consideradas como moléculas de diferentes propriedades. Em alguns casos, a emulsão é mais estável a altas temperaturas do que a baixa temperatura. Neste caso, se a conclusão for feita apenas com base no teste acelerado de alta temperatura, não é apenas incorreta, mas também enganosa.

O ciclo de congelamento também aumenta a carga da emulsão, e há alguns problemas inerentes. A temperaturas congelantes, a formação de cristais de gelo em emulsões de O/W pode alongar e achatar partículas de óleo. Além disso, a parte lipofílica do emulsificante perde sua fluidez, e a parte hidrofílica espontaneamente "desidrata" devido ao congelamento e precipitação da água. Se a emulsão "curar" antes da coalescência ocorrer, a emulsão resistirá ao teste. Se a taxa de re dissolveção dos componentes for lenta, a emulsão é instável, diferente do processo que ocorre à temperatura ambiente.

A ação centrífuga é outro método que usa a gravidade acelerada para aplicar uma carga à emulsão. O raio é de 10cm, e a velocidade de 3750r/min por 5h é equivalente a 1 ano para a gravidade. Portanto, esse método pode ser aplicado a processos onde a velocidade é decisiva para a floculação e estratificação. Algumas pessoas usam o método de ultracentrifugação para determinar quantitativamente a estabilidade da emulsão. O tempo necessário é menor do que o do método tradicional, mas é necessário mais trabalho para estudar a correlação entre os resultados e os testes em tempo real, e usar a correlação para prever a estabilidade da emulsão. A velocidade da ultracentrifugação é de até 25000r/min. Em condições de alta velocidade, há uma diferença entre a estabilidade da emulsão e a estabilidade em condições normais; sob essa centrifugação de alta velocidade, apenas a coalescência é o estágio decisivo da velocidade, então gotículas ou partículas se acumulam rapidamente, fazendo com que o meio de água se separe rapidamente. Em condições normais de armazenamento, ocorrem floculação reversível e floculação irreversível, ambas podendo ser a fase decisiva da velocidade do processo. Além disso, aplicar uma força tão forte causará o vazamento do filme líquido do líquido de fase aquosa entre as gotículas e causará a destruição do filme emulsificante.

Somente estudando melhor a correlação entre os resultados do teste acelerado e os resultados em condições gerais de armazenamento, o teste acelerado pode ser usado corretamente para prever a estabilidade da emulsão.