Tensidfreie kosmetische Emulsionen durch Leistungsultraschall
- Aufgrund der steigenden Nachfrage nach umweltfreundlicher Kosmetik konzentriert sich die Kosmetikindustrie auf die Formulierung tensidfreier Emulsionen.
- Pickering-Emulsionen sind tensid- und emulgatorfreie w/o- oder o/w-Gemische, die durch Partikel stabilisiert werden.
- Das Mischen und Emulgieren mit Ultraschall eignet sich hervorragend zur Formulierung hochstabiler, tensidfreier Pickering-Emulsionen.
Emulgieren mit Ultraschall
Starke ultraschallerzeugte Scherkräfte ermöglichen die Herstellung stabiler, tensidfreier Pickering-Emulsionen mit Mikro- und Nanopartikeln als Stabilisatoren. Die Beschallung ist ein nichtthermisches Emulgierverfahren, das bereits vielfach zum Emulgieren von w/o-, o/w- und w/o/w-Systemen eingesetzt wird, um stabile Emulsionen herzustellen (z.B. für Feuchtigkeitspflegeprodukte, Cremes, Lotionen, Sonnenschutzmittel, Salben usw.).
Tone und tonbasierte Produkte zeigen gute Ergebnisse als Stabilisatoren in Pickering-Emulsionen. Die hohen Scherkräfte beim Emulgieren mit Ultraschall ermöglichen es, selbst normalerweise schwer dispergierbare Rheologiemodifikatoren wie Tone und tonbasierte Produkte in kosmetische Formulierungen einzumischen. Der große Vorteil von Tonen ist ihre Doppelfunktion: Sie stabilisieren die Emulsion und wirken gleichzeitig als Rheologiemodifikatoren in der Formulierung. Damit eignet sich die Beschallung hervorragend auch zur Formulierung kosmetischer Emulsionen mit strukturviskosen Eigenschaften, die zugleich thixotrop sind und dadurch gute Anwendungseigenschaften bieten (z.B. leichtes Auftragen auf die Haut, sprühfähige Produkte usw.).
Rizinusöl-in-Wasser-Emulsion
Formulierung einer Rizinusöl-in-Wasser-Emulsion mit Ultraschall
Eine Pickering-Öl-in-Wasser-Emulsion lässt sich wie folgt herstellen:
Die kontinuierliche Phase besteht aus einer Wasser-Laponite®-Dispersion, die innere bzw. disperse Phase aus Rizinusöl.
- Zur Herstellung der kontinuierlichen Phase werden 2wt% Laponite®-Pulver in 0,1M NaCl (in Reinstwasser) mit dem Ultraschallhomogenisator von Hielscher UP200St oder UP200Ht (200W, 26kHz) einige Minuten lang dispergiert.
- Für die o/w-Emulsion wird das Öl mit einer Pipette nach und nach zur wässrigen Phase gegeben, während das Gemisch beschallt wird. Nach etwa 2 Minuten Beschallung bildet sich eine homogene und stabile Emulsion. Während des Emulgiervorgangs wird die Probe in einem Eisbad gekühlt, um eine Erwärmung der Probe zu verhindern.
UIP1000hdT mit Glas-Durchflussreaktor zur Herstellung von Hautpflegeprodukten wie Cremes, Lotionen und Balsamen
Zur Herstellung größerer Volumina bietet Hielscher für alle Labor- und Industrie-Ultraschallgeräte spezielle Durchflusszellen an, mit denen sowohl das Pulver als auch die Öltröpfchen zu einer nanoskaligen Emulsion dispergiert bzw. gelöst werden können.
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Anhaltspunkt für die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte:
| Chargenvolumen | Volumenstrom | Empfohlene Geräte |
|---|---|---|
| 0,5 bis 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 bis 500mL | 10 bis 200mL/min | UP100H |
| 10 bis 2000mL | 20 bis 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 bis 20L | 0,2 bis 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 bis 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | höher | Verbund aus UIP16000 |
Erfahren Sie mehr über die Herstellung von Pickering-Emulsionen mit Ultraschall!
Literatur / Quellen
- Sargolzaei, J.; Mosavian, M.T.H.; Hassani, A. (2011): Modeling and Simulation of High Power Ultrasonic Process in Preparation of Stable Oil-in-Water Emulsion. Journal of Software Engineering and Applications 4, 2011. 259-267
- Tabibiazar, M.; Davaran, S.; Hashemi, M.; Homayonirad, A.; Rasoulzadeh, F.; Hamishehkar, H.; Mohammadifar, M.A: (2015): Design and fabrication of a food-grade albumin-stabilized nanoemulsion. Food Hydrocolloids 44, 2015. 220-228.
Wissenswertes
Warum tensidfreie Emulsionen?
Die meisten Hautpflegeprodukte bestehen aus einem Gemisch von zwei oder mehr Stoffen, die nicht miteinander mischbar sind. Das bedeutet, dass sie gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik von Natur aus instabil sind. Um aus diesen nicht mischbaren Materialien ein stabiles Gemisch zu bilden, müssen Stabilisatoren eingesetzt werden, damit eine Emulsion mit angemessener Haltbarkeit entsteht. Als Emulgatoren werden üblicherweise ionische oder nichtionische Tenside verwendet. Bei Hautpflegeprodukten führt der Einsatz niedermolekularer, amphiphiler Tenside bei empfindlicher Haut häufig zu Unverträglichkeiten gegenüber kosmetischen Produkten. Darüber hinaus wünschen sich immer mehr Verbraucher natürliche, zusatzstoffarme Kosmetikprodukte. Solche Produkte sind meist auf die hautpflegenden Wirkstoffe reduziert und weitgehend frei von Zusatzstoffen (z.B. Emulgatoren, Duftstoffen usw.).
Tensidfreie bzw. emulgatorfreie Emulsionen sind eine wünschenswerte Alternative zu herkömmlichen kosmetischen Formulierungen. Pickering-Emulsionen beruhen auf dem Einsatz biopolymerer Emulgatoren oder fester Partikel als Stabilisatoren, um stabile kosmetische Produkte mit angenehmen Produkteigenschaften herzustellen. Das Emulgieren mit Ultraschall eignet sich hervorragend zur Herstellung stabiler Nano- und Miniemulsionen sowie von Pickering-Emulsionen. Darüber hinaus wird die Beschallung bei der Herstellung kosmetischer Produkte für verschiedene weitere Anwendungen eingesetzt, etwa zum Dispergieren von Pigmenten, zum Lösen von Pulvern oder zur Extraktion von Wirkstoffen.
Über Emulsionen in kosmetischen Produkten
Eine Emulsion ist ein Zweiphasensystem. Die Hauptbestandteile sind eine Ölphase und eine wässrige Phase.
Die wässrige Phase besteht aus Wasser und einer beliebigen Kombination polarer Stoffe, die sich zumindest teilweise in Wasser lösen.
Die Ölphase umfasst einen oder mehrere ölige Stoffe oder andere Inhaltsstoffe, die unpolar und zumindest teilweise in öligen Stoffen löslich sind.
Öl-in-Wasser (o/w): Öltröpfchen sind in Wasser dispergiert; das Öl wird als innere oder disperse Phase und das Wasser als äußere oder kontinuierliche Phase bezeichnet.
Wasser-in-Öl-Emulsion (w/o): Wassertröpfchen sind in Öl dispergiert; das Wasser ist die innere oder disperse Phase und das Öl die äußere oder kontinuierliche Phase.
w/o/w oder o/w/o sind sogenannte komplexe oder multiple Emulsionen.
Laponite®
Laponite® ist ein synthetischer smektischer Ton, der beim Dispergieren in Wasser ein klares, thixotropes Gel bildet. Der pH-Wert einer 2%igen Laponite®-Suspension liegt bei etwa 9,8. Bei einer Konzentration von 2% bildet sich ein Gel.
Laponite® ist eine eingetragene Marke von BYK Additives Ltd.