Surfactantvrije cosmetische emulsies door krachtige ultrasoontechniek
- Door de toenemende vraag naar milieuvriendelijke cosmetica richt de cosmetische industrie zich op de formulering van emulsies zonder oppervlakteactieve stoffen.
- Pickering-emulsies zijn oppervlakte-actieve/emulgatorvrije w/o- of o/w-mengsels gestabiliseerd door deeltjes.
- Ultrasoon mengen en emulgeren is een uitstekende techniek om zeer stabiele oppervlakteactieve Pickering-emulsies te formuleren.
ultrasone emulsificatie
Krachtige ultrasone schuifkrachten maken het mogelijk om stabiele, oppervlakteactieve Pickering-emulsies te bereiden met behulp van micro- en nanopartikels als stabilisator. Sonificatie is een niet-thermisch emulgeerproces dat al op grote schaal wordt gebruikt voor het emulgeren van w/o-, o/w- en w/o/w-systemen om stabiele emulsies te produceren (bijv. voor vochtinbrengende crèmes, lotions, zonnebrandcrèmes, zalven enz.)
Klei en producten op basis van klei laten goede resultaten zien als stabilisatoren in Pickering-emulsies. De hoge schuifkrachten van ultrasone emulsie maken het mogelijk om zelfs reologiemodificatoren, die normaal gesproken moeilijk te dispergeren zijn, zoals klei en producten op basis van klei, te mengen in cosmetische formules. Het grote voordeel van klei is zijn dubbele functie: het stabiliseert de emulsie en fungeert tegelijkertijd als reologiemodificator in de formulering. Dit betekent dat sonicatie een uitstekende methode is om zelfs cosmetische emulsies te formuleren met afschuifverdunnende eigenschappen die ook thixotroop zijn en daardoor goede applicatiekenmerken bieden (bijv. gemakkelijk op de huid aan te brengen, vernevelbare producten etc.).
Emulsie van ricinusolie in water
Ultrasone formulering van een castorolie-in-water emulsie
Een Pickering olie-in-water emulsie kan op de volgende manier worden bereid:
De continue fase bestaat uit water – laponite® dispersie bestaat de interne/gedispergeerde fase uit ricinusolie.
- The continuous phase is prepared by dispersing 2wt% laponite® powder in 0.1M NaCl (in ultra-pure water), dispersing by using Hielscher’s ultrasonic homogenizer UP200St of UP200Ht (200W, 26kHz) gedurende enkele minuten.
- Voor de o/w-emulsie wordt de olie geleidelijk met een pipet toegevoegd aan de waterige fase, terwijl het mengsel wordt gesoneerd. Na ongeveer 2 minuten sonicatie wordt een homogene en stabiele emulsie gevormd. Tijdens de emulgeerprocedure wordt het monster in een ijsbad gekoeld om verhitting van het monster te voorkomen.
UIP1000hdT met glazen flowreactor voor de productie van huidverzorgingsproducten zoals crèmes, lotions en balsems
Voor de bereiding van grotere volumes levert Hielscher voor alle lab en industriële ultrasone apparaten speciale stromingscellen, die het mogelijk maken om zowel het poeder als de oliedruppels te dispergeren/op te lossen in een emulsie op nanoschaal.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 0.5 tot 1.5mL | n.v.t. | VialTweeter |
| 1 tot 500 ml | 10 tot 200 ml/min | UP100H |
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000 |
| n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000 |
| n.v.t. | groter | cluster van UIP16000 |
Lees meer over de ultrasone bereiding van Pickering-emulsies!
Literatuur? Referenties
- 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.
Wetenswaardigheden
Waarom Surfactantvrije Emulsies?
De meeste huidverzorgingsproducten zijn een mengsel van twee of meer stoffen die niet mengbaar zijn met elkaar. Dit betekent dat ze volgens de tweede wet van de thermodynamica inherent instabiel zijn. Om een stabiel mengsel te vormen van deze niet-mengbare materialen, is het gebruik van stabilisatoren nodig om een emulsie met een geschikte houdbaarheid te bereiden. Ionische of niet-ionische oppervlakte-actieve stoffen worden vaak gebruikt als emulgatoren. Voor huidverzorgingsproducten veroorzaakt het gebruik van amfifiele oppervlakteactieve stoffen met een laag moleculair gewicht vaak intoleranties voor cosmetische producten met een gevoelige huid. Bovendien vraagt een groeiend aantal consumenten om natuurlijke, schone cosmeticaproducten. Dergelijke producten beperken zich voornamelijk tot de actieve ingrediënten die de huid verzorgen en zijn meestal vrij van additieven (bijv. emulgatoren, geurstoffen enz.).
Oppervlakteactieve stofvrije? emulgatorvrije emulsies zijn een wenselijk alternatief voor conventionele cosmetische formules. Pickering-emulsies zijn gebaseerd op het gebruik van biopolymere emulgatoren of vaste deeltjes als stabilisatoren om stabiele cosmetische producten met aangename producteigenschappen te creëren. Ultrasone emulsificatie is een uitstekend hulpmiddel om stabiele nano- en mini-emulsies en Pickering-emulsies te bereiden. Verder wordt sonificatie toegepast voor diverse andere toepassingen tijdens de productie van cosmetische producten, zoals het dispergeren van pigmenten, oplossen van poeders of extractie van actieve ingrediënten.
Over emulsies in cosmetische producten
Een emulsie is een tweefasensysteem. De belangrijkste componenten zijn een oliefase en een waterige fase.
De waterige fase is water plus een combinatie van materialen die polair zijn en ten minste tot op zekere hoogte oplossen in water.
De oliefase bestaat uit een of meer olieachtige materialen of andere ingrediënten die niet polair zijn en ten minste enige oplosbaarheid in olieachtige materialen vertonen.
Olie-in-water (o/w): oliedruppels gedispergeerd in water; de olie wordt de interne of gedispergeerde fase genoemd en het water de externe of continue fase.
Water-in-olie-emulsie (w/o): waterdruppels zijn gedispergeerd in olie; het water is de interne of gedispergeerde fase en de olie de externe of continue fase.
w/o/w of o/w/o zijn zogenaamde complexe of meervoudige emulsies.
Laponiet®
Laponite® is een synthetische smectische klei die een heldere, thixotrope gel vormt bij dispersie in water. De pH-waarde van een 2% Laponite® suspensie is ongeveer 9,8. Bij een concentratie van 2% wordt een gel gevormd.
Laponite® is een geregistreerd handelsmerk van BYK Additives Ltd.