Cosmetische emulsies zonder oppervlakteactieve stoffen met krachtige ultrasone technologie
- Door de toenemende vraag naar milieuvriendelijke cosmetica richt de cosmetica-industrie zich op het formuleren van emulsies zonder oppervlakteactieve stoffen.
- Pickering-emulsies zijn w/o- of o/w-mengsels zonder oppervlakteactieve stoffen of emulgatoren, die door deeltjes worden gestabiliseerd.
- Ultrasoon mengen en emulgeren is een uitstekende techniek om zeer stabiele Pickering-emulsies zonder oppervlakteactieve stoffen te formuleren.
Ultrasoon emulgeren
Krachtige ultrasone afschuifkrachten maken het mogelijk om stabiele Pickering-emulsies zonder oppervlakteactieve stoffen te bereiden met micro- en nanodeeltjes als stabilisator. Sonicatie is een niet-thermisch emulgeerproces dat al op grote schaal wordt gebruikt om w/o-, o/w- en w/o/w-systemen te emulgeren en zo stabiele emulsies te produceren (bijv. voor vochtinbrengende producten, crèmes, lotions, zonnebrandmiddelen, zalven enz.).
Kleisoorten en producten op basis van klei leveren goede resultaten als stabilisatoren in Pickering-emulsies. De hoge afschuifkrachten bij ultrasoon emulgeren maken het mogelijk om zelfs reologiemodificatoren die normaal gesproken moeilijk te dispergeren zijn, zoals kleisoorten en producten op basis van klei, in cosmetische formuleringen te mengen. Het grote voordeel van kleisoorten is hun dubbele functie: ze stabiliseren de emulsie en werken tegelijkertijd als reologiemodificatoren in de formulering. Dit betekent dat sonicatie een uitstekende methode is om zelfs cosmetische emulsies te formuleren die bij afschuiving dunner worden en ook thixotroop zijn, waardoor ze goede toepassingseigenschappen bieden (bijv. gemakkelijk aan te brengen op de huid, verspuitbare producten enz.).
Ricinusolie-in-wateremulsie
Ultrasone formulering van een ricinusolie-in-wateremulsie
Een Pickering-olie-in-wateremulsie kan als volgt worden bereid:
De continue fase bestaat uit een dispersie van laponite® in water; de interne/gedispergeerde fase bestaat uit ricinusolie.
- De continue fase wordt bereid door 2wt% laponite®-poeder te dispergeren in 0,1M NaCl (in ultrapuur water) met de ultrasone homogenisator van Hielscher UP200St of UP200Ht (200W, 26kHz), gedurende enkele minuten.
- Voor de o/w-emulsie wordt de olie geleidelijk met een pipet aan de waterige fase toegevoegd, terwijl het mengsel wordt gesoniceerd. Na circa 2 minuten sonicatie ontstaat een homogene en stabiele emulsie. Tijdens het emulgeerproces wordt het monster in een ijsbad gekoeld om opwarming van het monster te voorkomen.
UIP1000hdT met glazen doorstroomreactor voor de productie van huidverzorgingsproducten zoals crèmes, lotions en balsems
Voor de bereiding van grotere volumes levert Hielscher voor alle laboratoriumsonicatoren en industriële sonicatoren speciale doorstroomcellen waarmee zowel het poeder als de oliedruppels kunnen worden gedispergeerd/opgelost tot een emulsie op nanoschaal.
De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 0,5 tot 1,5mL | n.v.t. | VialTweeter |
| 1 tot 500mL | 10 tot 200mL/min | UP100H |
| 10 tot 2000mL | 20 tot 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 tot 20L | 0,2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100L | 2 tot 10L/min | UIP4000 |
| n.v.t. | 10 tot 100L/min | UIP16000 |
| n.v.t. | hoger | 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 emulsies zonder oppervlakteactieve stoffen?
De meeste huidverzorgingsproducten bestaan uit een mengsel van twee of meer stoffen die niet met elkaar mengbaar zijn. Dit betekent dat ze volgens de tweede hoofdwet van de thermodynamica inherent instabiel zijn. Om een stabiel mengsel van deze niet-mengbare materialen te vormen, zijn stabilisatoren nodig om een emulsie met een passende houdbaarheid te bereiden. Ionische of niet-ionische oppervlakteactieve stoffen worden doorgaans als emulgatoren gebruikt. Bij huidverzorgingsproducten leidt het gebruik van amfifiele oppervlakteactieve stoffen met een laag molecuulgewicht bij een gevoelige huid vaak tot intolerantie voor cosmetische producten. Bovendien vraagt een groeiend aantal consumenten om natuurlijke, zuivere cosmetische producten. Dergelijke producten zijn meestal beperkt tot de actieve ingrediënten die de huid verzorgen en bevatten doorgaans geen toevoegingen (bijv. emulgatoren, geurstoffen enz.).
Emulsies zonder oppervlakteactieve stoffen / emulgatoren zijn een wenselijk alternatief voor conventionele cosmetische formuleringen. Pickering-emulsies zijn gebaseerd op het gebruik van biopolymere emulgatoren of vaste deeltjes als stabilisatoren om stabiele cosmetische producten met aangename producteigenschappen te creëren. Ultrasoon emulgeren is een uitstekend hulpmiddel om stabiele nano- en mini-emulsies en Pickering-emulsies te bereiden. Daarnaast wordt sonicatie tijdens de productie van cosmetische producten voor diverse andere toepassingen gebruikt, zoals het dispergeren van pigmenten, het oplossen van poeders of het extraheren van actieve ingrediënten.
Over emulsies in cosmetische producten
Een emulsie is een tweefasensysteem. De belangrijkste bestanddelen zijn een oliefase en een waterige fase.
De waterige fase bestaat uit water plus een willekeurige combinatie van materialen die polair zijn en ten minste enigszins in water oplossen.
De oliefase omvat een of meer olieachtige materialen of andere ingrediënten die apolair zijn en ten minste enigszins oplosbaar zijn in olieachtige materialen.
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 zogeheten complexe of meervoudige emulsies.
Laponite®
Laponite® is een synthetische smectische klei die bij dispersie in water een heldere, thixotrope gel vormt. De pH-waarde van een 2% Laponite®-suspensie ligt rond 9,8. Bij een concentratie van 2% wordt een gel gevormd.
Laponite® is een geregistreerd handelsmerk van BYK Additives Ltd.