油包水型乳化体如何重获化妆品配方设计师和消费者的青睐?

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  简介:
  
  乳化体是化妆品中使用最为广泛的载体,因为它几乎可以传递所有类型的活性成分:无论亲水型的还是亲油型的,并且能够为产品的质地提供很大的选择空间。乳化体类型本身——油包水型(W/O型)或水包油型(O/W型),也会影响乳化体功效的发挥。例如,很久以前人们就已经发现,油包水型的乳化体对于干性皮肤来说是一种非常适合的载体,因为它们可以在皮肤表面形成一层脂质膜,从而有效降低皮肤的经皮失水率;另一个优点是:相比水包油型乳化体,油包水型乳化体不易被水冲刷掉,从而提供了更好的防水和防汗效果。
  然而,尽管油包水型乳化体拥有巨大的潜在用途,但其在市场上的使用却受到了限制,原因主要有两个:首先,相比水包油型乳化体,油包水型乳化体更难以稳定,不便制造;其次,消费者不太喜欢它的肤感,在皮肤上不易涂抹,而且用后感觉太油腻。这两个原因就导致了油包水型乳化体在化妆品配方师和消费者那里难以获得青睐。
  本文的目的在于展示一种新型的液态油包水型表面活性剂,这种表面活性剂克服了上述缺点。特别是,我们将展示这种新型的液态油包水型表面活性剂的效率,这种表面活性剂不需要复合乳化剂或者大量的蜡就可以使乳化体系得以稳定。同时,我们还将公开一种易于操作的冷配油包水乳化技术,该技术在乳化加工阶段只需要消耗较低的能量。
  本文另一个目的是要证明这种乳化剂能够大大改善油包水型乳化体的使用感觉,给消费者以清新和轻盈的肤感,重新引起消费者对油包水型乳化体的兴趣。
  
  研究和讨论:
  
  该研究第一部分的目的是检测一种新型液态油包水型表面活性剂对经典的油包水型乳化体的稳定效率,同时检测其改善消费者使用肤感的效果。
  该研究所面临的主要技术挑战是如何将熟知的水包油型烷基糖苷乳化剂的柔和感引入油包水型乳化体。这种新的乳化体系实际上是脂肪醇,烷基糖苷和高分子表面活性剂的组合(表1-代码N.E)。
  通过三个简单的油包水型乳化体基质(见表2)对最新的油包水型乳化剂系列(见表1)的乳化力进行筛选,这三个简单的油包水型乳化体基质包括两个无蜡配方和一个含蜡配方,使用一般的热加工工艺制备而成。多年以来,人们对现代乳化体质地的要求实际上导致了油包水型乳化体一般构成的变化,即使用越来越少的蜡和越来越多的水,以达到轻薄细腻的质地。然而矛盾的是,为了维持乳化体系良好的稳定性,则在高油相比例时添加蜡。
  


  
  制造过程:
  
  加热有助于促进连续为油相的乳化体的生产,首先是因为加热减少了水相分子间的粘附力,第二是因为加热促使表面活性剂的亲水亲油平衡值(HLB)发生了改变,变得更为亲脂。但是由于水相中分子间的引力相对较大,乳化过程中还是需要提供大量的能量,以将水相切割为细小的液滴。依据传统的工艺,油相和水相均被加热到80℃,然后水相直接一次性加入到油相中进行乳化(直接法)。混合液在转子速度为8000转/分的均质乳化器(SilversonTM均质乳化器)中被高速剪切乳化4分钟,然后在(搅拌器)适度的搅拌下冷却。
  表3中的结果显示了新型油包水乳化基质(N.E)高效的乳化力,与其他测试的基准液体乳化剂相比,N.E的乳化力大致与基准乳化剂B3的乳化力相当。新型的液体油包水型乳化基质N.E在不需要复合乳化剂或者大量蜡的情况下就可以使乳化体系得以稳定。而且,从液态或质地稀薄易于涂抹的乳化体到含蜡或不含蜡的膏霜,N.E都能发挥作用,主要取决于油相的性质。相反,B3主要应用于含有蜡的膏霜,而B1主要应用于液体乳化体的制备,对乳化体的组成没有限制。除与石蜡油制备的乳化体之外,采用新型油包水型乳化基质N.E制备的乳化体的微观结构,比用B1乳化剂制备的乳化体的微观结构都要更为细腻。(如表4所示)
  


  这种新的油包水型乳化剂为液态,因此其在低温时也能够发挥作用,生成稳定的乳化体。下面通过一个例子来加以证明:采用优化的乳化工艺,通过N.E进行乳化形成一个简单的基质(表5),同时与B3和B1(以前所筛选到的性能最佳的基准乳化剂)所形成的乳化体进行比较,以证明其优异的性能;各乳化体所比较的特性如表6中所示。
  
  制造步骤(乳化体200克):
  
  低温条件下,建议逐步缓慢地添加水相,以形成更为稳定的油包水型乳化体。依据一般的工艺,水相在一分钟内加入到油相中,加入的过程中混合液在转子速度为4000转/分的均质乳化器(SilversonTM均质乳化器)中被高速剪切乳化,水相加入完成后在8000转/分的速度下乳化4分钟以上,乳化完成后用搅拌器以200转/分的速度搅拌10分钟。(对于B3来说,由于其形态为膏状,所以必须在油相中将其加热到40℃融化后,才能制造乳化体)。
  


  由10位专家组成感官分析小组,分别在前臂内侧使用这三种乳化体,以对其进行感官评价。在评价进行之前的专家培训阶段,采用两个参考乳化体(一个使用烷基糖苷乳化的水包油型乳化体——1号样品和一个使用传统的基准乳化剂乳化的油包水型乳化体——2号样品)对专家进行培训。图6a和图6b的结果表明:包含这种新型液体油包水型乳化剂N.E的乳化体在肌肤上易于涂抹,具有柔软的质地(由其中所含的烷基糖苷所赋予)和细滑的肤感,用后感觉不油腻。
  该研究的第一部分表明,在经典的油包水型产品和操作的简便性方面,该新型液体油包水型乳化剂N.E,由于其液体的形态,良好的稳定效果和优异的肤感而成为一个很好的折衷选择。预期中烷基糖苷结构所赋予乳化体典型的柔软效果,深受感官评价专家的赞赏。除此之外,该新型乳化剂赋予乳化体不油腻不粘厚的使用肤感,比以往任何一款油包水型乳化体都更为接近水包油型乳化体。
  这种新型油包水型乳化剂的优点之一是具有良好的稳定性,这主要是得益于连续的油相与矿物成分具有良好的兼容性,可以帮助轻基配方乳化体或保护性防晒乳化体实现长期持久稳定。
  在第二部分,研究发现,相比于传统的油包水型乳化体,这种新型液体油包水型乳化剂N.E即使在水相含量非常高(80%到95%)的乳化体中也能够发挥作用,通过一种简便的低温乳化过程,只需要消耗较少的能量就可以实现。将少量的亲脂性物质添加到大量的亲水胶体中,然后轻轻搅动进行乳化,进行连续油相乳化体生产,我们称这种新型的乳化体为“凝胶锁”。
  


  亲脂相中表面活性剂系统的性能,以及聚合物凝胶亲水相的流变学特性在最初的几分钟共同导致了相转化,也就是凝胶相快速的内在化。内在化凝胶的粘度足以使内相位液滴分散良好,因此无需生产油包水型乳化体惯常所需的高速剪切搅拌。
  结果表明,大部分的受测试油相所形成的“凝胶锁”乳化体都显示非常轻薄的外观与微观结构。此外,还获得了表面活性剂和最佳的聚合物的最适组合, 其中聚合物即使在没有稳定蜡的条件下也可以赋予乳化体完美的稳定性。
  得益于连续油相的结构和高饱和度的水相胶体,“凝胶锁技术”使得乳化体的感官评价发生了显著的变化。这是一种非常令人惊喜的质地,在使用的过程中使人倍感清新,同时其质地均匀柔和丝绵的肤感,给人一种不油腻的柔和感觉。这种特殊的肤感是一种以油相为连续介质的乳化体所意想不到的,这也将成为油包水型乳化体重获消费者青睐的一个关键点。
  “凝胶锁”配方的成功取决于三个主要因素:加工工艺本身,凝胶的特性,当然还有乳化系统的性能。
  首先,凝胶反转步骤的成功取决于凝胶自身的特性:粘度和流变学特性。
  


  聚合物在不同阶段都发挥了关键作用:
  一添加亲油相之后,进行搅拌时凝胶状的水相开始破碎。凝胶的粘度阻止了水相液滴立即聚结,让亲油性表面活性剂可以有充足的时间迁移到界面。显然,如果聚合物是强抗流动性的或者是触变性的,即使在温和的搅拌,其粘度特性也会受到强烈的影响,那样的话该聚合物在凝胶反转乳化过程中就不合适了。使用合成离子聚合物进行凝胶反转乳化,可使乳化体在制备的可行性和稳定性方面表现更为优秀。同时,液态聚合物的使用也减少了乳化过程中的能量消耗。
  -在任何乳化过程中,内相液滴能否分散成良好的小液滴取决于所使用的剪切应力和外部介质的粘度(粘性应力)。在凝胶反转乳化过程中,凝胶的粘度有利于内相液滴分散成良好的小液滴。
  -最后,当通过凝胶反转乳化过程获得油包凝胶乳化体时,聚合物由于其离子特性在内相中与表面活性剂的极性疏水端相连,从而加强了界面膜的凝聚力(盐效应),在传统上,制造商添加氯化钠或硫酸镁以产生盐效应,用于制备油包水型乳化体,也是基于相同的原理。
  


  对于每一个油相成分,可以确定一个临界粘度,超过此临界粘度时,相反转乳化过程才能成功。对50个“凝胶锁”配方(配方成分见表8)进行了统计学研究,配方中使用了两类合适的液体凝胶聚合物。结果表明:当水凝胶的粘度高于20 000mPa.s时(图9)反转乳化可以获得很高的成功率。
  
  制造过程:
  
  所有配方的制备都是在实验室规模上进行的,使用一个搅拌器,乳化体制备量为200克。将油相A直接添加到水凝胶相B中,然后以300转/分左右的速度温和搅拌,使凝胶发生反转乳化,最后持续温和搅拌10分钟,完成制备。
  乳化系统也被证明是一个临界参数,它有两个要求指标:效率和流动性,因为目标是保持低温过程。迄今为止,油包水型乳剂获得了最佳性能,特别是利用了高分子表面活性剂,它通过其蜂窝状结构,产生厚厚的界面膜,具有很强的空间位阻斥力,有效地防止凝聚。然而,乳化系统必须迅速转移到界面,以促进这一进程。在这方面,新型的油包水型乳化基质N.E通过将聚合物表面活性剂的空间位阻稳定效应与烷基糖甘结构(可以快速移动到界面的小分子)的高移动性相结合,改进了聚合物表面活性剂的性能。
  


  通过一个简单的基础配方(表10),选择合适的液体聚合物,对新型油包水型乳化基质N.E,B1和B3(在研究的第一部分已证明为最有效的基准乳化剂)进行了比较评估。
  表11中的结果表明新型乳化基质N.E具有优异的乳化效率,可以迅速包埋凝胶从而增加“凝胶锁”配方的可行性。N.E是兼顾可行性和稳定性的最佳选择。
  以新型液体油包水型乳化基质N.E为焦点,研究了油相性质对“凝胶锁”配方(配方基质如表12所示,其中水凝胶相占90%)可行性和稳定性的影响。结果(表13)表明“凝胶锁”技术对油相性质的多功能性使其可以应用于各类油相:矿物油,脂类,植物油。对于一些油如更难稳定的硅酮,可以适当优化乳化剂使用剂量,或是将这种油与不同性质的其他油相结合。
  通过许多不同油相的配方试验,“凝胶锁”配方细腻的微观结构已经得到证实,尽管在制造过程中使用了较低的能量,图14中的一些例子可以加以说明。
  最后,“凝胶锁”配方的可行性在更大的规模进行了验证:2kg,8kg,50kg,然后生产过程在工业化规模得到了验证。带叶片的框式搅拌系统,作为现在我们客户的标准化工业工具,使得工业化规模生产变得轻松简单。要强调的是,混合油水两相的方法是一种间接方法(将外连续相加入内相),这对于油包水型乳化体来说是相当不寻常的,但在工业化生产规模时却是更合理的,尤其当内相占主导地位时。此外,还可以使用“一锅法”的方法:将水加入混合容器中,聚合物被分散获得凝胶相。然后将油相的各种成分直接添加到凝胶相中,开始低温搅拌,使凝胶反转乳化。这种“一锅法”的方法往往得到好评,因为它大大减少了清洗步骤(只使用一个容器),再次为制造商提高了生产效率。
  


  
  结论:
  
  这项研究证明了一种新型液体油包水型乳化基质令人感兴趣的优异性能,它含有烷基糖苷结构(APG),将乳化体良好的稳定性和对传统油包水型乳化体肤感的改善结合起来,其中乳化体肤感的改善是通过发挥APG典型的柔软性(在水包油型乳化体中已经为人们所熟知)达到的。
  更重要的是,研究发现,这一新型液体油包水型乳化基质使“凝胶锁”配方在低温下进行加工生产成为可能,并且能量消耗更少,生产速度更快。在未来十年中,“凝胶锁”这一概念对于油相为连续相配方的重要性,将和今天膏霜、凝胶对于水相为连续相配方的重要性相当。该乳化系统的发展潜力是多方面的:可以与许多活性物质兼容,与矿物填料/防晒剂兼容等等。“凝胶锁”配方另一个大的令人感兴趣的优点是它们显著不同的清新肤感很有可能重获消费者的青睐。
  
  编辑 林 婕
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