چگونه برای کنترل ثبات فرمولاسیون های آرایشی و بهداشتی

امولسون یک سیستم ترمودینامیکی ناپایدار است، و طول عمر آن محدود است. این نشان می دهد که ثبات امولاسیون یک مسئله مهم برای فرمول های آرایشی و بهداشتی است. لوازم آرایشی تجاری باید ۲ تا ۳ سال عمر مفید داشته باشد. ماندگاری یک املس را می توان به عنوان طول زمانی که طول می کشد تا املس تا سطح غیرقابل قبولی برای مصرف کنندگان رو به وخامت بگذارد، تعریف کرد. مدت زمان زیادی طول می کشد تا لوازم آرایشی تجاری برای مصرف کنندگان توزیع و ذخیره شود. به طور کلی ماندگاری لوازم آرایشی ۲ تا ۳ سال است. برخی از کشورها نیاز به امولسون های بیش از حد ضد (OTC) حاوی عوامل ضد آفتاب دارند تا ثباتی بیش از ۵ سال داشته باشند. از آنجا که اندازه گیری ماندگاری بی درنگ زمان بر است، به طور کلی شرکت های لوازم آرایشی و بهداشتی به ندرت تحقیقات ماندگاری بی درنگ انجام می دهند، بنابراین طراحی آزمایش هایی که عمر مفید تکان ها را به دقت پیش بینی می کنند، مهم است. اگرچه در حال حاضر چنین برنامه های زیادی وجود دارد، اما هنوز فاصله خاصی از واقعیت وجود دارد که نشان می دهد ثبات املسون موضوع ساده ای نیست.

(1) مکانیسم بی پایداری املسون

هنگامی که امولسون پیر می شود، دچار تغییرات فیزیکی می شود تا عایق ناپایدار شود. از جمله اثرات استراتیفیکاسیون گرانش، فلوکولاسیون و نامتناسب.

نتیجه احتمالی جداسازی گرانش، فلوکولاسیون است. فلوکولاسیون پدیده ای از نوع اتسع یا استراتیفیکاسیون است. در طول فلوکولاسیون، هنوز هم امولساسیون می شود، اما لایه فاز پراکنده غنی در لایه فوقانی (در امولاسیون O/W)، یا در لایه پایینی (در امولاسیون O/W) متمرکز شده است. W/O emulsion). تغییرات ناشی از این دو نوع گرانش برگشت پذیر هستند، و تکان دادن می تواند مواد تجمیع شده را دوباره پراکنده کند. این شرایط از قانون استوکس اطاعت می کنند، به این شکل که سرعت جداسازی متناسب با اختلاف چگالی بین فاز نفت و فاز آب است و ویسکوزیته فاز پیوسته متناسب با اندازه ذرات فاز پراکنده است. بنابراین، افزایش ویسکوزیته فاز پیوسته، یا کاهش اندازه ذرات با استفاده از آسیاب های کلوئیدی یا همگن سازی می تواند پایداری امولیزاسیون را افزایش دهد.

هنگامی که قطره های فاز پراکنده گرد هم آورده می شوند و با هم ترکیب می شوند تا قطره های بزرگتری را تشکیل دهند، زغال سنگ رخ می دهد. در نهایت جداسازی فاز رخ خواهد داد. اگر مقدار امولسیفر برای کوچک نگه داشتن قطره ها کافی نباشد، بلکه برای جلوگیری از فلوکولاسیون کافی باشد، یا بیشتر به یک امولاسیون با توزیع ذرات بزرگتر تبدیل شود، این وضعیت زغال سنگ محدود نامیده می شود.

اثر نامتناسب ناشی از فشار داخلی قطره بالاتر از فشار خارجی قطره است. این نیروی محرکه باعث خواهد شد که اجزای شیمیایی از قطره های کوچک به قطره های بزرگتر، یا احتمالاً تا فاز مداوم منتشر شوند. از آنجا که اجزای مختلف سیستم سورفکتانت ممکن است از قطره های کوچک تا قطره های بزرگ با نرخ های مختلف منتشر شوند، در نتیجه، قطره های کوچک کوچکتر می شوند و قطره های بزرگ بزرگتر می شوند.

(2) آزمون ثبات امولسيون

بسیاری از روش های تجربی که پایداری املسون را پیش بینی می کنند در ادبیات گزارش شده است. عمدتاً شامل آزمون شتاب دار، آزمون بی دریاد و اندازه گیری رئولوژیک است.

1. آزمون شتاب

آزمون شتاب دار روشی است بر اساس اعمال بار به سیستم، مانند افزایش دما یا عمل سانترریفیوژ. خطر ذاتی هر آزمون شتاب زده این است که در معرض عایق به شرایط بسیار فراتر از آنچه که در واقع با تجربه است. بنابراین، نتایج آزمون شتاب دار باید با مراقبت مورد استفاده قرار گیرد، و نتیجه گیری باید با نتایج در شرایط ذخیره سازی طبیعی مقایسه و تایید شود.

آزمایش شتاب دار مبتنی بر دما از دمای بالا ثابت استفاده می کند،

(به عنوان مثال، ۴۰ درجه سانتی گراد یا ۴۸ درجه سانتی گراد) یا چرخه ذوب یخ (-۱۵~۵ درجه سانتی گراد تا دمای اتاق). مبنای نظری استفاده از آزمایش های شتاب دار با دمای بالا معادله آرنوس است که رابطه بین سرعت واکنش شیمیایی ثابت و دما را توصیف می کند، به این صورت که اگر دما ۱۰ درجه سانتی گراد افزایش یابد، سرعت بیشتر واکنش های شیمیایی دو برابر می شود. بنابراین ۳ سال در ۲۰ درجه سانتی گراد باید معادل ۴٫۵ ماه در ۵۰ درجه سانتی گراد باشد. با این حال، با افزایش دما، ویسکوزیته امولسون کاهش می یابد و تعادل محلول پذیری سورفکتانت تغییر می کند. تغییرات دیگری نیز می توانند رخ دهند، مانند هیدراتاسیون جامدات کلوئیدی و پلیمرها، پارتیشن بندی مولکول ها بین دو فاز، و ذوب موم ها یا مواد دیگر. برخی از عوامل اصلی که باعث پایدار شدن امولسون ها می شوند، ناگهان در دماهای بالا ناپدید خواهند شد و در نتیجه امول ها ناپایدار می شوند.

آزمایش شتاب دار گاهی برخی اطلاعات گمراه کننده را تولید می کند. برخی از امولسون ها که در دماهای بالا نیز از هم جدا می شوند، ممکن است در دمای اتاق ماندگاری متفاوتی داشته باشند. امولزیفیزرهای غیریونیک برای تثبیت امولاسیون ها به هیدراتاسیون گروه های پلی اکسی اتیلن خود تکیه می کنند و انتخاب آن ها بر اساس ویژگی های رابط در دمای اتاق است. در دماهای بالا هیدراتاسیون امولسیفیرها کوچکتر می شود و مقادیر HLB آن ها کاملاً متفاوت است. آن ها را می توان به عنوان مولکول های خواص مختلف در نظر گرفت. در برخی موارد، امولسون در دمای بالا پایدارتر از دمای پایین است. در این حالت اگر نتیجه گیری تنها بر اساس آزمون شتاب دار با دمای بالا صورت اتسع شود، نه تنها نادرست است، بلکه گمراه کننده نیز هست.

چرخه انجماد-ذوب نیز بار املسون را افزایش می دهد، و برخی مشکلات ذاتی وجود دارد. در دماهای یخ بندان، تشکیل کریستال های یخ در امولسون های O/W ممکن است ذرات روغن را الونگیت و پهن کند. علاوه بر این، بخش لیپوفیلی املیسیفایر سیالیت خود را از دست می دهد، و بخش هیدروفیلی به دلیل یخ زدن و بارش آب خود به خود «کم آبی» می کند. اگر پیش از رخ دادن زغال سنگ، املسون «درمان» کند، در برابر آزمایش مقاومت خواهد کرد. اگر سرعت انحلال مجدد قطعات کند باشد، املسون ناپایدار است که با فرایندی که در دمای اتاق رخ می دهد متفاوت است.

عمل سنتریفوژ روش دیگری است که از گرانش شتاب دار برای اعمال یک بار بر روی امولسون استفاده می کند. شعاع ۱۰ سانتی متر است، و سرعت ۳۷۵۰r/min برای ۵h معادل ۱ سال برای گرانش است. بنابراین می توان این روش را در مورد فرایندهایی که سرعت برای فلوکولاسیون و رشته سازی تعیین کننده است، به کار برد. برخی افراد از روش اولتراسنتریفوژاسیون برای تعیین کمی ثبات املاسیون استفاده می کنند. زمان مورد نیاز کوتاه تر از روش سنتی است، اما کار بیشتری برای مطالعه همبستگی بین نتایج و آزمون های زمان واقعی، و استفاده از همبستگی برای پیش بینی ثبات املاسیون مورد نیاز است. سرعت ultracentrifugation تا 25000r/min است. در چنین شرایط پرسرعتی، بین پایداری املسون و پایداری در شرایط عادی تفاوت وجود دارد؛ تحت چنین سنتریفیوژ با سرعت بالا، تنها زغال سنگ مرحله تعیین کننده سرعت است، بنابراین قطره ها یا ذراتی که به سرعت انباشته می شوند، باعث می شوند که محیط آب به سرعت از هم جدا شود. در شرایط ذخیره سازی طبیعی، فلوکولاسیون برگشت پذیر و فلوکولاسیون برگشت ناپذیر رخ می دهد که هر دو ممکن است مرحله تعیین کننده سرعت فرایند باشند. علاوه بر این، اعمال چنین نیروی قوی باعث نشت فیلم مایع مایع فاز آبی بین قطره ها خواهد شد و باعث تخریب فیلم امولسیفر خواهد شد.

تنها با مطالعه بیشتر همبستگی بین نتایج آزمون شتاب دار و نتایج تحت شرایط ذخیره سازی عمومی، می توان از آزمون شتاب دار به درستی برای پیش بینی ثبات املاسیون استفاده کرد.