วิธีการควบคุมความคงตัวของสูตรเครื่องสำอาง

อิมัลชันเป็นระบบที่ไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์และอายุการใช้งานมี จำกัด บ่งชี้ว่าความคงตัวของอิมัลชันเป็นปัญหาสำคัญสำหรับผู้กำหนดสูตรเครื่องสำอาง เครื่องสำอางทางการค้าต้องมีอายุ 2-3 ปี อายุการเก็บรักษาของอิมัลชันสามารถกำหนดได้ตามระยะเวลาที่ใช้ในการทำให้อิมัลชันเสื่อมสภาพจนถึงระดับที่ผู้บริโภคยอมรับไม่ได้ ต้องใช้เวลานานในการจำหน่ายและจัดเก็บเครื่องสำอางในเชิงพาณิชย์ให้กับผู้บริโภค โดยทั่วไปอายุการเก็บรักษาเครื่องสำอางคือ 2 ถึง 3 ปี บางประเทศต้องการอิมัลชั่นที่ไม่ต้องสั่งโดยแพทย์ (OTC) ที่มีสารกันแดดเพื่อให้มีความคงตัวนานกว่า 5 ปี เนื่องจากการวัดอายุการเก็บรักษาแบบเรียลไทม์นั้นใช้เวลานานโดยทั่วไป บริษัท เครื่องสำอางมักไม่ค่อยทำการวิจัยเกี่ยวกับอายุการเก็บรักษาแบบเรียลไทม์ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องออกแบบการทดสอบที่ทำนายอายุการเก็บรักษาของอิมัลชันได้อย่างแม่นยำ แม้ว่าในปัจจุบันจะมีโปรแกรมดังกล่าวอยู่มากมาย แต่ก็ยังมีระยะห่างจากความเป็นจริงซึ่งบ่งชี้ว่าความเสถียรของอิมัลชันไม่ใช่เรื่องง่ายๆ

(1) กลไกของความไม่เสถียรของอิมัลชัน

เมื่ออิมัลชันมีอายุมากขึ้นจะมีการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพเพื่อทำให้อิมัลชันไม่เสถียร รวมถึงผลกระทบของการแบ่งชั้นของแรงโน้มถ่วงการตกตะกอนและการไม่ได้สัดส่วน

ผลที่เป็นไปได้ของการแยกแรงโน้มถ่วงคือการตกตะกอน การตกตะกอนเป็นปรากฏการณ์ของการตกตะกอนหรือการแบ่งชั้น ในระหว่างการตกตะกอนจะยังคงเป็นอิมัลชัน แต่ชั้นเฟสที่กระจายตัวที่อุดมไปด้วยจะเข้มข้นในชั้นบน (ในอิมัลชัน O / W) หรือในชั้นล่าง (ในอิมัลชัน O / W) W / O อิมัลชัน) การเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงทั้งสองชนิดนี้สามารถย้อนกลับได้และการสั่นสามารถทำให้วัสดุที่รวมกันกระจายกลับมาอีกครั้ง เงื่อนไขเหล่านี้เป็นไปตาม Stokes' กฎหมายกล่าวคือความเร็วในการแยกเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างเฟสน้ำมันและเฟสของน้ำและความหนืดของเฟสต่อเนื่องเป็นสัดส่วนกับขนาดอนุภาคของเฟสที่กระจายตัว ดังนั้นการเพิ่มความหนืดของเฟสต่อเนื่องหรือการลดขนาดอนุภาคโดยใช้โรงงานคอลลอยด์หรือการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันสามารถเพิ่มเสถียรภาพของอิมัลชันได้

เมื่อละอองเฟสที่กระจายตัวถูกนำมารวมกันและรวมกันเป็นละอองขนาดใหญ่จะเกิดการรวมตัวกัน ในที่สุดการแยกเฟสจะเกิดขึ้น หากปริมาณของอิมัลซิไฟเออร์ไม่เพียงพอที่จะทำให้หยดมีขนาดเล็ก แต่เพียงพอที่จะป้องกันการตกตะกอนหรือรวมตัวกันเป็นอิมัลชันที่มีการกระจายตัวของอนุภาคมากขึ้นสถานการณ์นี้เรียกว่าการรวมตัวกันอย่าง จำกัด

ผลกระทบที่ไม่ได้สัดส่วนเกิดจากความดันภายในของหยดสูงกว่าความดันภายนอกของหยด แรงผลักดันนี้จะทำให้ส่วนประกอบทางเคมีกระจายจากละอองขนาดเล็กไปยังละอองขนาดใหญ่หรืออาจเป็นไปในเฟสต่อเนื่อง เนื่องจากส่วนประกอบที่แตกต่างกันของระบบลดแรงตึงผิวอาจกระจายจากละอองขนาดเล็กไปยังละอองขนาดใหญ่ในอัตราที่แตกต่างกันส่งผลให้ละอองขนาดเล็กมีขนาดเล็กลงและละอองขนาดใหญ่จะมีขนาดใหญ่ขึ้น

(2) การทดสอบความคงตัวของอิมัลชัน

มีรายงานวิธีการทดลองหลายอย่างที่ทำนายความคงตัวของอิมัลชันในเอกสาร ส่วนใหญ่ประกอบด้วยการทดสอบแบบเร่งการทดสอบแบบเรียลไทม์และการวัดการไหล

1. การทดสอบแบบเร่ง

การทดสอบแบบเร่งเป็นวิธีการที่ใช้โหลดกับระบบเช่นการเพิ่มอุณหภูมิหรือแรงเหวี่ยง อันตรายโดยเนื้อแท้ของการทดสอบแบบเร่งคือการทำให้อิมัลชันต้องอยู่ภายใต้สภาวะที่ไกลเกินกว่าที่จะเกิดขึ้นจริง ดังนั้นควรใช้ผลการทดสอบแบบเร่งด้วยความระมัดระวังและควรเปรียบเทียบข้อสรุปและยืนยันโดยผลลัพธ์ภายใต้สภาวะการเก็บรักษาปกติ

การทดสอบเร่งตามอุณหภูมิใช้อุณหภูมิสูงคงที่

(ตัวอย่างเช่น 40 ° C หรือ 48 ° C) หรือรอบการละลายน้ำแข็ง (-15 ~ 5 ° C ถึงอุณหภูมิห้อง) พื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการใช้การทดสอบเร่งอุณหภูมิสูงคือสมการ Arrhenius ที่อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างค่าคงที่ของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับอุณหภูมินั่นคือถ้าอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 ° C ความเร็วของปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่จะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ดังนั้น 3 ปีที่อุณหภูมิ 20 ° C ควรเท่ากับ 4.5 เดือนที่ 50 ° C อย่างไรก็ตามเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความหนืดของอิมัลชันจะลดลงและความสมดุลของการละลายของสารลดแรงตึงผิวจะเปลี่ยนไป การเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ อาจเกิดขึ้นได้เช่นการไฮเดรชันของของแข็งและพอลิเมอร์คอลลอยด์การแบ่งโมเลกุลระหว่างสองขั้นตอนและการละลายของแว็กซ์หรือสารอื่น ๆ ปัจจัยหลักบางประการที่ทำให้อิมัลชันคงตัวจะหายไปทันทีที่อุณหภูมิสูงส่งผลให้อิมัลชันไม่เสถียร

บางครั้งการทดสอบแบบเร่งจะทำให้เกิดข้อมูลที่ทำให้เข้าใจผิด อิมัลชันบางชนิดที่แยกจากกันที่อุณหภูมิสูงอาจมีอายุการเก็บรักษาที่อุณหภูมิห้องแตกต่างกัน อิมัลชันที่ไม่ใช้ไอออนอาศัยความชุ่มชื้นของกลุ่มโพลีออกซีเอทิลีนในการทำให้อิมัลชันคงตัวและการเลือกใช้จะขึ้นอยู่กับลักษณะการเชื่อมต่อที่อุณหภูมิห้อง ที่อุณหภูมิสูงความชุ่มชื้นของอิมัลซิไฟเออร์จะมีขนาดเล็กลงและค่า HLB จะแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง พวกมันถือได้ว่าเป็นโมเลกุลที่มีคุณสมบัติแตกต่างกัน ในบางกรณีอิมัลชันมีความเสถียรที่อุณหภูมิสูงมากกว่าที่อุณหภูมิต่ำ ในกรณีนี้หากข้อสรุปเกิดจากการทดสอบแบบเร่งอุณหภูมิสูงเท่านั้นไม่เพียง แต่ไม่ถูกต้องเท่านั้น แต่ยังทำให้เข้าใจผิดด้วย

วัฏจักรการละลายเยือกแข็งยังเพิ่มภาระของอิมัลชันและมีปัญหาบางอย่างโดยธรรมชาติ ที่อุณหภูมิเยือกแข็งการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งในอิมัลชัน O / W อาจทำให้อนุภาคน้ำมันยืดตัวและแบน นอกจากนี้ส่วนไลโปฟิลิกของอิมัลซิไฟเออร์จะสูญเสียความลื่นไหลและส่วนที่ชอบน้ำ" คายน้ำ" เนื่องจากการแช่แข็งและการตกตะกอนของน้ำ ถ้าอิมัลชัน" รักษา" ก่อนที่จะเกิดการรวมตัวกันอิมัลชันจะทนต่อการทดสอบ หากอัตราการละลายใหม่ของส่วนประกอบช้าลงอิมัลชันจะไม่เสถียรซึ่งแตกต่างจากกระบวนการที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้อง

การกระทำแบบแรงเหวี่ยงเป็นอีกวิธีหนึ่งที่ใช้แรงโน้มถ่วงแบบเร่งเพื่อใช้โหลดกับอิมัลชัน รัศมีคือ 10 ซม. และความเร็ว 3750r / นาทีเป็นเวลา 5 ชม. เทียบเท่ากับ 1 ปีสำหรับแรงโน้มถ่วง ดังนั้นวิธีนี้สามารถใช้ได้กับกระบวนการที่ความเร็วเป็นตัวชี้ขาดสำหรับการตกตะกอนและการแบ่งชั้น บางคนใช้วิธี ultracentrifugation เพื่อตรวจสอบความเสถียรของอิมัลชันในเชิงปริมาณ เวลาที่ต้องใช้จะสั้นกว่าวิธีการแบบเดิม แต่จำเป็นต้องทำงานมากขึ้นเพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างผลลัพธ์กับการทดสอบแบบเรียลไทม์และใช้ความสัมพันธ์เพื่อทำนายความเสถียรของอิมัลชัน ความเร็วของการหมุนเหวี่ยงเป็นพิเศษสูงถึง 25000r / นาที ภายใต้สภาวะความเร็วสูงเช่นนี้มีความแตกต่างระหว่างความเสถียรของอิมัลชันและความเสถียรภายใต้สภาวะปกติ ภายใต้การหมุนเหวี่ยงความเร็วสูงเช่นนี้การรวมตัวกันเท่านั้นที่เป็นขั้นตอนชี้ขาดของความเร็วดังนั้นละอองหรืออนุภาคจึงรวมตัวกันอย่างรวดเร็วทำให้ตัวกลางของน้ำแยกตัวออกอย่างรวดเร็ว ภายใต้สภาวะการเก็บรักษาปกติการตกตะกอนแบบย้อนกลับและการตกตะกอนแบบย้อนกลับไม่ได้เกิดขึ้นซึ่งทั้งสองอย่างนี้อาจเป็นขั้นตอนชี้ขาดของความเร็วของกระบวนการ นอกจากนี้การใช้แรงที่รุนแรงเช่นนี้จะทำให้ฟิล์มเหลวของของเหลวเฟสน้ำรั่วระหว่างหยดและทำให้ฟิล์มอิมัลชันถูกทำลาย

เฉพาะการศึกษาเพิ่มเติมถึงความสัมพันธ์ระหว่างผลการทดสอบแบบเร่งและผลลัพธ์ภายใต้สภาวะการเก็บรักษาทั่วไปสามารถใช้การทดสอบแบบเร่งได้อย่างถูกต้องเพื่อทำนายความเสถียรของอิมัลชัน