Эмульгаторы в косметике польза и вред

ЭМУЛЬГАТОРЫ –

Это вещества, помогающие растворять нерастворимое. Короче, простенько если, то чтоб масло растворить в воде нужен эмульгатор.

Теория эмульсий.
“Сварить крем” – эта идея будоражит умы и новичков, и продвинутых арома-пользователей. Крем легче по структуре, лучше увлажняет кожу, более удобен и привычен в использовании. Часто останавливает одно «но» – КАК? Приготовление крема – это целая технология. Разобраться в ней нам поможет химия.
За счет чего работает эмульгатор?
В обычных условиях, как мы знаем, масло и вода не смешиваются. Разные по форме и структуре молекулы просто «не любят» друг друга. Недаром существуют такие термины, как гидро- и липофильный (любящий воду или масло), гидро- и липофобный (боящийся воды и масла соответственно). Поэтому сколько не тряси масло с водой, подружиться, т.е. создать устойчивую эмульсию, они не смогут, всегда будут расслаиваться.
На помощь нам в данной ситуации приходят эмульгаторы. Молекулы этих веществ имеют дифильную химическую структуру. Одна часть молекулы имеет гидрофильные полярные группы (ОН), а другая – неполярные длинноцепочечные липофильные радикалы (углеводородная цепь, например, Cn Hm):
[attachmentid=700]
Таким образом, эмульгатор оказывается «любим» и водной, и масляной средой. При попадании в водную/масляную среду гидрофильная часть молекулы эмульгатора погружается в воду, а липофильная – в масло, тем самым, уменьшая поверхностное натяжение на границе двух фаз, выступая в роли буфера.

[attachmentid=701]
Чтобы произошло эмульгирование воды и масла, необходима определенная концентрация эмульгатора и механическое воздействие (перемешивание). Полярные группы ориентируются к полярной водной среде, а неполярные – к масляной.
[attachmentid=702]
При механическом воздействии эмульгаторы создают непрерывную оболочку вокруг водяных / масляных капелек и позволяют таким образом смешаться двум фазам в эмульсию. Одна фаза становится дисперсной средой, а вторая носит название дисперсной фазы.

[attachmentid=703]
Окруженные молекулами эмульгатора водяные или масляные капельки носят название мицелл. Мицеллы имеют шарообразную форму, при этом одна часть молекул эмульгатора погружена в ядро – нерастворимую во внешней среде субстанцию, а вторая образует стабилизирующую оболочку, сродную внешней среде. Это не дает капельке соединиться с другими аналогичными капельками, нарушить эмульсию и расслоится по средам.
В прямых мицеллах ядро образовано гидрофобными радикалами (липофильной частью), а гидрофильные группы ориентированы наружу. Данная эмульсия носит название прямой, масло-в-воде (м/в) или oil-in-water (O/W). В этой эмульсии вода является внешней фазой, а масло дисперсной (т.е. заключенной в мицеллы). Такая эмульсия растворима в воде и проводит электрический ток.
Существует второй тип мицелл – обращенные. Они образуются в сильно неполярных средах (масле), когда полярные гидрофильные группы становятся лиофобными («боящийся жидкости») и образуют ядро мицеллы. В результате получаем тип обратной эмульсии, или вода-в-масле (в/м), water-in-oil (W/O). Обратная эмульсия означает, что маленькие капельки воды рассеянны в масляной среде, электрический ток данная эмульсия не проводит и в воде не растворима.

Схематическое изображение:
а – сферическая прямая мицелла (в эмульсиях м/в); б-обращенная мицелла (в эмульсиях в/м).
[attachmentid=704] [attachmentid=705]

Гидро-липофильный баланс или кто кого перетянет.
От чего зависит типа образуемой эмульсии? В первую очередь, от эмульгатора, т.к. липофильная и гидрофильная части его молекулы чаще всего имеют неравную величину и силу.

[attachmentid=706]
В случае если гидрофильная часть молекулы сильнее, эмульгатор тяготеет к водной среде больше, чем к масляной, и мицеллы «сворачиваются» вокруг более «слабой», липофильной, части молекулы. И наоборот.
Если одна часть молекул имеет одну часть, намного “перевешивающую” другую, то эмульгатора из такого вещества не получится. Молекулы вещества с сильно преобладающей гидрофильной частью полностью переходят с поверхности раздела фаз в воду, а с сильно преобладающей гидрофобной частью – в масло. В итоге необходимого буфера между фазами не получается.
[attachmentid=707]
Баланс между действием полярной и неполярной частью молекул характеризует соотношение между двумя частями молекулы или гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ). Система ГЛБ была создана, чтобы оценить относительную полярность веществ. Самые полярные, растворимые в воде вещества имеют значение 20. С уменьшением полярности уменьшается и значение ГЛБ. Наименее полярные и наиболее растворимые в масляной фазе вещества имеют ГЛБ близкое к 0. Согласно введенной Гриффином шкале (1949 и 1954 гг.) эмульгаторы по значению ГЛБ делятся на группы:

[attachmentid=708]
Или (разные источники):

[attachmentid=709]
Эмульсии м/в способны создавать эмульгаторы с ГЛБ больше 6, а лучше 7. Как мы помним, преобладающая часть молекулы (в данном случае гидрофильная) должна быть в большей степени «близка по духу» к дисперсной/непрерывной/внешней фазе, поэтому ГЛБ имеет высокие значения. С ростом содержания воды в эмульсиях м/в необходимо подбирать эмульгаторы с бОльшим ГЛБ.
Для неполярных эмульсий (в/м) применяются эмульгаторы с ГЛБ ниже 6, предпочтительнее менее 5, с преобладающей липофильной частью. При этом условно, чем больший процент масла будет в эмульсии, тем ниже должно быть значение ГЛБ эмульгатора.
Если в молекуле содержится примерно одинаковое количество гидрофильных и липофильных частей, то эмульгатор способен образовывать эмульсии обоих типов. Т.е. многие эмульгаторы с ГЛБ от 5 до 7 будут создавать эмульсии в/м или м/в в соответствии со способом применения и соотношением смешиваемых фаз. Тея 7.2.2008, 20:21 ГЛБ эмульгаторов:

[attachmentid=710]
Пример ГЛБ Sucrose esters (торговая марка SISTERNA):

[attachmentid=711]
Ионогенные и неионогенные эмульгаторы.
Все эмульгаторы по молекулярной структуре и свойствам могут быть разделены на ионогенные и неионогенные вещества.
Неиногоненные эмульгаторы предпочтительнее в использовании, т.к. безопасны и имеют низкую реактивность. Одним из наиболее важных преимуществ большинства неионогенных эмульгаторов является их устойчивость к жесткой воде, а также к действию кислот, солей и щелочей.
“Анионактивные ПАВ
Анионактивные ПАВ – содержат в молекуле одну или несколько полярных групп и диссоциируют в водном растворе с образованием длинноцепочечных анионов, определяющих их поверхностную активность. Это группы: COOH(M), OSO2OH(M), SO3H(M), где M-металл (одно-, двух- или трехвалентный). Гидрофобная часть молекулы обычно представлена предельными или непредельными алифатическими цепями или алкилароматическими радикалами.
В анионактивных ПАВ катион м.б. не только металлом, но и органическим основанием. Часто это ди- или триэтаноламин. Поверхностная активность начинает проявляться при длине углеводородной гидрофобной цепи C8и с увеличением длины цепи увеличивается вплоть до полной потери растворимости ПАВ в воде. В зависимости от структуры промежуточных функциональных групп и гидрофильности полярной части молекулы длина углеводородной части может доходить до C18.
Катионактивные ПАВ
Катионактивные ПАВ – диссоциируют в водном растворе с образованием поверхностно-активного катиона с длинной гидрофобной цепью и аниона (обычно галогенида, иногда аниона серной или фосфорной кислоты).
Среди катионактивных ПАВ преобладают азотсодержащие соединения; также используются вещества, не содержащие азот: соединения сульфония [RR’R:S]+X-и сульфоксония [RR’R:SO]+Х-, фосфония [R3PR’]+X-, арсония [R3AsR’]+Х-, иодония.
Катионактивные ПАВ меньше снижают поверхностное натяжение, чем анионактивные, но они химически взаимодействуют с поверхностью адсорбента, напр. с клеточными белками бактерий, обусловливая бактерицидное действие.
Амфолитные ПАВ
Амфолитные ПАВ – в зависимости от величины рН они проявляют свойства катионактивных или анионактивных ПАВ.
Содержат в молекуле гидрофильный радикал и гидрофобную часть, способную быть акцептором или донором протона в зависимости от рН раствора. Обычно эти ПАВ включают одну или несколько основных и кислотных групп, могут содержать также и неионогенную полигликолевую группу. При некоторых значениях рН, наз. изоэлектрической точкой, ПАВ существуют в виде цвиттер-ионов. Константы ионизации кислотных и основных групп истинно растворимых амфотерных ПАВ весьма низки, однако чаще всего встречаются катионно-ориентированные и анионно-ориентированные цвиттер-ионы. В качестве катионной группы обычно служит первичная, вторичная или третичная аммониевая группа, остаток пиридина или имидазолина. Вместо N м.б. атомы S, P, As и т. п. Анионными группами являются карбоксильные, сульфонатные, сульфоэфирные или фосфатные группы.
Неионогенные ПАВ
Неионогенные ПАВ – высокомолекулярные соединения, не образующие ионов в водном растворе.
Их растворимость обусловлена наличием в молекулах гидрофильных эфирных и гидроксильных групп, чаще всего полиэтиленгликолевой цепи. При растворении образуются гидраты вследствие образования водородной связи между кислородными атомами полиэтиленгликолевого остатка и молекулами воды. Вследствие разрыва водородной связи при повышении температуры растворимость неионогенных ПАВ уменьшается, поэтому для них точка помутнения – верх. температурный предел мицеллообразования- является важным показателем. Mногие соединения., содержащие подвижной атом H (кислоты, спирты, фенолы, амины), реагируя с этиленоксидом, образуют неионогенные ПАВ RO (C2H4O)nH. Полярность одной оксиэтиленовой группы значительно меньше полярности любой кислотной группы в анионактивных ПАВ. Поэтому для придания молекуле требуемой гидрофильности и значения ГЛБ в зависимости от гидрофобного радикала требуется от 7 до 50 оксиэтиленовых групп. Характерная особенность неионогенных ПАВ – жидкое состояние и малое пенообразование в водных растворах.
Неионогенные ПАВ хорошо комбинируются с другими ПАВ и часто включаются в рецептуры моющих средств.”
_greenfuture.ru/dictionary/ПАВ Тея 7.2.2008, 20:31 Технология смешивания, практические рекомендации.
Как мы уже знаем, тип эмульсии зависит от природы эмульгатора. Кроме этого, при изготовлении домашних кремов важны соотношение масляной и водной фаз, а также способ смешивания.
Жидкость, которой больше (масло или вода), стремится стать дисперсионной средой, поэтому обычно в прямых эмульсиях (м/в) водная часть доходит до 80%, в обратных (в/м) масляная составляющая достигает 60-70% от объема.
Чем меньше разница между содержанием воды и масла в креме, тем больше вероятность, что капли дисперсной фазы сольются, эмульсия расслоится или ее тип изменится. Полярные группы обеспечивают лучшие барьеры, чем неполярные, поэтому эмульсия м/в может содержать более 50% масляной фазы.
Существуют высококонцентрированные эмульсии, в которых дисперсная фаза (внутренняя) достигает 74% и даже больше, но насколько реально получить подобное в домашних условиях? В таких высококонцентрированных эмульсиях сушествуют уже не шарики масла в воде, а плотно упакованные масляные многогранники:

[attachmentid=712]
Примером высококонцентрированной эмульсии м/в является… майонез! Дисперсионной средой в нем является вода желтков и уксуса, а дисперсной фазой — растительное масло. Эмульгаторами служат лецитин и виттелин желтка и белки порошка горчицы. Это лирическое отступление и информация к размышлению.
Для создания нужного типа эмульсии необходимо перед смешиванием фаз тщательно растворить эмульгатор в будущей дисперсионной среде (внешней). Часто для этого требуется подогрев жидкости. Обычно в описании к эмульгатору указывается необходимая температура нагрева (обычно 50-70єС).
После полного растворения гидрофильного эмульгатора в воде или липофильного в масле, в дисперсную среду добавляют дисперсную фазу. Т.е. если необходимо получить прямую эмульсию масло-в-воде, то в воду с эмульгатором постепенно вливается масло. Система вода-в-масле получится, если в масло с эмульгатором вводится вода. Температура у обоих сред должна быть одинаковой для того, чтобы процесс эмульгации прошел без сучка и задоринки. Постепенное введение внутренней фазы позволяет добиться ее равномерного и полного разбиения на капельки.
При вливании фазы для лучшей эмульгации необходимо постоянное перемешивание (помните про механическое воздействие?), желательно в одной направлении. В этом случае внутренняя фаза будет вытягиваться в нити и пленки, которые будет разрываться на более мелкие капли. Беспорядочное движение может замедлить процесс эмульгирования. Это спорный момент в плане техники. Одно дело перемешивать ложкой – это довольно медленно, и другое, если в деле задействован миксер с несравнимо более высокой скоростью.
При охлаждении эмульсия становится более устойчивой, поэтому крем можно быстро охладить, поставив в чашку с холодной водой.
Еще один немаловажный момент для эмульгирования – качество водной фазы. Вода для крема в идеале должна быть дистиллированной или мягкой питьевой. Жесткость воды затрудняет эмульгирование и способствует быстрому расслоению компонентов после прекращения перемешивания. При жесткости воды более 15 г-экв/м3 получение устойчивой эмульсии маловероятно.
Введение дополнительных компонентов в готовую эмульсию.
Эфирные масла, экстракты, активные вещества, неустойчивые масла обычно вводят в готовую эмульсию, после ее охлаждения, т.к. лишнее нагревание им ни к чему. При этом возникает одна проблема, теоретическая, по крайней мере.
Если внешней средой эмульсии является масло, то жирорастворимые компоненты растворяются во внешней среде, и проблемы нет. При введении в эмульсию м/в водорастворимых компонентов конфликта также не возникает.
Однако если пытаться смешать водорастворимые компоненты с масляной основой или жирорастворимые с водной, то возникает вопрос – как они смешаются, в чем растворятся? Если эмульгатора хватает, то, скорее всего, в состав эмульсии войдут новые капельки, в противном случае эмульсия их не примет и фаза будет плавать отдельно.
Кстати, расслоение при добавлении жидкости может служить определенным критерием типа эмульсии. Добавление в эмульсию внешней среды изначально не дает расслоения, она легко растворяется, тогда как внутренняя фаза вначале отслаивается.
Камеди или гидроколлоиды.
Ксантан, гуар и др. камеди/смолы добавляют в кремы для большей стабильности эмульсии. Они образуют вокруг капелек дисперсной фазы плотную и упругую оболочку, как гелеобразователи создают структуру, сетку-каркас, которая держит форму и объем. Кроме этого, они загущают крем, придают ему вязкость.
Про гелеобразователи см. также тут. Тея 7.2.2008, 20:53 Какая эмульсия лучше?
[attachmentid=713]
Прямая эмульсия (м/в).
Достоинства:
– легко наносится на кожу,
– быстро впитывается,
– не оставляет жирного блеска,
– не образуют пленки (хотя это и недостаток, с другой стороны),
– оказывает охлаждающее действие за счет испарения воды,
– внутренняя фаза (масло) легко проникает в кожу, увлажняет ее и питает,
– подходят для быстрого проникновения БАВ и полезных жирорастворимых добавок в кожу.
Недостатки:
– слабая защитная функция,
– смываются водой,
– используемые эмульгаторы (например, PEG, детергенты) при контакте с водой эмульгируют и вымывают кожные липиды, нарушая, тем самым, кожный барьер;
результат – обезвоженность, сухость, шелушение, аллергия, раздражение;
выход – поиск более щадящих по свойствам эмульгаторов (сложные эфиры сахаров, липидов и глицерина), введение дополнительных увлажняющих и влагоудерживающих компонентов (полисахариды, молочная кислота, мочевина и других).
Рекомедовано к использованию:
– акне,
– воспаленные участки кожи,
– подострые дерматозы, острая и подострая экзема,
– возрастная косметика,
– нормальная или немного сухая кожа.
Средства:
Подходят в виде очищающих средств для обычного ежедневного ухода, не оставляют ощущения стягивания после чистки кожи; дневные и ночные кремы.
Содержание воды в эмульсии м/в должно быть не менее 50%, в противном случае могут образовываться смешанные формы.
Обратная эмульсия (в/м).
Достоинства:
– более физиологичны и хорошо совместимы с кожей, т.к. гидролипидный кожный барьер представляет собой эмульсию в/м, а эмульгаторы (например, лецитин и холестерин) имеют физико-химическое и структурное сходство с эпидермальными липидами,
– более эффективны с дерматологической точки зрения, т.к. большая часть активных компонентов растворима в жирах и может быть представлена в биологически более доступной форме,
– позволяет проникать через кожный барьер водорастворимым веществам, подходят для доставки водорастворимых компонентов в кожу,
– не смываются водой,
– восполняют потерю кожного жира и обеспечивают защиту за счет масляной пленки, в т.ч. от вредных атмосферных воздействий (сильного ветра, мороза),
– обеспечивают большее проникновение влаги во внешние слои (эпидермис), более медленное ее испарение, сокращение трансэпидермальной потери воды (TEWL), что в конечном счете обеспечивает интенсивное увлажнение кожи.
Недостатки:
– хуже распределяются по коже,
– оставляют после себя ощущение жирности и липкости,
– блеск на лице.
Рекомендовано к использованию:
– псориаз,
– хронические: дерматозы и экзема,
– микозы,
– сухая кожа,
– чувствительная кожа,
– детская кожа, особенно грудных детей.
Средства:
Дневные кремы для сухой кожи, из-за жирной консистенции – питательные и защитные кремы, основа для солнцезащитной косметики. Тея 7.2.2008, 21:00 Сложные эмульсии.
Кроме простых эмульсий м/в или в/м существует многократные эмульсии – м/в/м и в/м/в. Они состоят из более чем двух фаз. Например, м/в/м (O/W/O) – внешней фазой является масло, которое содержит в себе внутреннюю фазу – воду, а вода содержит еще капли масла. И наоборот.

[attachmentid=714]
Такие сложные эмульсии обеспечивают определенные преимущества. Они позволяют равномерно распределить активы во внешней/дисперсной среде и последней внутренней/дисперсной фазе, избежать раздражения от одномоментного попадания всех активов на кожу, разделить несовместимые компоненты с подобными физико-химическими свойствами.
В/м/в (W/O/W) эмульсия работает следующим образом: сначала внешняя водная среда непосредственно увлажняет верхние слои кожи. При этом внутренняя фаза – масляная, сливается и получается масляная пленка. По мере усвоения масла, в третьей фазе внутренняя вода постепенно поступает в кожу. Таким образом, обеспечивается длительное увлажнение кожи. М/в/м (O/W/O) предпочтительна для очень сухой кожи, т.к. дважды создает масляную пленку на коже, эффективно восстанавливает кожный барьер, препятствует испарению влаги и защищает от негативного влияния окружающей среды.

[attachmentid=715]
Однако в домашних условиях создать такое трудно. Предполагается поэтапное смешивание и использование соответствующих эмульгаторов. И то не факт, что получится многократная эмульсия, а не смесь двух простых форм (в/м и м/в).
https://www.forum-aromashka.ru/forums/ipb.html?s=&showtopic=796&view=findpost&p=19185

Автор- Тея