Книжки по товарознавству

Емульгатори

Пешук. Технологія парфумерно-косметичних продуктів

Одним з найважливіших компонентів дисперсних систем косметичних препаратів є поверхнево-активні речовини (ПАР). Вони нерівномірно розповсюджуються в розчині, а внаслідок свого амфіфіпьного (гідрофільно-гідрофобного) характеру концентруються (адсорбуються) на поверхнях поділу фаз, утворюючи адсорбційні шари. Наслідком цього процесу є зниження міжфазного натягу. Молекули поверхнево-активних речовин містять у своєму складі ліпофільну (гідрофобну) та гідрофільну функціональні групи.
У принципі всі емульгатори можна вважати за ПАР. Приклади ПАР та їх структурні формули приведені на рис. 11.
ПАР — емульгатори, які використовуються у косметичних засобах і виконують особливі завдання, тому повинні відповідати таким специфічним вимогам:
— токсикологічна безпека;
— високий біологічний розпад;
— підтверджена сумісність зі шкірою та слизовими оболонками людини;


Рис. 11. Структурні формули та приклади ПАР
— гарантований статус допуску до використання: наявність паспорта та включення до фармакопеї або реєстрація в INCI і тому подібне.
Доцільно також виконати ще ряд умов, таких як багатофункціонапьність (наприклад отримання додаткового косметичного ефекту), а також досягти таких важливих переваг, як можливість використання емульгатора в низькій концентрації, що приводить до енергозбереження.
Фізико-хімічні властивості ПАР та емульгаторів
Агрегація. Після досягнення певної концентрації молекули ПАР здатні утворювати порівняно великі молекулярні агрегати — міцели. Цю характерну для кожної ПАР концентрацію називають критичною концентрацією міцелоутворення (ККМ). Цей процес зворотній: при розведенні розчину розчинником нижче ККМ міцели ПАР знову розпадаються на окремі молекули (мономери). Між мономерами та міцелами встановлюється термодинамічна рівновага, при цьому не має значення, де розміщені мономерні молекули ПАР — на межі поділу фаз чи в об'ємі розчину (рис. 12).

Рис. 12. Рівноважний стан у розчинах ПАР
Як видно з рисунка мономери в міцелі розміщені так, що їхні гідрофобні групи знаходяться всередині, вони не контактують безпосередньо з розчинником, а гідрофільні групи розподілені на поверхні міцели і забезпечують їх стійкість у розчині.
Міцели можуть мати різні форми та розміри. Число мономерів у міцелі коливається біля середнього значення, характерного для кожної ПАР. Неіонні, низькомолекулярні ПАР, мають кількість агрегації порядку 50-1000; а в аніонних, катіонних — заряджених вона становить близько 50. Це пояснюється тим, що електростатичне відштовхування між однаково зарядженими групами не створює умов для подальшої агрегації. Крім сферичної, термодинамічно стійкими формами агрегації можна назвати також еліпсоїди, палице- та дископодібні міцели. Макроскопічні властивості розчинів, які містять ПАР, особливо їх в'язкість, залежить від розмірів та форми агрегатів. Для багатьох сфер використання, особливо в косметиці, це має таке саме велике значення, як і той факт, що молекули, розподілені в розчині, мають лише незначну розчинність або навіть зовсім не розчиняються. Вони можуть бути лише вмонтовані всередині міцели і тим самим переведені в розчин. Цей процес називається солюбілізацією, або колоїдною розчинністю (рис. 13).

Рис. 13. Солюбілізація
Солюбілізацію слід розуміти, як поліпшення розчинності за допомогою ПАР, які здатні переводити погано розчинні або зовсім нерозчинні речовини в прозорі або ж, у крайньому випадку, в опалесцентні розчини без зміни їх хімічної структури. Для солюбілізації використовують головним чином ПАР з низьким значенням ККМ і щоб вони були індиферентні до хімічних взаємодій.
Емульгатори з двома довгими вуглеводневими ланцюжками в процесі своєї агрегації утворюють ще одну структуру, котра відрізняє їх від емульгаторів з одним вуглеводним радикалом. Вони самовільно утворюють багатошарові порожні кульки — везикули (рис. 14).
Ліпосоми являють собою кулеподібні везикули (25-5000 нм у діаметрі), мембрани яких складаються з одного або декількох подвійних шарів амфіфільних молекул лецитину. При цьому ліпофільні (гідрофобні) частини ПАР завжди спрямовані до середини подвійного шару. Якщо везикули утворюють неіонні емульгатори, то їх називають ніосомами. Таким чином, внутрішнє ядро ліпосом та ніосом завжди утворює водяна фаза.
Завдяки характерній структурі везикули — потенційні системи доставки гідрофільних систем та води в роговий шар шкіри або є носіями ліпофільних та амфіфільних молекул (у ліпофіль- них мембранах).

Рис. 14. Схематичне зображення одношарової везикули
Мезофази
Подальше збільшення концентрації ПАР у розчинах приводить до того, що все більше скорочується відстань між міцелами. При концентрації ПАР значно вище ККМ із сферичних міцел утворюються спочатку стрижнеподібні міцели, а потім, при подальшому збільшенні концентрації, з'являється менш в'язка ламелярна фаза. Вона складається з макроскопічно довгих ділянок подвійних шарів ПАР — бімолекулярних шарів, між якими знаходиться вода. Всередині подвійного шару молекули ПАР розміщені паралельно одне до одного і перпендикулярно до площини шару. При цьому відстань між окремими молекулами змінюється, тому є свобода руху в двох площинах X та Z. Таким чином, це розміщення подібно рідині. Проте пакування подвійних шарів аналогічне кристалу, оскільки не має рухливості в напрямку У. Зниження в'язкості ламелярної фази порівнянно з гексагональною можна пояснити тим, що між ними знаходиться розчинник — в основному вода. Таким чином можливе ковзання уздовж X та Z без руйнування кристалоподібного розташування. Гексагональні та ламілярні фази називають також рідиннокристалічними фазами, або мезофазами.

Рис. 15. Мезофази
Рідкими кристалами називають групу органічних сполук, які завдяки їхнім характерним властивостям займають проміжне положення між рідинами і кристалами (рис. 15).
ПАР можуть утворювати такі мезофази лише за наявності розчинників, в основному води. Тому їх називають ліотропними рідкими кристалами. Додавання води до мезофази веде до зворотного процесу — знов до утворення міцелярного, а потім — молекулярно-дисперсного становища. Утворення рідких кристалів можна пояснити структурними особливостями використовуваних ПАР. Залежно від розміщення молекул (агрегатів) у просторі і по відношенню один до одного розрізняють кубічну, гексагональну та ламілярні фази. Дві останні легко виявляються за допомогою поляризаційного мікроскопа за виникненням кольорових явищ.
Рідкокристалічні структури вносять значний вклад у формування пастоподібних систем та стабілізацію емульсій.
Хімічна класифікація Якщо розглядати емульгатори, що використовуються в косметиці, то можна констатувати, що велика кількість торгових емульгаторів зводиться до значно меншої кількості структурних елементів.

Рис. 16. Хімічна класифікація емульгаторів
Як поверхнево-активні речовини емульгатори в основному мають амфіфільний характер. Ліпофільні частини — це аліфатичні, або ароматичні, або кремнійорганічні, або їх комбінації. Гідрофільні групи утворені полярними структурними елементами, які можуть бути електрично зарядженими, або незарядженими, тому виходячи з цього розділяють іоногенні і неіоногенні емульгатори (рис. 16).
Аніонні емульгатори
Аніонні емульгатори у водному розчині дисоційовані. Відповідальними за емульгуючу дію є аніон, але протиіон також визначає технологічні властивості. Важливим емульгатором у косметичних продуктах є мила жирних кислот (С12-С18). Уточнення: милами називають тільки водорозчинні, або колоїдно-дисперговані натрієві, калієві, амонійні або ж амінні солі, в той час як нерозчинні у воді кальцієві, магнієві, цинкові та алюмінієві солі називають металевими милами».
З хімічної точки зору під милами мають на увазі солі лужних металів жирних кислот, які утворюються після нейтралізації жирних кислот лугом. Хімічні структури мил жирних кислот та стеа- рилсульфату натрія наведені на рис. 17.
Використання розчину гідроксиду натрію дає головним чином тверді мила, гідроксиду калію — від рідких до пастоподібних. їх за низьку в'язкість називають ще рідкими милами.
Очищаюча дія амфіфільних солей жирних кислот полягає в тому, що їх розчини змочують поверхню шкіри, диспергують, емульгують або солюбілізують прилиплі до поверхні частинки забруднення, а потім переводять їх у розчин.
Але мила використовуються для очистки тільки здорової шкіри. До того ж мила в жорсткій воді утворюють нерозчинні кальцієві та магнієві мила, які можуть відкладатися у порах шкіри, спричинюючи «шкіряні» реакції від легкого подразнення до «лужної екземи».

Ви бачите тільки 29% питання.

Текст смс:
kkdtk2
на номер
4345

Щоб отримати доступ до матеріалів сайту надішліть смс з текстом kkdtk2 на номер 4345. Після цього введіть номер мобільного, з якого ви надіслали смс. Вартість смс — 3 грн.