مروری بر ضخیم کننده های مبتنی بر آکریلات
برخی از اولین چیزهایی که یک فرمول‌ساز زیبایی به آن معرفی می‌شود، گزینه‌های مختلف موجود برای ساخت و ضخیم کردن فرمول است. اگرچه وکس‌های خاص، الکل‌های چرب و صمغ‌ها در دسترس هستند، اما بیشتر فرمول‌ها به ضخیم کننده های مبتنی بر آکریلات متکی هستند تا ساختار اصلی طراحی فرمول را ارائه دهند.
این ضخیم کننده ها معمولاً برای کمک به تثبیت، قابلیت تعلیق و زیبایی استفاده می‌شوند. اجزای مبتنی بر آکریلات طی دهه‌های گذشته اصلاح شده‌اند و مزایای آن‌ها در بسیاری از صنایع خارج از لوازم آرایشی مانند رنگ، روکش، جوهر، چسب، منسوجات و غیره آشکار است. این پلیمرها با خاصیت آبگریزی اصلاح شده، از پیش خنثی شده و همچنین پراکندگی آن‌ها آسان‌تر شده است.
در محصولات مراقبت شخصی، آن‌ها در اکثر محصولات مراقبت پوست و بسیاری از فرمولاسیون مراقبت از مو و همچنین محصولات دارویی یافت می‌شوند. در واقع، مطالعه‌ای در سال 2007 نشان داد که بخش مراقبت از پوست و مو بیش از 1.8 میلیون پوند کربومر و مشتقات آکریلات استفاده می‌کند.
اغلب، مواد فعال مورد استفاده در محصولات مراقبت شخصی حاوی سطوح پایینی از الکترولیت‌ها هستند که بر عملکرد و بافت ارائه شده توسط پلیمرهای سنتی مبتنی بر آکریلات تأثیر منفی می‌گذارد. بنابراین، نیاز به نسل جدیدی از پلیمرهای مبتنی بر آکریلات است که حساسیت کمتری نسبت به الکترولیت‌ها داشته باشند و در چنین سیستم های چالش برانگیزی ویسکوزیته، تعلیق و ثبات را ایجاد کنند.
ضخیم سازی محصولات مراقبت شخصی بر اساس آکریلات ها
آن‌ها را در آب پراکنده کرده و بسته به اندازه و ویژگی‌های اتصال عرضی، قابلیت ضخیم شدن و تعلیق متفاوتی از خود نشان می‌دهند. بنابراین، تغییر سطح یا نوع پلیمرهای مبتنی بر اکریلیک (مانند آکریلات کوپلیمر) به فرمول‌سازها اجازه می‌دهد تا خواصی مانند شکستن، برداشت و پخش شدن را بهینه کنند. علاوه بر این، توانایی این پلیمرها در شفافیت و عملکرد بالا، محصولات ژل را به یک فرم محبوب مراقبت از پوست تبدیل کرده است.
ارزش این مواد روشن است، اما معایبی نیز وجود دارد که می‌تواند بر فعالیت آن‌ها تأثیر بگذارد. سیستم‌های الکترولیت بالا و افزودن مواد کاتیونی در اتصال متقابل تداخل ایجاد کرده و توانایی آن‌ها را برای ایجاد ساختار و عملکرد کاهش می‌دهد.
این اغلب به عنوان از دست دادن ویسکوزیته، مقدار عملکرد کمتر، کاهش شفافیت در ژل‌های شفاف و جداسازی در نظر گرفته می‌شود. برخی پارامترهای پردازش نیز باید رعایت شوند تا اطمینان حاصل شود که این مواد به خطر نمی‌افتند، زیرا اکثر آن‌ها به برش حساس هستند.
ملاحظات ساختاری ضخیم کننده های مبتنی بر آکریلات
اکثر ضخیم کننده های مبتنی بر آکریلات که در محصولات مراقبت از پوست استفاده می‌شوند، پلیمرهای اسید آکریلیک با وزن مولکولی بسیار بالا هستند. با توجه به این ساختار خاص، این پلیمرها می‌توانند رئولوژی محصولات مراقبت از پوست را غلیظ کرده و تغییر دهند و همچنین باعث ایجاد تثبیت سوسپانسیون و امولسیون شوند.
آن‌ها ممکن است هموپلیمرهای آنیونی یا کوپلیمرها به شکل پودر باشند و پس از خنثی‌سازی با یک باز هیدراته شده و در آب متورم می‌شوند.برخی از کوپلیمرهای اصلاح شده آبگریز تثبیت امولسیون بیشتری را ایجاد می‌کنند، زیرا زنجیره آلکیل هیدروفوبیک آن‌ها می‌تواند به قطرات روغن متصل شود در حالی که قسمت آب‌دوست آن‌ها از تجمع و کرم شدن جلوگیری می‌کند.
این به دلیل تشکیل یک شبکه میکروژل متورم در فاز آبی است. برای پردازش آسان‌تر، برخی از پلیمرهای مبتنی بر آکریلات به شکل نمک‌های سدیم یا آمونیوم از پیش خنثی می‌شوند،
یا به عنوان پلیمرهای مایع معکوس امولسیون در یک حامل روغن آماده می‌شوند و پس از افزودن برای تنظیم نهایی ویسکوزیته امکان‌پذیر می‌شود. اگرچه محدوده pH مطلوب بین pH 4-9 است، اما برخی از پلیمرهای مشتقات اسید سولفونیک می‌توانند محدوده pH وسیع تری را از pH 2-11 نشان دهند.
مکانیزم ضخیم شدن
مکانیسم ضخیم شدن و خواص رئولوژیکی پلیمرهای مبتنی بر آکریلات به دلیل پر شدن فضای هیدرودینامیکی توسط میکرو ژل های پلی الکترولیت متورم، یعنی ذرات پلیمری با بار آنیونی متورم است. به منظور یکسان‌سازی توزیع بار تا حد ممکن در محیط، هجوم آب باعث متورم شدن ذره و رسیدن محیط به تعادل می‌شود.
سیستم های الکترولیت
افزودن الکترولیت های خارجی به یک سیستم، مانند افزودن یک ماده فعال، باعث افزایش قدرت یونی خارج از میکروژل و کاهش فشار اسمزی می‌شود. بنابراین رفتار تورمی پلیمر میکروژل کاهش می‌یابد و ژل فرو می ریزد. این مسئله یکی از بزرگترین چالش های فرمولاسیون مراقبت از پوست است، زیرا بسیاری از مواد فعال الکترولیتیک هستند.
تا همین اواخر، تنها راه حل برای افزایش ویسکوزیته سیستم‌های حاوی سطوح بالای الکترولیت‌ها این بود که یا سطوح بالاتری از پلیمرهای اسید پلی اکریلیک را که همیشه مناسب و مقرون به صرفه نیست، ترکیب کنید یا این ضخیم کننده های مبتنی بر آکریلات را با سطوح پایین ترکیب کنید.
فروش زانتان گام
صمغ های طبیعی مانند زانتان گام یا دارای ضخیم کننده غیر یونی این ترکیب برای فعال کردن مقاومت الکترولیت کافی است، اما افزودن ضخیم کننده های همراه می‌تواند تأثیر منفی بر رئولوژی و بافت امولسیون داشته باشد، این امر استفاده آن‌ها را محدود می‌کند.
خوشبختانه، فن آوری های جدید ضخیم کننده های مبتنی بر اسید آکریلیک بسیار متصل به یکدیگر، ویژگی‌های مقاوم در برابر الکترولیت را نشان می‌دهند و باعث می‌شود فرمول‌ها در حضور داروهای چالش‌برانگیز الکترولیتی و بدون تأثیر بر زیبایی محصول مراقبت از پوست به ویسکوزیته بالاتری برسند. این حساسیت به الکترولیت همچنین توضیح می‌دهد که چرا پلیمرهای مبتنی بر آکریلات در آب دیونیزه در مقابل آب سختی که حاوی یون‌های منیزیم و کلسیم است، به طور موثرتری عمل می‌کنند.
پردازش
پلیمرهای پلی اکریلیک اسید دارای پیوندهای متقاطع را می‌توان در آب دیونیزه در دمای اتاق و همچنین در فاز روغن در یک فرآیند گرم یا سرد پراکنده کرد. پلیمرهای پودری سنتی زمان پراکندگی نسبتاً طولانی را نشان می‌دهند، در مقایسه با پلیمرهایی که به راحتی پراکنده می‌شوند یا خودشان خیس می‌شوند که خیلی سریع‌تر خیس می‌شوند.
در حالت دوم، آب گرم (کمتر از 50 درجه سانتی‌گراد) و هم زدن ملایم می‌تواند زمان پراکندگی را بیشتر کاهش دهد.برای تسهیل هیدراتاسیون، می‌توان یک ماده شلات‌کننده مانند ادتا 4 سدیم و ادتا 2 سدیم را برای جذب یون‌های فلزی در فاز آب اضافه کرد.
هنگامی که مخلوط می‌شود، پراکندگی پلیمر در آب به شدت اسیدی است، یعنی pH 2-3، و کدر است زیرا شکل پلیمری غیر متمرکز رفتار تورمی کمی در آب نشان می دهد.با این حال، خنثی‌سازی بعدی باعث نزدیک شدن ضریب شکست در داخل و خارج میکروژل پلیمری می‌شود و وضوح پراکندگی را بهبود می‌بخشد.
نگرانی دیگر در مورد تورم نامناسب پلیمر ممکن است تغییر pH به دلیل خنثی شدن بخشی از پلیمر باشد. برای جلوگیری از پراکندگی پلیمر در فاز روغنی، دمای فاز روغنی باید زیر 70 درجه سانتی‌گراد باشد تا از پلاستیکی شدن پلیمر جلوگیری شود. بخار در یک کتری بسته نیز می‌تواند باعث پلاستیک شدن شود و باید احتیاط کرد تا توده‌های پلیمری روی سطح نشسته و از هیدراته شدن آن‌ها جلوگیری شود.
هیدراتاسیون کامل پلیمر قبل از خنثی‌سازی برای جلوگیری از تشکیل هیدروژل هایی که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده هستند، پس از مرحله خنثی‌سازی ضروری است. خنثی‌سازی پلیمر با استفاده از ترکیب قلیایی یک مرحله مهم برای دستیابی به ضخامت مطلوب است.
خنثی‌کننده‌های غیر آلی رایج مانند هیدروکسید سدیم یا هیدروکسید پتاسیم راه حل های مقرون به صرفه ای برای رسیدن به ویسکوزیته بالا در محصولات مراقبت از پوست هستند.عامل خنثی‌کننده باید با دقت انتخاب شود تا بهترین عملکرد را بدست آورد و انتخاب به محتوای فرمول بستگی دارد.
به عنوان مثال، بازهای معدنی در سیستم‌های حاوی سطوح بالای حلال مانند اتانول توصیه نمی‌شود، زیرا حلالیت پایه با قطبیت محیط کاهش می‌یابد و باعث رسوب پلیمر می‌شود.عوامل خنثی‌کننده مبتنی بر آمین‌ها مانند تری اتانول آمین (TEA) یا تریس آمینو در سیستم‌های پیچیده‌تر که تنظیم ویسکوزیته به چالش کشیده است و همچنین در حضور هیدروتروپ‌ها ترجیح داده می‌شوند.
مرحله خنثی‌سازی، و تا حد زیادی کل فرآیند اختلاط، در کار با ضخیم کننده های مبتنی بر آکریلات مهم است. این پلیمرها می توانند به برش مکانیکی بسیار قوی و طولانی مدت در حین پردازش حساس باشند. خنثی‌سازی پس از همگن‌سازی و هم زدن ملایم پس از خنثی‌سازی توصیه می‌شود تا از دست دادن ویسکوزیته به حداقل برسد.
ضخیم کننده های مبتنی بر آکریلات از پیش خنثی شده، که ممکن است مرحله خنثی‌سازی آن‌ها سرکوب شود، می‌توانند با استفاده از یک فرایند سرد در فاز آب پراکنده شوند. آن‌ها را می‌توان در نقاط مختلف در طول فرآیند اضافه کرد و برای تنظیم ویسکوزیته در مراحل نهایی استفاده کرد.
مشارکت حسی
در نهایت، این پلیمرهای مختلف مبتنی بر آکریلات می توانند بر مشخصات حسی یک سیستم تأثیر بگذارند زیرا به بافت، قوام و احساس اولیه یک امولسیون کمک می‌کنند. آن‌ها همچنین می توانند تا حدی بر احساس و کشش یک محصول تأثیر بگذارند. بسته به پلیمر مورد استفاده، تجربه کاربرد یک محصول می‌تواند متفاوت باشد زیرا با الکترولیت‌های روی پوست تعامل دارد.
امولسیون‌ها با پلیمرهای اسید آکریلیک حساس به الکترولیت ضخیم شده و در تماس با الکترولیت‌های پوست به سرعت شکسته می‌شوند و آب را آزاد کرده و احساس طراوت را ایجاد می‌کنند. از طرف دیگر، امولسیون‌هایی که با پلیمرهای مقاوم در برابر الکترولیت ضخیم تر شده‌اند، کرمی‌تر به نظر می‌رسند. انتخاب اصلاح‌کننده رئولوژی مناسب بر اساس آکریلات، فرمول‌ساز را قادر می‌سازد تا ظاهر و احساس اولیه فرمول را تنظیم کند.
رسیدگی به هرگونه مسئله و آزمایش پلیمرها و توالی‌های مختلف برای تعیین اینکه کدام سیستم بهتر کار می‌کند، بسیار مهم است. افزودن مستقیم به آب یا افزودن غیر مستقیم به روغن هر کدام مزایای خاصی دارند و بسته به نوع فرمول باید استفاده شود.
در بیشتر موارد، پس از خنثی‌سازی، برخی از مواد فعال باید اضافه شوند تا امکان توسعه کامل پلیمرهای مبتنی بر آکریلات و جلوگیری از تداخل با اتصالات عرضی فراهم شود. این به طور کلی در مرحله ای است که فرمول آن سرد شده یا در حال سرد شدن است. افزودن فعال‌هایی که توانایی تغییر شدید pH را دارند یا دارای محتوای الکترولیت بالایی هستند، می‌تواند ضخامت و قوام محصول را مختل کند.
نتیجه گیری
همانند سایر مواد، مزایای پلیمرهای مبتنی بر آکریلات زمانی محقق می‌شود که دانشمندان پارامترهایی را که باید در آن‌ها کار کنند، درک کنند. اگرچه این فرآیند ساده به نظر می‌رسد – به عنوان مثال، هیدراته کردن، خنثی کردن و ضخیم شدن، یک فرمول ساز باید به قابلیت‌ها و محدودیت‌های مواد توجه کند. انتخاب پلیمر مناسب که در فرمول بهتر عمل می‌کند، اولین قدم است و ممکن است برای اطمینان از فرمولاسیون، تلاش برای تهیه چندین ماده ضروری باشد.
