امولسیفایر روغن در آب

امولسیفایرهای روغن در آب (o/w) یکی از رایج‌ترین ترکیباتی هستند که در محصولات مراقبت از پوست استفاده می‌شوند و در فرمولاسیون بسیاری از عملکردها را انجام می‌دهند. این‌ها شامل حل شدن روغن‌ها/عطرها در آب، نقش امولسیفایرهای اولیه و عوامل مرطوب‌کننده/پراکنده‌کننده هستند. مهمترین نقش آن‌ها کمک به امولسیون و تثبیت روغن در امولسیون‌های آب است.

امولسیفایر روغن در آب چیست؟

امولسیفایرها مولکول‌هایی هستند که از گروه‌های قطبی (آب دوست) و غیرقطبی (لیپوفیلیک) تشکیل شده و باعث ترویج و تشکیل امولسیون‌های پایدار می‌شوند. امولسیفایرهای روغن در آب با کاهش کشش سطحی آب از 72.8 میلی دالتون در متر (mN/m) در دمای 20 درجه سانتی‌گراد به فاز روغن که معمولاً بین 30-50 mN/m است، عمل می‌کنند. هرچه اختلاف کشش سطحی بین فازها کمتر باشد، شکل‌گیری امولسیون راحت‌تر است.

عملکرد امولسیفایر برای تشکیل امولسیون روغن در آب

امولسیفایرها باید بیشتر از فاز روغن در آب محلول باشند تا امولسیون‌های روغن در آب تشکیل شود. این قانون بانکرافت نامیده می‌شود. استثناهای این قاعده امولسیفایرهای روغن در آب هستند که ذرات زیر میکرونی هستند که ترجیحاً در آب پراکنده می‌شوند و حتی اگر اکثر آن‌ها کشش سطحی را کاهش ندهند، در سطح آب و روغن جذب می‌شوند تا امولسیون‌ها را تثبیت کنند.

در امولسیون‌های ساده، قطرات ریز پراکنده فاز روغن توسط یک لایه امولسیفایر یا یک فیلم سطحی احاطه شده‌اند که به جدا نگه داشتن قطرات کمک می‌کند. امولسیفایرها به صورت غیر یونی (بدون بار)، آنیونی (بار منفی) یا کاتیونی (بار مثبت) طبقه‌بندی می‌شوند. آن‌ها همچنین می‌توانند پلیمرهای غیر یونی یا باردار کاهنده کشش سطحی باشند. استفاده از مخلوطی از امولسیفایرها برای دستیابی به نتایج مطلوب متداول است.

امولسیفایرهای مناسب برای تشکیل انواع امولسیون‌ها

وقتی می خواهید امولسیفایر که باید از آن استفاده کنید را انتخاب کنید، شناخت نوع روغن موجود در امولسیون آب بسیار مهم است.

انواع امولسیون‌ها

انواع آن شامل امولسیون‌های میکروامولسیون، نانو/میسلولار و شبکه ژل‌های لایه‌ای (LGN) است.

شبکه ژل‌های لایه‌ای (LGN)

سیستم‌های مبتنی بر LGN رایج‌ترین روغن در امولسیون‌های آب هستند که در فرمولاسیون مراقبت از پوست استفاده می‌شود. LGN ها ترکیبی از سورفکتانت‌های بلوری کم آب و لیپوفیلیک (HLB) هستند که می توانند ساختارهای لایه ای تشکیل دهند که می‌تواند آب را متورم، غلیظ و متصل کند.

این ساختارها دارای کشش سطحی بسیار پایینی هستند که می‌تواند به طور موثر فازهای روغن را امولسیون و تثبیت کند. LGN ها برای متفرق شدن و متورم شدن سورفاکتانت کم HLB به سورفکتانت HLB بالا نیاز دارند.در حالت ایده‌آل، سورفکتانت‌های HLB کم و زیاد باید دارای نقطه ذوب بیش از 50 درجه سانتی‌گراد باشند تا LGN های پایدار در برابر حرارت ایجاد کنند.

 متداول‌ترین مواد دارای HLB پایین عبارتند از:

• ستیل الکل
• استئاریل الکل
• ایکوزانول (C20)
• بهنیل الکل (C22)
• گلیسیرین مونو استئارات (40-60 %)
• ستئارات 20
• سوربیتان مونو استئارات

سورفکتانت‌های دارای HLB بالا می‌تواند غیر یونی، آنیونی یا کاتیونی باشد و به طور کلی مشتقات اشباع C16-22 بهترین کار را می‌کنند. سورفکتانت HLB بالا نیز باید محلول در آب یا قابل دیسپرس باشد.

نسبت سورفکتانت‌ها برای پایداری بسیار مهم است زیرا تنها نسبت‌های خاصی به LGN ها اجازه می‌دهد به دلیل پارامترهای بسته‌بندی یا الزامات هندسی برای سورفکتانت‌ها تشکیل شوند. نسبت مطلوب معمولاً حدود 15 تا 30 درصد سورفکتانت HLB بالا به عنوان درصد کل سورفکتانت مورد استفاده است. سطح معمول استفاده از سورفکتانت کل برای ایجاد قوام شبیه به کرم 6-8% است.

سورفکتانت‌های HLB بالا توصیه شده عبارتند از:

• PEG 40 استئارات
• استئارات 20
• ستئاریل گلوکوزید
• پلی‌گلیسریل 2 یا 3 استئارات
• پلی‌گلیسریل 6 دی استارات
• اسائاریل گلوتامات سدیم
• سدیم لوریل لاکتیلات
• دی استئاریل دی متیل آمونیوم کلراید

نانو امولسیون‌ها

امولسیفایرهایی که برای حل شدن روغن‌ها یا ایجاد نانو امولسیون‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، به دلیل ماهیت میسل تشکیل شده، که بستگی زیادی به قطبیت روغن استفاده شده دارد، به انواع مختلف سورفاکتانت نیاز دارند. روغن‌های غیر قطبی ساختارهایی را تشکیل می دهند که در آن‌ها روغن در هسته میسل سلولی که گروه‌های دم هیدروکربوری در آن متمرکز هستند، قرار دارد.

سورفکتانت باید در فاز روغن مقداری محلول باشد تا به خوبی امولسیون شود. روغن‌های بسیار قطبی مانند عطرها بین گروه‌های سر قطبی در خارج از میسل قرار دارند. روغن‌های دارای قطبیت متوسط در لایه Palisade میسل واقع در بین زنجیره‌های هیدروکربن قرار دارند.

سطح استفاده از سورفکتانت معمولی برای حل شدن 1٪ عطر 3-5٪ است. برای 1 % روغن‌های غیر قطبی، این می‌تواند از 5 % تا 20 % متغیر باشد.

حلال‌کننده‌های توصیه شده برای روغن‌های قطبی عبارتند از:

• پلی‌گلیسریل 10 اولئات
• پلی‌گلیسریل 10 استئارات
• C12-C13 Pareth 9
• سوربیتان اولئات دسیل گلوکوزید کراس پلیمر

گزینه های پیشنهادی برای روغن‌های غیر قطبی عبارتند از:

• پلی‌گلیسریل 10 اولئات/ پلی‌گلیسریل 2 اولئات (مخلوط 80/20)
• ساکارز لائورات/گلیسیرین (70٪ روغن بدون آب در امولسیون پلیول، 20٪ گلیسیرین، 10٪ ساکارز لائورات).

میکروامولسیون‌ها

میکروامولسیون‌ها نوع دیگری از روغن شفاف در پراکندگی سلولی آب هستند که به دلیل کشش سطحی بسیار پایین فوراً با مخلوط کردن ساده تشکیل می‌شوند. آن‌ها نیاز به غلظت بالاتری از امولسیفایر در مقابل محلول های معمولی سلولی دارند. برخلاف سایر امولسیون‌های روغن موجود در آب، از نظر ترمودینامیکی پایدار هستند.

آن‌ها شامل یک فاز آبی، روغن، سورفاکتانت و یک سورفکتانت کمکی هستند.ماده سورفکتانت، معمولاً پلی ال یا آلکانول، به کاهش اندازه ذرات قطرات روغن کمک می‌کند. در زیر یک فرمول میکروامولسیون مدل برای امولسیون روغن‌های غیر قطبی تا قطبی متوسط آورده شده است.