اصول فرمول بندی انواع شامپو

فرمول بندی شامپو بدن و سر

مواد تشکیل‌دهنده استفاده شده در یک محصول مراقبت شخصی، مانند شامپو مو، شامپو بدن و صابون مایع، می‌تواند به چهار دسته اصلی تقسیم شود:

سورفکتانت‌های اولیه، سورفکتانت‌های ثانویه، مواد ویژه و مواد جزئی.

سورفکتانت‌های اولیه

این گروه از سورفکتانت‌ها دو عمل مهم را انجام می‌دهند – پاک‌سازی و کف کردن.خواص یک محصول مراقبت شخصی مطلوب شامل مخلوط شدن سریع و آسان با آب، ایجاد کف سریع؛ کف خامه‌ای خوب که هنگام استفاده از آن نرم و لطیف احساس می‌شود، تمیز کردن مؤثر خاک از مو و / یا پوست، قابلیت شستشو سریع و آسان، و احساس نرم و ابریشمی است.

سولفات‌های آلکیل و سولفات‌های آلکیل اتر مانند سولفات‌های سدیم / آمونیوم لوریل و سولفات‌های لوریت سدیم / آمونیوم، سورفکتانت‌های اولیه مقرون به صرفه ای هستند که در بسیاری از کاربردهای پاک‌کننده‌های شخصی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سولفات‌های آلکیل و سولفات‌های آلکیل اتر تقاضای مصرف‌کننده برای ایجاد کف و همچنین پاک‌سازی را برآورده می‌کنند. این سورفکتانت‌ها دارای کف مناسب و با قیمت مناسب، خاصیت پاک‌کنندگی بسیار خوبی دارند.بیشتر فرمول‌سازها ترجیح می‌دهند از ترکیبی از سدیم لوریل سولفات و لوریل اتر سولفات استفاده کنند.

سولفات‌های لوریل در مقایسه با سولفات‌های اتر کف خامه‌ای‌تری با حجم بالاتری از حباب‌های کوچک تولید می‌کنند. برای تولید محصولی با مشخصات کف مناسب و در عین حال متعادل، سولفات‌های لوریل و لوریل اتر در دامنه مشخصی از نسبت‌ها اضافه می‌شوند.

برای سدیم لوریل سولفات و سدیم لوریت -2 سولفات نسبت شروع خوب 3: 7 بر اساس مقدار سورفکتانت فعال است.این ترکیب از لوریل و لوریت سولفات یک ظاهر خوب و متعادل با کف ایجاد می‌کند که مصرف‌کننده از یک پاک‌کننده شخصی انتظار دارد. این نسبت همچنین یک نقطه شروع خوب برای پاسخ ویسکوزیته و خواص جریان کوتاه (غیر رشته‌ای) محصول نهایی است.

سولفات‌های لوریل آمونیوم / لوریت ممکن است از نظر مقدار کف تولید شده، شفافیت در دمای پایین و پاسخ ویسکوزیته در فرمول‌های خاص نسبت به نمونه‌های سدیم کمی بهتر باشند اما آن ها در pH بالاتر، می‌توانند آمونیاک  آزاد کنند.

برخی از خصوصیاتی که سورفکتانت‌های ثانویه به یک فرمول منتقل می‌کنند شامل افزایش ویسکوزیته، کف تثبیت شده و کاهش تحریک پوست و چشم است.

محصولات مرافبت شخصی مبتنی بر آلکیل سولفات ها و آلکیل اتر سولفات ها نسبتاً آسان و از نظر اقتصادی برای ایجاد ویسکوزیته مقرون به صرفه هستند. به طور کلی، یک سیستم دارای سولفات فعال 10٪ برای رسیدن یا افزایش ویسکوزیته 10،000 cps حدودا به 1-2٪ آلکانول آمید و 1-3٪ کلرید سدیم نیاز دارد.

در مورد رئولوژی، این نسبت لوریل به لوریت سولفات 3: 7 جریان کوتاه خوبی را برای سیستم ایجاد می‌کند. مقادیر بالاتر سولفات‌های لوریل ممکن است باعث ابجاد جریان رشته‌ای شود در حالیکه مقادیر بالاتر سولفات لوریت بافت خامه ای بهینه از کف را ندارد و ممکن است حداکثر ویسکوزیته را ایجاد نکند.

نحوه فرمول بندی شامپو

در گذشته، کوکامید DEA یک آلکانول آمید رایج برای ایجاد ویسکوزیته و پایداری کف بود و هنوز هم برخی از فرمول‌نویس‌ها از آن استفاده می‌کنند. این ماده مایع است و دارای خصوصیات متعادل برای ویسکوزیته‌سازی و همچنین تثبیت کف است.

آمیدهای با زنجیره بالاتر مانند اولآمید DEA به طور کلی ویسکوزیته‌های بالاتری نسبت به کوکو تولید می‌کنند (ثبات فعال دارند) اما پایداری کف آن‌ها به خوبی پایداری حاصل از کوکامید DEA نخواهد بود. برخی از فرمول‌دهنده‌ها از کوکامید MEA برای جلوگیری از مصرف DEA استفاده می‌کنند.

کوکامید MEA به طور کلی ویسکوزیته‌های نسبتاً بیشتری نسبت به کوکامید DEA ایجاد می‌کند، اما به اندازه ویسکوزیته حاصل از اولآمید DEA نیست. پایداری کف ارائه شده توسط کوکامید MEA با ثبات ارائه شده توسط کوکامید DEA قابل مقایسه است. کوکامید  MEA یک ماده جامد مومی است و برای تهیه محصول نهایی به حرارت نیاز دارد.

نمک‌ها مانند کلرید سدیم باعث افزایش ویسکوزیته سیستم‌های سولفات آمید می‌شود. بهتر است برای رسیدن به نتیجه مطلوب هر فرمول، یک منحنی ویسکوزیته نمک اجرا کنید، که می‌تواند با افزودن نمک به فرمول به میزان 0.2٪ یا بیشتر انجام شود.

پس از افزودن مقدار مشخصی نمک، ویسکوزیته به اوج خود می‌رسد و بعد از ان افزودن نمک مازاد به جای افزایش آن، ویسکوزیته را کاهش می‌دهد. این نوع منحنی برای تنظیم ویسکوزیته محصول مفید است. بعضی از فرمول‌دهنده‌ها به منظور کاهش ویژگی رشته‌ای فرمول، عمداً از منحنی فراتر می‌روند.

جریان رشته‌ای همچنین می‌تواند با افزودن کمی پلی سوربات 20 یا پروپیلن گلیکول به فرمول اصلاح شود. با این حال، این مواد نیز ویسکوزیته را کاهش می‌دهند، به همین دلیل در مقادیر بسیار کم مانند 0.1-0.5 % اضافه می‌شوند.

سورفکتانت‌های ثانویه

بتائین‌ها، مانند کوکامیدوپروپیل بتائین (CAPB)، به دلیل خاصیت کف‌کنندگی، ویسکوزیته بالا و ایجاد PH ملایم، سورفکتانت‌های ثانویه خوبی هستند. در برخی فرمول‌ها، CAPB به عنوان سازنده ویسکوزیته تنها نیز عمل می‌کند.

بنابراین، به عنوان مثال، فرمول های “فاقد آمید” را می توان با CAPB تهیه کرد. هنگامی که همراه با آلکانول آمیدها استفاده می‌شود، CAPB ویسکوزیته را بیشتر از آنچه که با آمید تنها حاصل می‌شود، افزایش می‌دهد.

به عنوان یک قاعده کلی، 10-20٪ آلکانولامید و 10-20٪ CAPB فعال بر اساس مقدار فعال سورفکتانت‌های اولیه، نقطه شروع خوبی برای توسعه فرمولاسیون است.

به عنوان مثال، با 10٪ فعاليت كل سولفات‌هاي آلكيل / آلكيل اتر، 1-2٪ از آلكانول آميد و 1-2٪ CAPB فعال (يا در حدود 3-6٪ در صورت تأمين) مورد نياز است. بنابراین یک فرمول شروع برای یک شامپوی درجه متوسط ​​ساده می‌تواند به شرح زیر باشد:

مواد تشکیل‌دهنده٪ Wt.

• سدیم لوریل سولفات 10.0 (به منظور ارائه 30٪ فعال)
• سدیم لوریت -2 سولفات 26.0 (به منظور ارائه 27٪ فعال)
• کوکامید DEA2.0
• کوکامیدوپروپیل بتائین 6.0
• نگهدارنده، اسانس، مواد رنگی.
• اسید سیتریک (در صورت نیاز) برای رسیدن pH به مفدار 6.0

طیف گسترده‌ای از سورفکتانت‌های ثانویه باعث بهبود خواص نرم بودن محصولاتی مانند ژل‌های دوش، شامپوهای کودک و محصولات حمام کودک می‌شوند.

از آمفوتریک‌های مانند آمفواستات‌ها و آمفوپروپیونات‌ها برای ایجاد ملایمت در محصول استفاده می‌شود. سولفوسوکسینات‌ها، آلکیل پلی‌گلوکوزیدها، بتائین‌ها، سولتایین‌ها، سارکوزینات‌ها، ایزوتیونات‌ها، تائورات‌ها، استرهای سوربیتان اتوکسیله شده و سورفکتانت‌های مبتنی بر آمینو اسید باعث بهبود ملایمت محصول می‌شوند.

جنبه مهم فرمول شامپو، مشخصات خوب کف است. به همین دلیل مهم است که مقداری از سولفات آلکیل / آلکیل اتر در فرمول نگهداری شود و یک یا ترکیبی از برخی سورفکتانت‌های ملایم در آن گنجانده شود.

مواد ویژه

مواد ویژه شامل طیف گسترده‌ای از مواد مانند عوامل تهویه، مواد افزودنی خاص، پروتئین‌ها و ویتامین‌ها هستند. شامپوهای نرم‌کننده، که فرمول‌های 2 در 1 نیز نامیده می‌شوند، از عوامل تهویه مانند آمین‌های چرب، کوات‌های چرب، پلی دی متیل سیلوکسان‌ها، سیلوکسان‌های اصلاح شده ارگانیک (گروه‌های عاملی آمینه، سیلیکون‌های کواترنیزه) و پلیمرهای کواترن (سلولز و گوارگام) استفاده می‌کنند.

آمین‌ها باید با هر سورفکتانت آنیونی موجود در فرمول سازگار باشند. یک فرمول‌ساز باید کیفیت و کمیت کوات چرب و آمین چرب را به دقت انتخاب کند تا از تجمع سنگین و اثرات مسطح شدن در محصول نهایی جلوگیری کند.

سیلیکون‌ها برای درخشش و درخشندگی خوب هستند. مقادیر کم سیلیکون بدون تجمع زیاد، تهویه نور را به خوبی انجام می‌دهد. پلیمرهای کواترنیزه مانند سلولز کواترنیزه نیز در صورت استفاده در مقادیر مناسب، یک اثر تهویه نور و کنترل استاتیک و شانه زدن آسان را ایجاد می‌کنند.

مواد افزودنی ویژه

فرمول‌های شامپو ممکن است حاوی مواد افزودنی خاصی نیز باشند. برخی از این مواد عبارتند از:

پروتئین‌ها: پروتئین سویا هیدرولیز شده، پروتئین جوانه گندم هیدرولیز شده، پروتئین شیر هیدرولیز شده، ابریشم هیدرولیز شده و کلاژن هیدرولیز شده.

ویتامین‌ها: پانتنول، بیوتین، ویتامین E استات، ویتامین A پالمیتات و D.

مرطوب‌کننده‌ها: گلیسیرین گیاهی، پروپیلن گلیکول، سدیم PCA، سورفکتانت‌های پایه اسید آمینه و اسید هیالورونیک.

نرم‌کننده‌ها: استرها مانند ایزوپروپیل میریستات، دسیل اولئات و C12-15 آلکیل بنزوات دوست دارند.

روغن‌های طبیعی: روغن جوجوبا، روغن آلوئه‌ورا، روغن گلرنگ و روغن بادام شیرین.

گیاهان دارویی: بابونه، آلوئه‌ورا، رزماری و رازک.

رایحه‌درمانی: اسانس اسطوخودوس، کانانگا ادوراتا، نعنای هندی و سایر روغن‌های اساسی.

مواد تشکیل‌دهنده جزئی

شامل مواد نگهدارنده آرایشی، عطر، رنگ، تنظیم‌کننده‌های pH و عوامل کیلیت ساز است.

روش های بهبود فرمول شامپو

در تهیه فرمول شامپو اقتصادی با 6-8٪ مواد جامد سورفکتانت، یادآوری این نکته ضروری است که بازار به سمت مواد طبیعی و قابل تجزیه بیولوژیکی گرایش دارد. بنابراین مهم است که یک سیستم سورفکتانت پیدا کنیم که ارزان و در عین حال کف آن زیاد باشد، از منابع طبیعی، گیاهی و قابل تجزیه بیولوژیکی حاصل شود.

آلکیل سولفات‌ها و آلکیل اتر سولفات‌ها متناسب هستند. می توانید سدیم و آمونیوم لوریل سولفات ها و سدیم و آمونیوم لوریل اتر سولفات‌ها را که از روغن نارگیل طبیعی گرفته شده‌اند تهیه کنید. همه آن‌ها سورفکتانت‌های آنیونی زیست تخریب‌پذیر با کف فراوان هستند.

یک نقطه شروع خوب برای یک شامپو اقتصادی شامل 7٪ سولفات آلکیل فعال / سولفات آلکیل اتر، حدود 1٪ کوکامید DEA و کلرید سدیم کافی برای بدست آوردن حداکثر ویسکوزیته است.با افزودن نمک، ویسکوزیته تا غلظت خاصی از نمک شروع به افزایش می‌کند و پس از آن نمک مازاد باعث کاهش ویسکوزیته می‌شود.

به طور کلی، هرچه مقدار سورفکتانت آنیونی و آمید بیشتر باشد، مقدار نمک مورد نیاز برای رسیدن به ویسکوزیته اوج کمتر خواهد بود. فرمول‌کننده‌ها بتایین مانند کوکامیدوپروپیل بتائین را در شامپوها برای ایجاد ملایمت، ویسکوزیته و حالت خامه‌ای به کف اضافه می‌کنند.

کوکامیدوپروپیل بتائین همچنین بر منحنی ویسکوزیته نمک تأثیر می گذارد. ترکیبات ایجاد کننده ویسکوزیته دیگر مانند پلیمرهای سلولزی، پلی‌اکریلات‌ها و استرهای بسیار اتوکسیله نیز بر منحنی تأثیر خواهند گذاشت.

بنابراین منحنی نمک باید با فرمول نهایی و سایر مواد موجود در آن اجرا شود. تاکنون در مورد افزایش ویسکوزیته صحبت کردیم اما گاهی اوقات، یک فرمول بسیار ضخیم و چسبناک می‌شود. این فرمول ممکن است دارای یک مشکل جریان رشته ای و طولانی نیز باشد.

کاهش ویسکوزیته

یکی از راه‌های کاهش ویسکوزیته و خصلت رشته ای فرمول، عبور از نقطه اوج منحنی نمک و کاهش ویسکوزیته با افزودن مقدار نمک اضافی است. این همچنین ویژگی جریان رشته‌ای فرمول را کاهش می‌دهد.تکنیک‌های دیگر برای کاهش ویسکوزیته شامل افزودن الکل (اتانول دناتوره) و / یا گلیکول ها (پروپیلن گلیکول) است.

مواد سورفکتانت با نسبت آبدوستی بالاتر (گروه آبدوست حجیم و آبگریز نسبتاً کوچکتر) مانند زولین سولفونات ها نیز ویسکوزیته را کاهش می دهند.سورفکتانت‌های غیر یونی خاص مانند پلی سوربات 20 نیز تمایل به کاهش ویسکوزیته فرمول‌های مبتنی بر سورفکتانت آنیونی دارند.

یکی دیگر از جنبه‌های مهم اصلاح‌کننده‌های ویسکوزیته، حس (و هر اصلاح دیگری برای مثال در پروفیل کف) فرمولی است که آن‌ها معرفی می‌کنند.منحنی دما / گرانروی و pH / ویسکوزیته نیز معیارهای مهم برای انتخاب ویسکوزیته سازندگان هستند. منحنی های نسبتاً مسطح ترجیح داده می‌شوند.

به عبارت دیگر، شما می‌خواهید هنگام تغییر دما یا pH در هنگام ذخیره‌سازی یا استفاده، گرانروی فرمول نسبتاً بدون تغییر بماند.آلکانول آمیدها نه تنها ویسکوزیته را می‌سازند بلکه به عنوان تثبیت‌کننده کف نیز عمل می کنند. آلکانول آمیدها همچنین “بافت محصول” را افزایش می دهند و روانکاری فرمول را با هزینه نسبتاً کمتری فراهم می کنند.

کوکامید DEA در مقایسه با اولئامید DEA افزایش ویسکوزیته نسبتاً کمتری را نشان می دهد اما پایداری کف بهتری دارد که ویسکوزیته بالاتر اما ثبات کف کمتری را فراهم می‌کند. مشتقات سلولز مانند هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) یا هیدروکسی اتیل سلولز (HEC) باعث ایجاد ویسکوزیته، پایداری کف و روانکاری می‌شوند. پراکندگی این پلیمرها ممکن است مشکل باشد و به زمان و نوع خاصی از تجهیزات اختلاط نیاز دارد.

استفاده از پلیمرها در فرمول بندی شامپو

استفاده از پلیمرهای بهبود دهنده سطح باعث می‌شوند پراکندگی و هیدراتاسیون در آب راحت تر صورت بگیرد.اگر نمک و یا الکترولیت‌های دیگری در فرمول وجود دارد، اطمینان حاصل کنید که پلیمر قادر به تحمل آن مقدار نمک خواهد بود. از پلیمرهای طبیعی مانند صمغ زانتان یا گوارگام نیز می توان به عنوان سازنده ویسکوزیته استفاده کرد.

گوار نیز به عنوان ترکیب فعال کاتیونی  عمل می‌کند. گوار کاتیونی نه تنها ویسکوزیته را افزایش می دهد بلکه برخی از خصوصیات تهویه را به فرمول اضافه می‌کند.به همین ترتیب، پلی کواترنیوم 10، یک سلولز کاتیونی، باعث افزایش شرایط و ایجاد ویسکوزیته می‌شود. این پلیمرها علی‌رغم کاتیونی بودن، به طور کلی با سورفکتانت‌های آنیونی سازگار هستند.

با این حال، همیشه یک تست پایداری را در دمای مختلف (دمای اتاق، یخچال، اجاق در دمای 500 درجه سانتی‌گراد و ذوب و انجماد) برای فرمول جدید انجام دهید.اکریلات ها همچنین ویسکوزیته ایجاد می‌کنند. پلیمرهای اصلاح شده هیدروفوبیک که به صورت 30٪ مایعات فعال در دسترس هستند، بدون هیچ مشکلی در پراکندگی و هیدراته شدن یک پلیمر پودر شده در آب، سهولت پردازش را ایجاد می‌کنند.

مواد بسیار اتوکسیله مانند PEG-120 متیل گلوکز دی اولئات، PEG-150  دی استئارات، PEG-150 پلی گلیسریل-2 تری استئازات و PEG-150  پنتااریتریتول تترا استئارات نیز به عنوان غلیظ کننده استفاده می شوند، به ویژه در مواردی که سورفکتانت غیر یونی یا مواد فعال‌کننده سطح سخت‌کننده وجود دارد.

بعضی از این غلیظ‌کننده‌ها، مثلاً دی استئارات PEG-150، جامدات مومی هستند که باید با گرما حل شوند و به صورت دستی مخلوط شوند. آن‌ها همچنین احساس سنگینی را اضافه می‌کنند که کمی چسبنده است.

محصولات ضخیم شده با دی اولئات گلوکز PEG-120 ممکن است دارای منحنی نسبتاً تیز دما / گرانروی باشند. به عنوان مثال، ممکن است افت ویسکوزیته شدیدی با افزایش نسبتاً کم دما وجود داشته باشد.

تست مجدد محصول

هیچ  فرمول‌بندی بدون ایمنی مناسب، فیزیکی، شیمیایی، عملکرد، پایداری و تست پانل مصرف‌کننده کامل نیست. بهتر است بیش از یک یا دو فرمول نهایی از نمونه اولیه داشته باشید.

فرمول ها را از طریق این آزمون ها مورد بررسی قرار دهید و سپس فرمول نهایی را انتخاب کنید. اما برخی فرمول‌ها را برای تهیه نسخه پشتیبان نگه دارید. یکی دیگر از جنبه‌های مهم توسعه محصول “افزایش مقیاس محصول” است. هر فرمولی، هر چقدر هم در آزمایشگاه خوب به نظر برسد، فاقد ارزش است مگر اینکه بتواند در کارخانه شما مورد بهره برداری قرار بگیرد.

هنر فرمول سازی یک شامپو هنر متعادل‌سازی خواص مطلوب در فرمول و به حداقل رساندن موارد نامطلوب در حالی که دستیابی به هزینه مواد اولیه مشخص شده است. به عنوان مثال، در بسیاری از فرمول‌ها، افزایش ویسکوزیته می‌تواند با افزایش رشته‌ای بودن همراه باشد که کار فرمول ساز رسیدن به ویسکوزیته بسیار مطلوب و بدون جریان رشته‌ای نامطلوب است.