目前,人們日常使用的化妝品幾乎是由某種載體所形成的等。其中以乳化體的形式居多,它有類似水溶液的流體、黏稠狀的乳狀液、半固體膏霜等形式制成的化妝品。而制得各種形式的乳化體,主要是表面活性劑的乳化作用。
一、乳狀液的概念
兩種互不相溶的液相,如油相和水相,以微小粒子(液滴或液晶)分散在另一相中所形成的體系稱為乳狀液,也稱為乳化體。在乳狀液中以微小粒子或液滴形式存在的那一相稱為分散相,或內相;而包圍在它外面的液體稱為分散介質,或外相、連續相。將水和油混合時,能夠形成兩種類型乳狀液。一種是油分散在水中,油是分散相,水是分散介質,形成的是水包油(O/W)型乳狀液,相反形成的是油包水(W/O)型乳狀液。
乳化機制
互不相溶的油和水兩相借助攪拌等方式使其混合,其中一相呈微球狀液滴分散于另一相中,形成暫時乳狀液,該乳狀液是一種熱力學不穩定的體系。
分散相的微球狀液滴直徑一般在0.05~10μm之間時,微小液球會相互聚集,力圖縮小界面積,降低界面能,分散的微小液球逐漸合并,液滴逐漸變大,最后使油和水重新分開成為兩層液體,油和水又恢復到原來狀態。如圖1
圖1 界面張力示意圖
為了使形成的乳狀液在較長時間內保持穩定,加入乳化劑,通過降低分散體系界面張力的作用,變成相對穩定的體系。如圖2
圖2 乳狀液形成示意圖
二、乳化穩定性因素油和水在乳化劑作用下可形成相對穩定的乳狀液,仍是熱力學不穩定的體系,要使乳狀液具有較好的穩定性,應從選擇合適的
乳化劑、降低界面張力、增加界面膜的強度等因素來考慮。
①依據乳狀液類型選擇乳化劑制備油/水型乳狀液。一般選用在乳狀液的水相中溶解度較大的乳化劑,通常多為低價的離子型表面活性劑。離子型乳化劑分子,使分散的油相液珠表面顯電荷,同種電荷的排斥作用,而使分散體系穩定。
高價的陰離子表面活性劑也有利于形成水/油型乳狀液。非離子乳化劑在分散相(水相)表面上通過氫鍵形成一層界面膜能降低界面張力,水相的液珠不易聚集,使體系穩定。
HLB值的計算
油相和乳化劑通常為混合成分存在于化妝品的配方中,根據Griffin的HLB值的理論計算方法,一般利用HLB值加和性來計算在此配方中混合組分的乳化劑HLB值和油相所需的HLB值,以判斷乳化劑配比設計的可行性。如圖3圖3 HLB計算公式
②界面膜的形成使分散體系穩定。加入乳化劑降低界面張力,同時乳化劑分子定向排列在界面上形成界面膜,界面膜保護分散相液珠,避免相互碰撞而發生聚結。乳化劑的量對形成界面膜的強度起著重要作用。混合乳化劑的使用對形成有一定的強度的界面膜是十分有利的,混合乳化劑分子使得形成緊密的、高強度的界面膜,令乳狀液穩定,這些極性有機物又稱為助乳化劑。如圖4
圖4
③分散相液電荷。乳狀液的分散相是以微小液珠形式存在,其界面上都帶有電荷。當使用離子型乳化劑時,極性端處于水相,非極性端伸向油相,而使分散相界面上帶有電荷。由于它們帶有同種電荷的排斥作用,提高了乳狀液的穩定性。
④分散介質的黏度。分散介質黏度大,可使分散的液珠運動受阻,減緩液珠之間碰撞,不易發生聚結,使乳狀液穩定。一般加入高分子聚合物可使分散介質黏度增大,還對滴珠表面形成界面膜的強度有利,提高乳狀液穩定性。
三、乳化不穩定形式
乳狀液的不穩定形式有三種方式:
分層、變型和破乳。分層是由于分散相和分散介質密度不同,出現分散微粒上升和下沉的現象;變型是乳狀液類型突然發生轉變;破乳是乳狀液體系完全破壞,分層與變形可同時發生。
1.分層是乳狀液中由于上下部分出現分散相的濃度差的現象,稱為乳狀液的分層。
2.變型是乳狀液不穩定的另一種形式,乳狀液可能由油/水型變為水/油型乳狀液或由水/油。
① 在油/水型乳狀液中,陰離子乳化劑使其表面帶有負電荷,在乳狀波中加入高價正離子,表面電荷被中和,使微小液珠易發生聚集。
② 聚集一起的液珠,可將水相(外相)在局部被包圍起來,形成不規則的水珠。
③ 液珠如發生破裂,則油相變成連續相,而水相變成了分散相,由油/水型乳狀液變成水/油型乳狀液。
3.破乳是指乳狀液完全破壞,造成油-水兩相分離。其中分層、變型和破乳也可以同時發生。
一般認為,乳狀液的破乳可分為
絮凝和
聚結兩步過程
從另外添加表面活性劑的作用可知,即使在較稀的乳狀液中,也可以使聚結速度成為決定因素,因為
表面活性劑對絮凝影響較小,能防止聚結過程的發生加入高價電解質,如 MgCl、CaCl等,
會加速聚結速度而使破乳易于發生,這是高價正離子中和液珠表面負電荷的作用所致。
溫度對破乳作用也是明顯的。
溫度升高,使液珠運動速度加快,導致絮凝速度增加,而使破乳易發生。從溫度對連續相黏度的影響來看,
溫度升高,連續相的黏度明顯降低,使界面膜易于破壞,也易發生破乳。
四、防腐劑在乳化穩定中的作用
化妝品中的原料、添加劑中含有大量的營養物質和水分,含有微生物生長、繁殖所必需的碳源、氮和水。微生物中的酶(如脫羧酶),可使化妝品中的脂類、蛋白質等水解,使乳狀液破乳,出現分層、變稀、滲水等現象,液狀化妝品則易出現混濁等多種結構性的變化;微生物的代謝產物還會影響化妝品的pH值,且可通過侵蝕化妝品中的物質,削弱甚至破壞乳化體系中的界面膜強度,使得乳化體系不穩定,造成降粘或者破乳現象。
因此
,在化妝品中合理地添加具有防腐作用的原料,選擇合適的防腐體系去抑制或殺死有害微生物、阻礙其繁殖,可以有效保護乳化體系的穩定,同時也避免化妝品腐敗變質,是保證產品質量是非常關鍵的一步。
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