O/W Emülsiyon Kararlılığında Alkil Fosfat ve PEG Emülgatörleri

O/W emülsiyonunun emülsifikasyon stabilitesi tek bir performans indeksi değil, emülgatörün moleküler yapısı, arayüzey adsorpsiyon yöntemi ve makroskopik faz organizasyonunun kombinasyonunun sonucudur. Şu anda, piyasadaki ana akım O/W emülgatörleri esas olarak iki kategoriye ayrılmıştır, yani uzun yıllardır kullanılan PEG emülgatörleri ve gelişmiş performansa sahip alkil fosfat emülgatörleri. Her ikisi de aşağıdaki etkiyi elde edebilecek gibi görünüyor: Yağ-su emülsifikasyonu, ancak moleküler adsorpsiyon, arayüzey film oluşumu, faz stabilitesi ve makroskobik performansta önemli farklılıklar vardır.

I.O/W emülsiyon stabilitesinin temel mantığı

İki tip emülgatör arasındaki performans farklılıklarını ayırt etmek için öncelikle O/W emülsiyon stabilitesinin temel mantığını açıklığa kavuşturmamız gerekir. Nitelikli ve stabil bir emülsiyonun, moleküler katmanın, ara yüzey katmanının ve makro yapının tam faz organizasyonu desteğine dayanması gerekir. Herhangi bir katmanın yapısındaki herhangi bir dengesizlik, genel sistem kararlılığının çökmesine yol açacaktır. Bu aynı zamanda faz davranışının emülsiyonun kalitesini belirlemesinin temel nedenidir.

İlk katman, emülsiyonun stabilitesinin temelini oluşturan moleküler adsorpsiyon katmanıdır. Emülgatör moleküllerinin, yağ-su arayüzünde eşit şekilde adsorbe edilmesi gerekir. Hidrofilik ve hidrofobik grupların yönsel düzenlemesi sayesinde, yağ-su arayüzünün gerilimi azaltılarak gresin sulu fazda eşit şekilde dağılabilmesi sağlanır. İkinci katman, arayüzey film tabakasıdır. Adsorbe edilen emülgatör molekülleri, yağ damlacıkları arasındaki çarpışmaya ve toplanmaya direnmek ve topaklanma ve tabakalaşmayı önlemek için yağ damlacıklarını saran sürekli bir ara yüzey filmi oluşturmak üzere toplanacaktır. Üçüncü katman, düzenli ve tekdüze bir genel sistem oluşturmak ve sonuçta uzun vadeli stabilite elde etmek için eşit şekilde dağılmış sayısız sabit sarılmış yağ damlacıkları ile makroskobik bir damlacık ağ yapısıdır.

PEG emülgatörleri ve alkil fosfat emülgatörleri arasındaki çekirdek boşluğu, bu üç katmanlı yapıların kalıplama kalitesi ve stabilitesine yansır. Farklı moleküler yapılar, aynı zamanda bitmiş emülsiyonun stabilitesini, cilt hissini, hava koşullarına direncini ve diğer temel özelliklerini de doğrudan belirleyen çok farklı arayüz yönelimleri ve faz organizasyon formları oluşturmuştur. Formül tasarımında, su içindeki yağ emülsiyonlaştırıcılarının makul şekilde eşleştirilmesi, sistemin temel performansını kontrol etmenin anahtarıdır. İki tip emülgatörün seçimindeki fark, bitmiş ürünün kapsamlı performansını doğrudan yeniden yazacaktır.

II.Moleküler yapı farklılıkları

Bir emülgatörün faz davranışı esas olarak kendi moleküler yapısı tarafından belirlenir. PEG emülgatörlerinin ve alkil fosfat emülgatörlerinin moleküler hidrofilik ve hidrofobik grup özellikleri farklıdır. Yağ-su ara yüzeyindeki adsorpsiyon yöntemi, bağlanma kuvveti ve migrasyon yeteneği çok farklıdır ve sonunda tamamen farklı iki arayüzey membran yapısı oluşur.

2.1 PEG emülgatör

Günlük formüllerde yaygın olarak kullanılan Ceteareth-20 ve Steareth-21 gibi PEG emülgatörleri tipik noniyonik emülgatörlerdir. Çekirdek stabilizasyon mekanizması, EO zincirinin hidrasyonuna dayanır. Moleküler yapısındaki polietilen glikol zincir segmenti, su molekülleri ile çok sayıda hidrojen bağı oluşturabilir, yağ damlacıklarının yüzeyinde yoğun bir hidratlanmış katman oluşturabilir ve yağ-su emülsifikasyonunu sağlamak için solvasyona güvenebilir.

Bu adsorpsiyon yöntemi, yüksek dinamik aktivite ile karakterize edilen esnek bir arayüzey adsorpsiyon katmanı oluşturur. PEG emülgatör moleküllerinin arayüzdeki değişim hızı hızlıdır ve arayüz hızlı bir şekilde yeniden düzenlenebilir, bu da hızlı emülsifikasyonun üretim ihtiyaçları için uygundur ve toplu ve verimli emülsiyon üretimi için uygundur. Bununla birlikte, eksiklikler de çok açıktır. Esnek ara yüzey zarının yapısal mukavemeti sınırlıdır, moleküllerin ara yüzeye bağlanma kuvveti zayıftır ve ara yüzey hareketliliği yüksektir, bu da stabil bir ara yüzey iskeleti oluşturmayı imkansız hale getirir.

Faz davranışı açısından bakıldığında, PEG emülgatörleri tarafından oluşturulan O/W sistemi, yapının katı stabilitesinden ziyade emülsiyon durumunu korumak için sürekli dinamik dengeye dayanan tipik bir kinetik kararlı sistemdir. Bu aynı zamanda neden birçok PEG sistemi emülsiyonunun oda sıcaklığında kısa süreli depolama için iyi durumda olduğunu, ancak uzun süreli yerleştirme, ısınma veya dış kuvvetler tarafından rahatsız edilme sonrasında durum dalgalanmalarına eğilimli olduklarını da açıklar.

2.2 Alkil fosfat emülgatör

Potasyum potasyum setil fosfat ve c20-22 alkil fosfat ile temsil edilen alkil fosfat emülgatörünün benzersiz bir moleküler yapısı ve ikili avantajları vardır. Bir ucu, sulu faz ile güçlü bir iyonik etkileşim üretebilen ve sulu fazın moleküllerini sıkı bir şekilde bağlayabilen güçlü bir polar fosforik asit grubudur. Diğer uç, yağ fazını derinlemesine sabitleyebilen ve yağ ve su fazlarının güçlü bağlanmasını gerçekleştirebilen uzun zincirli hidrofobik alkil yapısıdır.

PEG emülgatörlerinin esnek membranı ile karşılaştırıldığında, alkil fosfatlar yarı sert bir arayüzey membranı oluşturabilir, arayüzey bağlama kuvveti büyük ölçüde iyileştirilir, yağ-su arayüzündeki moleküllerin hareketliliği önemli ölçüde azalır ve arayüzey yapısının düzenliliği ve stabilitesi daha yüksektir. Yağ damlacıklarının yüzeyindeki moleküler kütle yoğunluğu büyük ölçüde arttırılmıştır, bu da genel arayüzey enerjisini etkili bir şekilde azaltır ve yarı yapılandırılmış bir arayüzey ağı oluşturur.Bu yapı sert değildir ve sertleşmiştir ancak hem stabiliteye hem de esnekliğe sahiptir; dış ortamdan gelen müdahalelere direnebilir ve uygulandığında emülsiyonun pürüzsüz dokusunu garanti edebilir.

Ara yüzey yapısının benzersiz avantajlarına dayanarak alkil fosfat emülgatörleri, koyulaştırıcı süspansiyon sisteminin formülasyonunda sıklıkla kullanılır. Emülsifikasyon stabilitesini sağlarken, aynı zamanda sistemin tozun kalınlaştırılmasına ve süspanse edilmesine yardımcı olabilir ve emülsiyon tabakalaşması ve toz sedimantasyonu sorunlarını tek seferde çözebilir. Yüksek talep gören makyaj ve güneş koruyucu ürünler için uygundur.

III.Faz organizasyonu ve faz bölgesi özellikleri

Farklı arayüzey film oluşturma özelliklerine dayanarak, O/W sistemindeki iki tip emülgatörün faz organizasyonu morfolojisi, faz bölgesi aralığı ve faz kayma direnci önemli ölçüde farklıdır. Bu aynı zamanda formüldeki stabilite farkının da temel kaynağıdır. İkisi arasındaki kritik fark, faz diyagramı perspektifinden açıkça ayırt edilebilir.

3.1 PEG emülgatör sistemi

PEG emülgatörlerinin O/W faz bölgeleri aralığı nispeten geniştir ve HLB değeri çeşitli gres sistemlerine uyum sağlayacak şekilde ayarlanabilir ve formül oldukça uyarlanabilirdir, bu da yüksek popülaritesinin ana nedenidir. Ancak bu sistemin eksikliği, faz stabilitesinin zayıf olması ve sıcaklığa, elektrolite ve saklama süresine duyarlı olmasıdır.

3.2 Alkil fosfat sistemi

Alkil fosfat emülgatörlerinin O/W faz bölgesi nispeten konsantredir, bu da daha yüksek formül oranı doğruluğu gerektirir, ancak bunun karşılığında son derece güçlü faz stabilitesi gerekir. Oluşturduğu yarı yapılandırılmış arayüz ağı stabil bir yapıya sahiptir, sıcaklığa, elektrolite ve dış kuvvet bozukluklarına duyarlı değildir ve neredeyse hiçbir faz kayması sorunu yoktur.

Formül sisteminde Askorbil palmitat gibi yağda çözünen aktif bileşenlerin uygun bir miktarı kullanıldığında, alkil fosfat sistemi çeşitli aktif maddelerle stabil bir şekilde uyumlu olabilir ve sistem demülsifikasyonu ve bileşen inaktivasyonu sorunları yaşanmaz ve yüksek katma değerli emülsiyonların araştırılması, geliştirilmesi ve üretimi için uygundur.

IV.Makro uygulama performans karşılaştırması

Mikroskobik faz davranışı farklılıkları, viskozite stabilitesi, cilt dokusu, hava koşullarına dayanıklılık stabilitesi ve diğer boyutlar dahil olmak üzere bitmiş emülsiyonun makroskopik özelliklerine en sonunda sezgisel olarak yansıtılacaktır ve iki tip emülgatörün uygulanabilir senaryoları doğrudan bölünmüştür.

4.1 Viskozite stabilitesi

PEG emülgatörlerinin neredeyse hiç kalınlaştırma özelliği yoktur ve sistemin viskozitesi ek polimerlerin ve koyulaştırıcıların ayarlanmasına bağlıdır ve genel viskozite sistemi pasif ve kırılgandır. Aynı zamanda PEG sistemi elektrolitlere karşı çok hassastır. Formüle mineraller ve aktif elektrolit bileşenleri eklendikten sonra viskozitede ani düşüşler, sistemin incelmesi ve depolama stabilitesinin zayıf olması muhtemeldir.

Alkil fosfat sistemi aktif olarak kalınlaşma özelliğine sahiptir ve düzenli ara yüzey birikim yapısı sisteme doğrudan viskozite desteği sağlayabilir. Çok fazla eksojen koyulaştırıcı eklenmesine gerek yoktur ve sistemin viskozitesi daha doğal ve stabildir. Aynı zamanda mükemmel elektrolit toleransı çeşitli katkı maddelerine uyarlanabilir, uzun süreli depolama viskozite dalgalanmaları minimum düzeydedir ve bitmiş ürün daha stabil bir durumdadır.

4.2 Cilt dokusu performansı

PEG sistem losyonunun uygulanması pürüzsüz ve kullanımı hafiftir.

Alkil fosfat sisteminin cilt hissi daha avantajlıdır. Yarı sert ara yüzey yapısına dayanarak uygulama sırasında yapısal ve pürüzsüz bir doku sunar, doku düzgün ve hassastır.

V.Özel ürün inişi

Güzellik ve cilt bakımı losyonlarının mevcut formülasyonunun sorunlu noktaları göz önüne alındığında, farklılaştırılmış faz davranışının avantajlarına dayanan iki yeşil dereceli alkil fosfat emülgatör PHSPTER™16PK ve PHSPTER™922P, stabiliteyi, cilt hissini ve işlevselliği dikkate alarak farklı O/W emülsiyon araştırma ve geliştirme senaryolarına doğru bir şekilde uyum sağlar.

5.1 PHSPTER™16PK:

INCI'ye potasyum setil fosfat denir.

Temel avantajı mükemmel su direncidir. Film oluşturulduktan sonra, cilt yüzeyinde düzgün ve nefes alabilen bir su geçirmez film oluşturulabilir, bu da güneş koruyucu ve makyajsız ürünlerin makyajı tutma su geçirmezlik özelliğini etkili bir şekilde artırabilir ve terleme, su lekeli makyaj ve güneş kremi problemini önleyebilir. Aynı zamanda, cilt ağır bir film olmadan son derece hafif hisseder ve hafif makyaj kremleri, nemlendirici güneş koruyucuları, canlandırıcı cilt bakım losyonları ve diğer ürünler için uygundur. Ürünün geniş bir adaptasyon sistemi yelpazesi vardır ve formülün önerilen ilave miktarı %1-5.

5.2 PHSPTER™922P

INCI, c20-22 alkil fosfat & Stearil fosfat & Behenil alkol olarak adlandırılır.

Görünüm beyaz parçacıklardır. Yüksek stabiliteye sahip iskelet tipi bir emülsifiye sistemi olan bu ürün, mükemmel su direncinin korunması temelinde sistemin yoğunlaştırma kapasitesini optimize etmeye odaklanır.

Tek fosfatlı emülgatörler ve PEG emülgatörlerle karşılaştırıldığında 922P, yüksek stabiliteye sahip makyaj kremleri, yüksek büyütmeli güneş kremleri ve pudralı makyaj losyonları gibi üst düzey ürünleri kapsayan sahnelere uyum sağlar. Formülün önerilen dozajı da %1-5'tir. Geniş uyarlanabilirliğe ve basit kullanıma sahiptir. Emülgatör makyaj sahneleri için tercih edilen hammaddedir.

VI.Formül seçim özeti

Formül seçiminde hızlı emülsifikasyon, son derece ferahlatıcı ve hafif doku ararsanız ve hammadde maliyetini kontrol altında tutarsanız, sıradan cilt bakım losyonları ve temel nemlendirici losyonlar, temel emülsifikasyon ihtiyaçlarını karşılamak için PEG emülgatörlerini tercih edebilir. Ancak ürünün uzun ömürlü stabilite, su geçirmez makyaj, homojen toz dağılımı, yüksek sıcaklığa dayanıklı donma-çözülme veya güneş kremi, makyaj kremi ve üst düzey makyaj losyonu gibi yüksek talep gören kategorilere ihtiyacı varsa, alkil fosfat emülgatörleri en iyi seçimdir.

Bunlar arasında, PHSPTER™16PK temel olarak ışığa ve suya dayanıklıdır, hafif ve nemlendirici üst düzey emülsiyonlar için uygundur ve PHSPTER™922P ise esas olarak yüksek stabilitede koyulaştırıcıdır ve pudra, yüksek stabilite ve yüksek tutuşlu makyaj ürünleri için uygundur. İki ürün, üst düzey O/W emülsiyonlarının temel formül ihtiyaçlarını doğru bir şekilde karşılıyor.