化妆品的乳化与增溶教学课件PPT.ppt

第五节化妆品的乳化与增溶 润湿渗透作用 分散乳化作用 增溶作用 泡沫作用 前面我们学习了化妆品的各种基础原料 然而 如何将这些种类不同的原料溶合在一起 形成一个稳定的体系呢 乳化和增溶是常用的两种手段我们首先介绍增溶作用 增溶作用 某些难溶或不溶于水的有机物可因表面活性剂胶团的形成 而大大提高其溶解度 这种现象称为增溶 或加溶solubilization 作用 例如 乙基苯在水中的溶解度极小 但在1l0 3mol l的十六酸钾水溶液中竟可溶解50g 1 增溶作用只在表面活性剂cmc以上才明显进行 关于增溶过程的一些认识 2 增溶过程是一个自发过程 形成稳定体系 这也意味着反向析出过程难以进行 3 增溶作用与混合溶剂作用和乳化作用均不同 4 目前对增溶作用的研究中 最受关注的包括 增溶物在胶团中的增溶量 被增溶物在胶团中的位置 增溶作用的平衡常数 增溶作用标准热力学函数变化 增溶作用是发生在表面活性剂胶团中的现象 而增溶位置与表面活性剂和增溶物的特点有关 因此 一切影响表面活性剂胶团化作用 涉及 cmc值 胶团大小 胶团表面带电状况等 的因素及增溶物的性质 均会影响增溶作用 这些影响主要表现在增溶量的大小上 影响增溶作用的因素 下面我们将对影响增溶作用的一些因素进行分析 1 表面活性剂结构与性质的影响 对饱和烃和级性小的有机物 在同系表面活性剂水溶液中的增溶能力 随表面活性剂碳氢链增长而增加 这是由于此类增溶物通常主要增溶于胶团内核 c h链增长 cmc 胶团聚集数 胶团增大而c h链中的支链或不饱和结构 则使增溶量减小 对增溶量 一般非离子表面活性剂 阳离子表面活性剂 阴离子表面活性剂 2 被增溶物的结构与性质的影响 增溶物无论处于胶团中何种位置 增溶量都与它的分子量 分子体积 构型和分子极性有关 一般来说 饱和烃和芳烃的增溶量随c链增长和摩尔体积增大而减少 烯烃 环烷烃比其同c数的饱和烃的增溶量大 单环芳烃比同c数的链烃增溶量大 这可能是溶于胶团中的位置不同所致 增溶物的极性增大 溶解量也增大 3 无机电解质的影响 对于离子型表面活性剂 电解质加入可降低其cmc值和增加胶团聚集数 这将对增溶作用产生影响 胶团聚集数增加导致胶团内部容积增大 有利于增大增溶于胶团内核的非极性有机物的增溶量 但电解质中表面活性离子的反离子使胶团中表面活性剂离子端基团静电斥力减小 栅栏层堆积密度增大 增溶于此区域的极性有机物的增溶量将减小 各种胶束的形状 4 非电解质的影响 非电解质主要是指极性和非极性有机物 它们的加入也明显影响表面活性剂cmc和胶团聚集数 极性有机物 如 长c链醇 胺和酚等 的加入可提高非极性增溶物在离子型表面活性剂溶液中的增溶能力 这是因为极性有机物在构成胶团的表面活性剂离子内起间隔作用 减小端基的电性排斥作用 并且不利于外界水相与胶团内核的接触 胶团表面曲率半径增大 内核容量增加 从而提高非极性有机物的增溶量 一般来说 极性有机添加物c h链越长 极性越小 非极性增溶物增溶量越大 非极性有机物的加入常可使胶团增大 有利于极性有机物增溶于胶团的栅栏层中 有机添加物体系 表面活性剂 溶剂 增溶物 有机添加剂 非常复杂 也许今后有人能将这些影响研究得更透彻一些 5 温度的影响 温度对增溶的影响主要从两个方面来考虑 温度的变化引起胶团性质 cmc 胶团聚集数 胶团大小等 的改变 温度改变分子间相互作用 被增溶物与表面活性剂之间的作用 表面活性剂与溶剂之间的作用 一般来说 温度对离子型表面活性剂的cmc和胶团聚集数影响较小 因此 对于离子型表面活性剂 温度升高 热运动使胶团中可供容纳增溶物的空间增大 提高增溶物在胶团中的溶解度 5 温度的影响 对非离子表面活性剂溶液 温度对增溶作用的影响常与增溶物的性质有关对非极性增溶物 温度升高增溶量增大 这可能是由于温度对非离子表面活性剂的cmc 胶团聚集数影响较大的缘故增溶于非离子型表面活性剂胶团聚氧乙烯链所构成的栅栏层的极性有机物 特点是短链化合物 温度升高至表面活性剂浊点时 增溶量出现最大值 温度继续升高 增溶量急剧下降 这可能是由于非离子表面活性剂亲水的聚氧乙烯基脱水使其缠绕紧密 减小了有效增溶空间所致 6 水溶性助长剂的影响 水溶性助长剂能与表面活性剂形成混合胶束 但由于其亲水基部分大 疏水基小 倾向形成球形胶束 而不倾向形成层状胶束或液晶结构 因而阻止了液晶形成 从而增加表面活性剂在水中的溶解度及其胶束溶液对有机物的溶解能力 乳状液及影响乳状液类型的因素 乳化作用 emulsification 在一定条件下 使互不混溶的两种液体形成有一定稳定性的液液分散体系的作用 在此体系中 被分散的液体 分散相 以小液珠形式分散于连续的另一种液体 分散介质 中 此体系称为乳状液 emulsion 形成乳状液的两种液体 一种通常为水 另一种通称为 油 若分散相为油 分散介质 连续相 为水时 则形成的的乳状液称为 水包油型 乳状液 用o w表示 反之为w o型乳状液 乳状液具有极大的相界面积 例如 将10ml油以直径为0 2mm大小的液滴分散于水中形成o w型乳状液时 相界面积将增大106倍 对乳状液的分析 1 要得到乳状液 必须做功 2 乳状液有大的界面能存在 故属热力学不稳定体系 有自动聚结 coalescence 分层 creaming 沉降 sedimentation 等变化趋势 3 相界面积一定后 如果要让体系趋向稳定 只有降低界面张力 最有效的方法就是加入适宜的表面活性剂 影响乳状液类型的因素分析 1 能量因素与bancroft规则 1913 bancroft规则 在构成乳状液体系的油 水两相中 乳化剂溶解度大的一相为连续相 形成相应类型的乳状液 若表面活性剂疏水端与油相界面张力 亲水端与水相界面张力 油相一侧将收缩为液滴 水成为连续相 即o w型 显然水溶性好的乳化剂 在水界面上有较低的界面张力 bancroft规则应用于带支链的乳化剂时常出现例外 因为这类乳化剂大多只能形成w o型乳状液 2 几何因素与定向木契理论 在油水界面 表面活性剂分子如一 定向契 表面活性剂分子中相对截面积较大的一端总是朝向乳状液的连续相 考虑几何因素时 只有在较高浓度时 在油水界面上的表面活性剂才能紧密排列 此时几何因素才明显的作用 2 几何因素与定向木契理论 3 液滴聚结动力学因素 在乳化剂存在下 将油和水一同搅拌 形成的乳状液的类型取决于搅拌时同时形成的油滴 水滴各自的聚结速度 聚结速度快的那一相成为连续相 慢的成为分散相 若两相液滴聚结速度相近时 体积大的一相将成为连续相 形成乳状液时 乳化剂吸附于相界面亲水端 对油滴聚结起阻碍作用 疏水端对水相聚结起阻碍作用 若亲水性占优势 则对油滴形成阻碍作用要大 因而形成水成连续相 o w型 4 物理因素 乳状液的制备方法和制备用容器壁的性质 有时候也可以影响乳状液类型 亲水性强的器壁容易形成o w型 疏水性强的器壁容易形成w o型 乳状液的稳定因素 在实际应用中 乳状液的稳定性是指分散相液滴对聚结的抑制能力 乳状液中液滴聚结成大液滴 最终发生破乳 这一过程的速率主要与下列因素有关 界面膜的物理性质 液滴间静电排斥作用 高聚膜的空间阻碍作用 连续相的粘度 液滴大小与分布 相体积比 温度等 在这些因素中 以界面膜的物理性质 电性作用和空间阻碍作用最为重要 1 界面膜的物理性质 乳状液分散相液滴相互碰撞是发生聚结的前提 在液滴碰撞而聚结的过程中 液滴界面膜的机械强度是决定乳状液稳定性的首要因素 为使界面膜有大的机械强度 界面膜必须是凝聚膜 并且具有良好弹性 采用混合表面活性剂可有效提高界面膜的机械强度 通常选择乳化剂时 选择一对或一系列表面活性剂 如 将span 80与tween 40两种表面活性剂配合作为乳化剂 2 电性作用 乳状液液滴表面可因多种原因而带有某种电荷 这些原因包括离子型表面活性剂的电离 某些离子在液滴表面的吸附 液滴与介质的摩擦等 对o w型电性作用至关重要对w o型水滴带电少 且因连续介质介电常数小 双电层厚 静电作用对乳状液稳定性影响较小 3 空间稳定作用 用聚合物作为乳化剂时 界面厚度大 如同在液滴周围形成厚的亲液性保护层 这种保护层构成了液滴靠近和接近时的空间障碍 液滴大小的分布 液滴大小分布均一的体系 比平均大小相等但液滴大小分布宽的乳状液稳定性好 小液滴有碰撞成为为大液滴的趋势 均一的乳状液一般粘度也高 粘度增大使得扩散系数减小 液滴碰撞频率和聚集速度降低 稳定性增加 温度的影响 温度的改变可引起界面张力 界面膜的性质与粘度 乳化剂在两相中的溶解度 液相蒸汽压 分散相液滴的热运动等的变化 这些变化对乳状液的稳定性都会产生影响 甚至可引起乳状液的变型和破乳 提高温度 是使某些乳状液分层和破乳的物理方法之一 乳化剂的选择 通常 根据乳化剂的结构来选择乳化剂 首先应考虑乳化剂与产品中其他成分的相容性和体系的稳定 如是否能与体系的ph值和电解质相容 其次 依据hlb理论进行乳化剂的选择 如果要配制o w型乳化剂 则应在o w型乳化剂中进行筛选 反之则反 最后 应进行乳化剂试验以检验所选择的乳化剂是否能使膏体稳定和细腻等 以获得最佳的乳化效果 根据hlb值确定乳化剂时的几点经验规律 1 多组优选 乳化剂按hlb值计算 总能找到合适的组合 一般来说 组分间的hlb值有一些差别 但不要大于5为好 宜多选择一些乳化剂组合进行实验优选 2 确定为主组分 保证乳化体类型 对于o w型乳化体 应选择亲水性强的乳化剂 而对于w o型乳化体 应选择亲油性强的乳化剂 只有这样 才能保证乳化体的稳定 3 计算为辅 实验为主 所计算的hlb值只是给出了大致范围 提供一定的指导 要保证乳化体的稳定性 还必须以实验为准 常用的乳化体化妆品 固体膏霜 呈半固体状不能流动 包括雪花膏 营养润肤霜 祛斑霜 粉刺霜 柠檬霜 冷霜 清洁霜等 液体乳液 呈液态能流动 包括奶液 清洁奶液 营养润肤奶液 防晒奶液等 人的皮脂组成 whealey测定了80人的皮脂后提出的 发表在美国化妆品工业会志 tga 上 皮脂的主要成分包括游离脂肪酸 蜡类 三甘油酯 单和二甘油酯 角鲨烯 其它烃类 硬脂酸脂 游离硬脂酸类和微确定组分和微量元素 雪花膏 基础配方 配方实例 润肤霜 润肤霜是一种乳剂制品 其作用是使所含的润肤物质补充皮肤中天然存在的游离脂肪酸 胆固醇 油脂的不足 也就是补充皮肤中的脂类物质 使皮肤中的水分保持平衡 经常涂用润肤霜能使皮肤保持水分和健康 逐渐恢复柔软和光滑 水分是皮肤最好的柔软剂 能保持皮肤的水和健康的物质是天然调湿因子 简称nmf 如果要使水分从外界补充到皮肤中去是比较困难的 行之有效的方法是防止表皮角质层水分的过量损失 天然调湿因子有此功效 天然调湿因子存在于表皮角质层细胞壁及脂肪部分 表皮角质层含脂肪11 和天然调湿因子30 表皮透明层含有磷脂 它是一种良好的天然调湿因子 乳化剂的加入方式 1 乳化剂溶于水中的方法将乳化剂直接溶解于水中 在激烈搅拌作用下慢慢地把油加入水中 制成o w型乳化体 如果要制成水 油型乳化体 那么就继续加人油相 直到转相变为水 油型乳化体为止 此法所得的乳化体颗粒大小很不均匀 因而也不很稳定 2 乳化剂溶于油中的方法将乳化剂溶于油相 用非离子表面活性剂作乳化剂时 一般用这种方法 有2种方法可得到乳化体 将乳化剂和油脂的混合物直接加入水中形成为油 水型乳化体 将乳化剂溶于油中 将水相加入油脂混合物中 开始时形成为水 油型乳化体 当加入多量的水后 粘度突然下降 转相变型为油 水型乳化体 这种制备方法所得乳化体颗粒均匀 其平均直径约为0 5 m 因此常用此法 乳化剂的加入方式 3 乳化剂分别溶解的方法将水溶性乳化剂溶于水中 油溶性乳化剂溶于油中 再把水相加人油相中 开始形成水 油型乳化体 当加人多量的水后 粘度突然下降 转相变型为油 水型乳化体 如果做成w o型乳化体 先将油相加入水相生成o w型乳化体 再经转相生成w o型乳化体 这种方法制得的乳化体颗粒也较细 因此常采用此法 4 初生皂法用皂类稳定的o w型或w o型乳化体都可以用这个方法来制备 将脂肪酸类溶于油中 碱类溶于水中 加热后混合并搅拌 两相接触在界面上发生中和反应生成肥皂 起乳化作用 这种方法能得到稳定的乳化体 例如硬脂酸钾皂制成的雪花膏 硬脂酸胺皂制成的膏霜 奶液等 5 交替加液的方法在空的容器里先放人乳化剂 然后边搅拌边少量交替加入油相和水相 这种方法对于乳化植物油脂是比较适宜的 在食品工业中应用较多 在化妆品生产中此法很少应用 润肤霜配方实例 p145 配方1润肤霜配方2营养霜 冷霜类化妆品 冷霜也叫香脂或护肤脂 是一种w o型乳