稳定的低粘度油包水体系PPT课件.ppt

AnewmethodtopreparelowviscositybutstableW Osystem一种制备低粘度稳定油包水体系的新方法 CS PPshanghaiLab Page 2 Background研究背景 LowviscosityW Osystemisdifficulttomake especiallyforpowdercontainedformulaslikesunscreenlotion shake shakeformula andlowviscosityliquidfoundation Themainreasonisnoteasytostabilize oilseparationorpowdersedimentationalwaysoccurs 低粘度W O含粉体系 如防晒 shake shake配方 低粘度粉底液等 通常遇到的最大问题是离心出油或者粉沉积 体系难以稳定 Twomethodshavebeenstudiedtargetingtothistopic 对文献和经验中的两种解决办法进行了研究 1 Stabilizerslikefumedhydrophobicsilicaorhydrophobicbentonitewasstudiedandscreened butitcanonlygetstableviscositynolessthan5000cps 使用疏水的硅石或者膨润土 根据反复测试和筛选 可稳定的最低粘度为5000 6000cps2 ApatentfromBeiersdorf US7138128B2 claimedthatcationicpolymercanimprovestabilityoflowviscosity highwatercontentW Osystem buttheresultalsoshowstheloweststableviscosityisabove5000cps Beiersdorf的一篇专利宣称使用阳离子聚合物可以帮助稳定较低粘度的油包水体系 但是同样 最低的粘度还是在5000 6000cps Page 3 FindingsandStudies发现和研究 FindingsandStudies发现和研究Tocheckthepropertiesofsmallmocularweightcationicsurfactants Varisoft PATC palmitamidopropyltrimoniumchlorideforexample inW Osystem 根据在实验中的意外发现 阳离子表面活性剂 以VarisoftPATC棕榈酰胺丙基三甲基氯化铵为代表 可以降粘的同时提高稳定性 于是对以下三类体系进行研究 这三类体系涵盖了所有油包水的应用情况ThreemainW Osystemsarestudeid 主要研究的油包水体系1 WithsuperfinedpowderslikeTiO2orZnO超细的钛白粉和氧化锌 防晒产品2 WithpigmentspowderslikeTiO2颜料级的钛白粉 粉底产品3 Withoutanypowder不含粉的体系 普通产品 Page 4 NanoTiO2withVarisoftPATC超细TiO2 PATC的体系 PATChasanoptimumamountinthissystem atacertainrange viscositycanbeloweredbutsuspendingstabilityisimproved Thisfindingisveryinteresting 试验证实 PATC有一个最适添加量 在此用量下PATC不仅可以 使含粉体系 降粘 同时还可以提高体系的稳定性 O oilout W waterout分层破乳 Page 5 Microstructure 10X10 withdifferentPATCconcentrations100倍下的显微照片 EmulsionparticlesarelargerwithPATC 0原始配方乳化颗粒较大WithPTACincreased from0 5 to1 particlessizeisgettingsmallerandstabilityimproved加入0 5 PTAC后 乳化颗粒明显减小 体系的稳定性也有所提高With2 PTAC itshowsinhomogeneousandamultipleemulsionoccurs DuetothebrokenHLBsystem 随着PTAC添加量的进一步增加 原有HLB值系统被破坏 微观结构显示了界面混乱以及多重乳液的出现 X 0 X 1 X 2 X 0 5 Page 6 ComparewithotherO Wemulsifiers和其它HLB值较高的乳化剂相比较 BasedonFormula1 0 5 PATCwassubstitutedbyPLFlake GMSSE anionic AbilcareXL80 nonionic andREWOPOLSBZ anionic Resultsareasfollows 在配方1基础上 将0 5 PATC换成TEGINPLFlake 自乳化单甘酯 ABILCareXL80 硅油改性的非离子水包油乳化剂 以及REWOPOLSBZ 月桂基磺基琥珀酸盐 研究这些不同离子性的亲水乳化剂对W O含粉体系离心稳定性的影响 Comparewithotherhydrophilicemulsifier cationicemulsifiershowsoutstandingsuspensionabilityforW Opowderysystem阳离子乳化剂与其它乳化剂相比 对W O含粉体系的降粘和悬浮稳定性改善最明显 Page 7 Dispersingeffectbydifferentsurfactants对疏水处理钛白粉的分散性比较 1 2 3 4 5 0 5 Surfactants water TEGOSUNTDEC45 1VarisoftPATC棕榈酰胺丙基三甲基氯化铵2ABILCareXL80硅油改性的非离子水包油乳化剂3REWOPOLSBZ月桂基磺基琥珀酸盐4PLFlake自乳化单甘酯5Blank空白 AbovepictureshowsonlyPATChelpthedispersionoftestedhydrophobictreatedTiO2powders 图片结果显示只有PATC对当前测试的疏水改性超细钛白粉有较好的分散作用 这进一步证实PATC和粉体之间的相互作用 Page 8 lowercontentsuperfinedTiO2system在较低含量超细粉体系中的情况 ComparedwithFormula1 TEGOSUNTDEC45decreasedfrom14 to10 TDEC45的含量从14 降至10 相当于粉量从6 3 降至4 5 Lessnanopowderadded lesscationicemulsifierneeded含粉量降低 PATC的最适用量随之降低ItseemsPATCwasabsorbedbyTiO2powders 显示PATC会被钛白粉消耗 Page 9 ComparedwithF3 F4haslowerviscosityandbetterstability 和配方F3相比 F4的粘度更低且稳定性更好Afteraddingmorewater thesystemcanbestableataround2000mpa s F6 muchbetterthanF5 whichisunstableevenwith3000mpa s 加水增稠后 F6可通过稳定性测试 F5即使粘度更高但是不稳定 StablelowviscosityW OsystemwithnanoTiO2纳米TiO2的低粘度稳定W O体系 Graph Page 10 DifferentnanoTiO2 solidpowder 超细钛白粉干粉的情况 Comparetoformula7 formula8havebettersuspendstabilityatsameviscosity duetocationicaddition 和配方7相比 配方8具有在相同的粘度下具有合格的稳定性 Page 11 WithnanoZnOpowder超细氧化锌 PATChasthesameinfluencefornanoZnO decreasingviscosity improvingsuspendstabilityPATC对于超细氧化锌存在的体系具有相同的效果 降低粘度且使体系稳定 Page 12 FornormalTiO2powder普通的钛白粉 FornormalsizedTiO2PATCcanalsohelp decreasingviscosity improvingsuspendingstability对于含有色素级别的钛白粉体系 PATC也同样可使体系的粘度下降且稳定性提高 Page 13 LowviscosityW Osystemwithoutpowder对于不含粉的油包水体系 PATCcoulddecreasetheviscosityofnormalW Osystemwhichiswithoutpowder butnoobviousimprovementonsuspendstability PATC可以降低普通不含粉油包水体系的粘度 但是对稳定性的改善没有帮助 O oilout W waterout出油出水 Graph Page 14 NormalW OWithAerosil配合使用疏水的硅石可以理想解决问题 FornormalW Osystem withoutpowder withthehelpofAerosil PATCcanimprovethestabilityalot decreasingviscosity improvingsuspendstability 普通不含粉的体系 配合使用疏水的气硅 PATC可以继续发挥其功效 降粘并稳定体系Formula17showsagoodstabilityevenlessthan3000mpa s 这样 配方17即使在3000mpa s的粘度下依然显示良好的稳定性 Graph Page 15 Mechanismdiscussion现象原理探讨 Accordingtoprevioustestsresult inordertoreduceviscositybutimprovestability thesystemhastofittwoequationsintheright andthusresultsintworeasons 根据前述的试验结果 降粘的同时还要提高稳定性 必须满足右边的两个关系式 因此只能有两种可能性 Reason1 higheryieldvaluewithlowerviscosity原因1 粘度虽然下降 但是具有更高的屈服值Reason2 smalleremulsionparticles原因2 乳液具有更小的颗粒Ifreason1right whathappenedfortheincreasedyieldvalue 如果原因1成立 需要探讨是什么促使了屈服值的提高 Ifreason2right thenanewproblemarises whytheviscositydecreaseswithsmallerparticles 如果原因2成立 就带来一个新的问题 因为根据经验 高内相含量且固定相比例的情况下 更小的乳化颗粒往往具有更高的粘度 但是这个结果是反常的 那么它的降粘机制来自于哪里 粒径 粘度 沉降速度 稳定颗粒所需屈服值的近似公式 Stocks沉降公式 粒径 屈服应力 Page 16 Yieldvalueinvestigation体系屈服应力的讨论 TotesttheyieldvaluewithorwithoutPATCbytheequationright Andtheresultshows 针对原因1 采用右边屈服值的简易公式分别对前述的各体系在添加PATC前后进行测试对比 测试和计算表明 YieldvalueisnotincreasedbyaddingPATC andinfactitisintheopposite So reason1isnottrue 屈服值在添加PATC导致体系粘度下降后 也明显下降 没有出现屈服值的反增长 所以 原因1不成立 Howaboutreason2 因此 答案只能是原因2 那就是由乳化颗粒直径减少造成的 Brookfield的屈服应力 0 5转下的粘度 1 0转下的粘度 100 布氏屈服应力 Page 17 Particlesizebymicroscopepictures800倍下显微结构照片颗粒尺寸的比较 Formula5配方5 Formula6配方6 Microscopepicturesofformula5and6 showtheresultofmuchsmallerparticlesafteraddingofPATC whichimprovesthestability 以上图片为配方5 6的显微照片 也即使用超细钛白粉的体系 左边是不含PATC 右边是含PATC的情况 乳液颗粒尺寸的减小是非常明显的 稳定性也有明显改善 参考配方 Page 18 Microscopepicturesofformula16and17 showtheresultofmuchsmallerparticlesafteraddingofPATC whichimprovesthestability 以上图片为配方16 17的显微照片 也即使用疏水气硅的体系 左边是不含PATC 右边是含PATC的情况 乳液颗粒尺寸的减小是非常明显的 稳定性提高明显 Formula16配方16 Formula17配方17 参考配方 Particlesizebymicroscopepictures800倍下显微结构照片颗粒尺寸的比较 Page 19 Microscopepicturesofformula18withandwithoutPATC showtheresultofnodifferenceinparticles size andwithoutanyimprovementtothestability 以上图片为配方18中PATC分别为0 左图 和0 05 右图 的显微照片 也即无任何粉体添加的体系 乳液颗粒尺寸未见减小 因此也未见稳定性的改善 参考配方 Particlesizebymicroscopepictures800倍下显微结构照片颗粒尺寸的比较 Formula18配方18 PATC0 Formula18配方18 PATC0 05 Page 20 ViscositydecreasingmechanismPATC降粘的机理探讨 Rest静置 mechanicalshear剪切 Aggregates聚合作用 3 dimensionalnetwork三维网络 lowviscosity低粘度状态 highviscosity高粘度状态 水 气硅 水 0 5 PATC 气硅 ThepictureinthelowerleftshowsthewatercandispersefumedhydrophobicsilicawhensolvesfewPATC 左下图显示当水中含有少量的PATC后 疏水处理的气硅会被分散进水相 PATCreducethe bridgelink betweenpowders thenviscosityisdifficulttobebuilt Whichexplainswhytheviscosityloses 以疏水气硅为代表的粉体本来在油相中可以通过 桥链 形成三维网络结构 并增稠 但是在有PATC存在时 这种 桥链 会被大大削弱 这可以解释体系粘度的下降 Page 21 Guidelineformula1Shake ShakeSunscreen process 1 DispersepigmentinphaseAwithhighspeedhomogenizing2 SolveUVfilterinphaseB3 AddBintoAslowlywithstirring4 Homogenizing 1300rpm 3minViscosity 900mpa s sp62 30rpm Centrifugal 3000rpm 30min lessoiloutHeatstability 45 1month OK工艺 高速剪切下将颜料分散进A相将防晒剂在B相中溶解搅拌下将B相缓慢加入A相1300转下均质3分钟粘度 900mpa s sp62 30rpm 离心 3000转30分钟 出油很少耐热 45 1月 OK Page 22 GuidelineFormula2Lowviscosityfoundation Process 1 UseDECdispersepigment2 preparebentonegel mixgelwithrestofphaseA3 MixAandB4 AddCintoA Bslowlywithstirring5 homogenizing 1300rpm 3minViscosity 3440mpa s sp05 10rpm Centrifugal 3000rpm 30min OKHeatstability 45 3months OK工艺 将用DEC分散颜料制备bentone凝胶 将凝胶于A相剩余成分混合A相和B相混合搅拌下将C相缓慢加入A B混合相中1300转下均质3分钟粘度 3440mpa s sp05 10rpm 离心 3000rpm 30min 极少量出油耐热 45 2months OK Page 23 Guidelineformula3lowviscosityW OwithAerosil Process 1 Dis