Comment contrôler la stabilité des formulations cosmétiques

L’émulsion est un système thermodynamiquement instable, et sa durée de vie est limitée. Il indique que la stabilité de l’émulsion est une question importante pour les formulators cosmétiques. Les cosmétiques commerciaux doivent avoir une durée de conservation de 2 à 3 ans. La durée de conservation d’une émulsion peut être définie comme le temps qu’il faut pour que l’émulsion se détériore à un niveau inacceptable pour les consommateurs. Il faut beaucoup de temps pour que les cosmétiques commerciaux soient distribués et stockés aux consommateurs. En général, la durée de conservation des cosmétiques est de 2 à 3 ans. Certains pays ont besoin d’émulsions en vente libre contenant des agents solaires pour avoir une stabilité de plus de 5 ans. Étant donné que la mesure de la durée de conservation en temps réel prend beaucoup de temps, les entreprises généralement cosmétiques effectuent rarement des recherches en temps réel sur la durée de conservation, il est donc important de concevoir des tests qui prédisent avec précision la durée de conservation des émulsions. Bien qu’il existe de nombreux programmes de ce genre à l’heure actuelle, il ya encore une certaine distance par rapport à la réalité, ce qui indique que la stabilité de l’émulsion n’est pas une question simple.

(1) Le mécanisme d’instabilité de l’émulsion

Lorsque l’émulsion est vieillie, elle subit des changements physiques pour rendre l’émulsion instable. Y compris les effets de la stratification par gravité, de la flocculation et de la disproportion.

Le résultat possible de la séparation par gravité est la flocculation. La flocculation est un phénomène de sédimentation ou de stratification. Pendant la flocculation, il est encore émulsion, mais la riche couche de phase dispersée est concentrée dans la couche supérieure (dans l’émulsion O/W), ou dans la couche inférieure (dans l’émulsion O/W). émulsion W/O). Les changements causés par ces deux types de gravité sont réversibles, et les secousses peuvent disperser à nouveau les matériaux agrégés. Ces conditions obéissent à la loi de Stokes, c’est-à-dire que la vitesse de séparation est proportionnelle à la différence de densité entre la phase pétrolière et la phase de l’eau, et la viscosité de la phase continue est proportionnelle à la taille des particules de la phase dispersée. Par conséquent, l’augmentation de la viscosité de la phase continue, ou la réduction de la taille des particules à l’aide de moulins colloïdes ou d’homogénéisation peuvent augmenter la stabilité de l’émulsion.

Lorsque les gouttelettes de phase dispersées sont réunies et combinées pour former de plus grosses gouttelettes, la coalescence se produit. Par la suite, la séparation de phase se produira. Si la quantité d’émulsifiant ne suffit pas à garder les gouttelettes petites, mais assez pour empêcher la flocculation, ou à se transformer en émulsion avec une plus grande distribution de particules, cette situation est appelée coalescence limitée.

L’effet de disproportion est causé par la pression interne de la gouttelette étant plus élevée que la pression externe de la gouttelette. Cette force motrice fera passer les composants chimiques des petites gouttelettes aux gouttelettes plus grosses, ou peut-être à la phase continue. Étant donné que différents composants du système de surfactant peuvent se diffuser des petites gouttelettes aux grosses gouttelettes à des taux différents, par conséquent, les petites gouttelettes deviennent plus petites et les grosses gouttelettes deviennent plus grosses.

(2) Test de stabilité de l’émulsion

Beaucoup de méthodes expérimentales qui prédisent la stabilité d’émulsion ont été rapportées dans la littérature. Il comprend principalement des tests accélérés, des tests en temps réel et des mesures rhéologiques.

1. Test accéléré

Le test accéléré est une méthode basée sur l’application de la charge sur le système, comme l’augmentation de la température ou l’action centrifuge. Le danger inhérent à tout test accéléré est de soumettre l’émulsion à des conditions bien au-delà de ce qui est réellement vécu. Par conséquent, les résultats accélérés des tests doivent être utilisés avec soin, et les conclusions doivent être comparées et confirmées par les résultats dans des conditions normales de stockage.

Le test accéléré basé sur la température utilise une température élevée constante,

(Par exemple, 40°C ou 48°C) ou cycle de fonte de congélation (-15~5°C à température ambiante). La base théorique pour l’utilisation d’essais accélérés à haute température est l’équation d’Arrhenius décrivant la relation entre le taux de réaction chimique constant et la température, c’est-à-dire, si la température augmente de 10 °C, la vitesse de la plupart des réactions chimiques double. Par conséquent, 3 ans à 20°C devraient être équivalents à 4,5 mois à 50°C. Cependant, à mesure que la température augmente, la viscosité de l’émulsion diminue et l’équilibre de la solubilité surfactante change. D’autres changements peuvent également se produire, tels que l’hydratation des solides colloïdaux et des polymères, le cloisonnement des molécules entre les deux phases, et la fonte des cires ou d’autres substances. Certains des principaux facteurs qui rendent les émulsions stables disparaîtront soudainement à des températures élevées, ce qui rendra les émulsions instables.

Les tests accélérés produisent parfois des informations trompeuses. Certaines émulsions qui sont également séparées à des températures élevées peuvent avoir une durée de conservation différente à température ambiante. Les émulsifiants nonioniques comptent sur l’hydratation de leurs groupes de polyoxyéthylène pour stabiliser les émulsions, et leur sélection est basée sur les caractéristiques de l’interface à température ambiante. À des températures élevées, l’hydratation des émulsifiants devient plus petite, et leurs valeurs HLB sont complètement différentes. Ils peuvent être considérés comme des molécules de différentes propriétés. Dans certains cas, l’émulsion est plus stable à haute température qu’à basse température. En l’espèce, si la conclusion n’est tirée que sur la base du test accéléré à haute température, elle est non seulement incorrecte, mais aussi trompeuse.

Le cycle de fonte des congélations augmente également la charge de l’émulsion, et il y a certains problèmes inhérents. À des températures glaciales, la formation de cristaux de glace dans les émulsions O/W peut allonger et aplatir les particules d’huile. En outre, la partie lipophile de l’émulsifiant perd de sa fluidité, et la partie hydrophilique se déshydrate spontanément en raison du gel et des précipitations de l’eau. Si l’émulsion « guérit » avant la coalescence, l’émulsion résistera à l’essai. Si le taux de redissolution des composants est lent, l’émulsion est instable, ce qui est différent du processus qui se produit à température ambiante.

L’action centrifuge est une autre méthode qui utilise la gravité accélérée pour appliquer une charge à l’émulsion. Le rayon est de 10cm, et la vitesse de 3750r/min pour 5h équivaut à 1 an pour la gravité. Par conséquent, cette méthode peut être appliquée aux processus où la vitesse est décisive pour la flocculation et la stratification. Certaines personnes utilisent la méthode d’ultracentrifugation pour déterminer quantitativement la stabilité de l’émulsion. Le temps requis est plus court que celui de la méthode traditionnelle, mais il reste encore beaucoup à faire pour étudier la corrélation entre les résultats et les tests en temps réel, et utiliser la corrélation pour prédire la stabilité de l’émulsion. La vitesse de l’ultracentrifugation est jusqu’à 25000r/min. Dans de telles conditions à grande vitesse, il existe une différence entre la stabilité de l’émulsion et la stabilité dans des conditions normales; sous une telle centrifugation à grande vitesse, seule la coalescence est l’étape décisive de la vitesse, de sorte que les gouttelettes ou les particules ils s’accumulent rapidement, provoquant le milieu de l’eau à se séparer rapidement. Dans des conditions normales de stockage, la flocculation réversible et la flocculation irréversible se produisent, qui peuvent toutes deux être l’étape décisive de la vitesse de processus. En outre, l’application d’une force aussi forte provoquera la fuite du film liquide du liquide de phase aqueuse entre les gouttelettes et provoquera la destruction du film émulsifiant.

Ce n’est qu’en étudiant davantage la corrélation entre les résultats du test accéléré et les résultats dans des conditions générales de stockage que le test accéléré peut être utilisé correctement pour prédire la stabilité de l’émulsion.