Home / Làm Đẹp / Nhũ tương mỹ phẩm: cấu tạo, tính chất, cách sản xuất

Nhũ tương mỹ phẩm: cấu tạo, tính chất, cách sản xuất

/

Khi nói đến nhũ tương mỹ phẩm, người ta không hạn chế ở những hệ lỏng – lỏng đơn giản mà còn những hệ phức. Tuy nhiên, đặc trưng chung của các hệ đó là phải có một pha háo nước và một pha háo dầu.

nhũ tương mỹ phẩm là gì

1. Nhũ tương mỹ phẩm là gì?

1.1. Nhũ tương mỹ phẩm

Nhũ tương: Một hệ hai pha chứa hai chất lỏng không tan lẫn vào nhau, trong đó một pha phân tán trong pha còn lại dưới dạng những hạt cầu có đường kính trong khoảng 0,2 ÷ 50µm.

Pha là một thành phần riêng biệt, đồng nhất (theo ý nghĩa vật lý), phân biệt với các thành phần khác của hệ thống qua bề mặt phân cách xác định.

Khi nói đến nhũ tương mỹ phẩm, người ta không hạn chế ở những hệ lỏng – lỏng đơn giản mà còn những hệ phức. Tuy nhiên, đặc trưng chung của các hệ đó là phải có một pha háo nước và một pha háo dầu. Khi pha hảo nước (pha phân tán: chất nằm trong) phân tán trong pha háo đầu (pha liên tục chất nằm ngoài external), ta có hệ W/O và ngược lại, ta có hệ O/W. Ngoài ra, hai pha chính trong nhũ cũng có thể ở trạng thái lỏng, rắn hoặc là hệ phân tán rắn. Ví dụ, kem có màu dạng nhũ O/W, trong đó pha nước liên tục chứa những phân tử mang màu phân tán và pha dầu phân tán ở trạng thái bán rắn bao gồm những phân tử sáp tan trong dầu lỏng.

1.2. Nhũ phức

Dầu có thể phân tán trong pha nước của nhũ W/O để tạo ra hệ phức O/W/O. Nhà sản xuất không chủ ý tạo ra loại nhũ này, nhưng sự hình thành nhũ phức xảy ra một cách tự nhiên trong một vài sản phẩm mỹ phẩm. Tương tự, ta cũng có hệ phức W/ONW.

1.3. Nhũ trong

Phần lớn các loại nhũ được đề cập ở trên đều đục, do ánh sáng bị tán xạ khi gặp các hạt nhũ phân tán. Khi đường kính của những giọt cầu xuống khoảng 0,05µm, tác dụng tán xạ giảm, lúc này mắt không thấy được các hạt phân tán và khi đó nhũ sẽ trong suốt. Nhũ trong còn được gọi là vi nhũ (micro emulsion).

Có hai loại nhũ trong: O/W và W/O. Hệ nhũ trong O/W được ứng dụng trong những sản phẩm vệ sinh cũng như sản phẩm mỹ phẩm cao cấp. Ví dụ, dầu tắm, nước hoa.

1.4. Trạng thái keo

Khi hòa tan đường vào nước, các phân tử đường phân tán trong nước ở những dạng phân tử riêng rẽ, trạng thái này gọi là trạng thái hòa tan hoàn toàn. Trong khi đối với các nhũ đục, đường kính hạt phân tán lớn hơn 0,2µm. Trạng thái keo là trạng thái trung gian giữa hai trạng thái: tan hoàn toàn và nhũ đục. Kích thước các hạt keo nằm trong khoảng: 5 ÷ 0,2µm.

Nhũ trong chính là ví dụ điển hình của trạng thái keo, ngoài ra còn có nhiều hệ keo khác dùng trong mỹ phẩm. Ví dụ:

– Những chất gồm (nhựa, cao su) như carboxymethyl cellulose, natri carraghentate,… được dùng làm chất làm sệt pha hảo nước của nhũ tương mỹ phẩm.

– Những chất màu cũng được sử dụng trong sản xuất kem, chúng phân tán tốt tạo ra những hệ keo.

– Đối với nhũ có pha liên tục ở trạng thái lỏng, phân thành hai loại: loại ưa dung môi (ưa lỏng) và một loại kỵ lỏng. Ví dụ

– Những chất gôm khi phân tán trong nước tạo ra hệ keo lỏng gọi là keo ưa nước.

– Những chất màu phân tán trong nước tạo ra hệ keo kỳ lỏng hay còn gọi là keo kỵ nước.

Những dịch phân tán keo gọi là chất keo (sol), và khi tạo hệ phân tán rắn trong chất keo ưa nước thì hệ nhũ được gọi là gel. Sự khác biệt giữa keo kỵ lỏng và keo ưa lỏng cũng có liên quan đến quá trình sản xuất mỹ phẩm. Keo kỵ lỏng có độ nhớt và sức căng bề mặt gần với hệ nhũ phân tán trung bình, còn keo ưa lỏng có sức căng bề mặt thấp hơn và độ nhớt thì cao hơn rất nhiều so với hệ phân tán trung bình.

Ngoài ra, khi bổ sung chất điện ly, keo ưa nước cũng có những tính chất rất khác biệt so với keo kỵ nước. Với những lượng nhỏ, chất điện ly có thể làm keo kỵ nước bị lắng tỏa nhưng lại không ảnh hưởng đối với những keo ưa nước. Tuy nhiên, với lượng B lớn chất điện ly có thể gây ra sự muối tích những keo ưa nước.

2. Đặc điểm của nhũ tương mỹ phẩm

Từ những thuyết nghiên cứu về nhũ, người ta có thể triển khai ra nhiều phương pháp sản xuất nhũ mỹ phẩm khác nhau. Do vậy, một lý thuyết nghiên cứu nhũ đầy đủ phải giải thích được sự tạo thành nhũ, sự ổn định và điều kiện để xác định loại nhũ.

2.1. Sức căng bề mặt và thuyết hấp phụ

Xét trường hợp phân tán 1ml dầu vào nước, nếu giọt dầu phân tán có đường kính bum thì bề mặt chung giữa dầu và nước sẽ được gia tăng khoảng 12000cm2 đồng thời kéo theo sự gia tăng tương đương của năng lượng tự do bề mặt hệ. 

Tuy nhiên, do giới hạn của sức căng bề mặt giữa hai pha nên để giảm thiểu năng lượng tự do bề mặt của hệ khoảng 15.000.000.000 giọt cầu có đường kính 5µm có khuynh hướng kết hợp tạo ra những hạt đơn sau khi những rung động cơ học ngừng. Và bất cứ sự giảm sức căng bề mặt nào cũng sẽ làm cho sự phân tán dầu trong nước trở nên dễ dàng hơn và cũng làm tăng tính ổn định mặt nhiệt động lực học.

Cuối thế kỷ XIX, sự liên hệ giữa việc hình thành nhũ và sự giảm sức căng bề mặt đã được Quincke nêu rõ trong một nghiên cứu về nhũ O/W với chất ổn định là xà phòng và nhựa gồm. 

Sau đó, Donnan đã nhận ra sự giảm sức căng bề mặt giữa dầu khoáng và nước xảy ra khi có sự hình thành muối natri của acid béo. Người ta nhận thấy muối natri của những acid béo có 8 C trở lên (natri caprylate trở lên) sẽ làm giảm nhanh sức căng bề mặt, tạo nhũ cũng như ổn định nhũ rất tốt.

Có thể giải thích hiện tượng trên như sau: sự giảm thấp sức căng bề mặt xảy ra khi có sự hấp phụ những xà phòng của acid béo có mạch carbon dài lên bề mặt phân chia pha của dầu và nước, và quá trình hấp phụ này dẫn đến hiện tượng gia tăng sự ổn định của hệ nhữ.

Những yếu tố để xác định loại nhũ được giải thích bởi Brancroft và Tucker: lớp phim được hấp phụ ở bề mặt phân chia pha có thể được xem như một pha riêng biệt, trong đó hiện diện hai bề mặt: một của pha dầu và một của pha nước. 

Lớp phim phân cách này cũng chịu hai áp lực bề mặt và sẽ có khuynh hướng lõm về phía có sức căng bề mặt cao hơn, điều này giải thích cho hình dáng của các hạt pha phân tán. Ví dụ, nếu sức căng bề mặt của lớp phim phân cách của pha nước cao hơn của lớp phim phân cách của pha dầu thì một hệ nhũ O/W được hình thành.

Ngoài ra có thể giải thích: nếu chất nhũ hóa có ái lực với nước sẽ tạo ra nhũ O/W và ngược lại.

Những thuyết khác cũng được đưa ra để giải thích cho việc xác định loại nhũ. Năm 1917, Harkins đã đưa ra thuyết “định hướng” để giải thích hiện tượng những xà phòng đơn chức tạo ra nhũ O/W và xà phòng đa chức lại tạo ra nhũ W/O. 

Thuyết mới nhất cho rằng dạng cong của lớp đơn xa phòng bao quanh pha phân tán sẽ được xác định bởi những điện tích tạo bởi đuôi kỵ nước và háo nước. Nếu đuôi háo nước có vùng diện tích trải rộng hơn đuôi kỵ nước thì lớp đơn sẽ cong để bao quanh một giọt dầu tạo nhũ O/W và ngược lại. Tuy nhiên, cũng có nhiều ngoại lệ đối với thuyết này.

2.2. Thuyết thể tích pha

Thuyết này giải thích cho việc xác định loại nhũ giống như thuyết “định hướng”, cũng dựa vào những nhận định lập thể. Oswal cho rằng, nếu một pha chiếm 25,98% thể tích sẽ thể hiện là pha phân tán; nếu khoảng 25,98 ÷ 75,02%, nó sẽ thể hiện cả hai pha phân tán và liên tục; nếu khoảng trên 75,02%, nó sẽ thể hiện là pha liên tục. 

Tuy nhiên, hệ nhũ sẽ không lý tưởng nếu những hạt cầu phân tán không bền và không có kích cỡ đồng nhất. Ngoài ra, hệ nhũ còn phụ thuộc vào thể tích pha, loại chất tạo nhũ và phương pháp điều chế. Ví dụ, Salisbury et al đã nghiên cứu hệ sáp ong – borax dùng trong kem lạnh. Với những điều kiện trong phòng thí nghiệm, họ đã tạo ra hệ O/W với khoảng 45% thể tích là nước và hệ W/O với hàm lượng nước ít hơn 45%. 

Tuy nhiên, thực tế hệ nhũ W/O dùng trong kem lạnh chứa ít nước hơn, khoảng 20% thể tích. Vì vậy, dù cho những dữ liệu của Salisbury không được ứng dụng thích hợp cho kem lạnh nhưng nguyên tắc thể tích pha giới hạn vẫn có giá trị đối với việc tạo ra sự đảo nhũ.

2.3. Sự hình thành phức phân tử

Những nghiên cứu về sự hình thành phức phân tử bổ sung cho những nghiên cứu trước về sự tác động phân tử qua lại xảy ra trong lớp đơn ở bề mặt phân cách nước và không khí. 

Việc hình thành những phức phân tử là một yếu tố quan trọng trong việc xác định sự ổn định hệ nhũ O/W nào đó. Sự ổn định của nhũ cũng có liên quan đến loại phân tử ở hai pha.

Những điều kiện cần thiết để tạo ra những nhũ O/W loại này

– Phức phân tử ổn định tạo ra phải gồm ít nhất hai thành phần, một thành phần tan tốt trong nước và một thành phần tan tốt trong dầu.

– Sức căng bề mặt phải nhỏ, không đáng kể.

– Để đáp ứng hai điều kiện đầu thì phải có một lượng thừa cấu tử tan trong nước dưới lớp phim ở bề mặt phân cách.

– Lớp phim bề mặt phải nằm ở trạng thái lỏng sệt.

– Những giọt dầu phải tích điện.

Những điều kiện này được sử dụng nhiều đối với nhũ tương mỹ phẩm O/W. Riêng đối với nhũ W/O, họ cho rằng:

– Lớp phim bề mặt phải có độ bền đáng kể.

– Lớp phim bề mặt không tích điện.

Để đảo nhũ đối với nhũ O/W ổn định anion: thêm vào những cation đa hóa trị nhằm đáp ứng được những điều kiện trên.

Những điều kiện cần thiết để tạo ra được nhũ O/W lý tưởng như trên có thể áp dụng cho mọi trường hợp, nhưng đối với hệ W/O thì có những trường hợp ngoại lệ. Ví dụ, việc sử dụng những chất nhũ hóa không ion có thể tạo ra những nhũ W/O ổn định hoặc không ổn định với hàm lượng pha phân tán cao, khoảng 80%. 

Nếu như lớp phim bề mặt của tất cả các hệ W/O đều có độ cứng cao rõ rệt, như điều kiện (1) thì không thể điều chế được một nhũ tương như vậy. Ngoài ra, nếu thêm vào nhũ tương W/O ổn định bằng xà phòng canxi, một chất nhũ hóa hỗ trợ không ion thích hợp như sorbitan sesquioleate thì một sản phẩm mềm hơn được tạo ra có tính bền cơ học cao hữu những hệ nhũ và xà phòng canxi trước đó.

Sự gia tăng độ bền này có liên quan đến sự làm mềm lớp phim và xà phòng car xí bởi sự thấm và kết hợp của chất tạo nhũ không ion.

Becher cũng cho rằng, những hạt cầu trong hệ W/O có thể tích điện. Schulman đã đưa ra những điều kiện cần thiết cho việc sản xuất những hệ nhũ cực mịn bền. Từ những nghiên cứu về electron trong phạm vi nhỏ đối với những hệ O/W ổn định bằng xà phòng, Schulman nhận thấy có hai loại đều trong suốt, một loại lỏng, đẳng hướng quang học, gồm những hạt cầu phân tán; loại thứ hai gồm những mixen hình trụ, loại này gồm những chất nhựa rắn có tính nhớt, không đẳng hướng quang học hoặc gồm những chất bán rắn. 

Họ cho rằng những nhũ cực mịn sẽ dễ dàng được tạo ra khi có mặt một lớp phim không chặt, rối loạn; ngược lại những lớp phim bền sẽ dẫn đến sự hình thành những hệ nhũ bình thường.

Những lớp phim không bền sẽ được tạo ra khi đáp ứng những điều kiện sau:

– Dùng những xà phòng gồm những cation lớn để kết hợp với những dãy acid béo phân nhánh.

– Có sự thấm của một loại chất (thuộc pha dầu) có hình dạng phân tử không đối xứng vào lớp xà phòng.

– Sự thấm của một hydrocarbon không phân cực thuộc pha dầu làm cho sự kết hợp phân tử xảy ra.

Ví dụ, muối xà phòng 2-amino-2-metylpropan-1-oleat đã bổ sung những điều kiện cho sự bất đối xứng (đáp ứng điều kiện (2)). 

Trong khi hydrocarbon mạch thẳng Cr-Cıs có thể thấm vào cetyl alcol-AMP oleat thì benzen lại không thể do tính không gian của nó. Tuy nhiên, khả năng thấm ướt và kết hợp của benzen với pmetyl-cyclohexanol với natri oleat lại có thể tiến hành được. Tương tự như vậy, dễ hiểu rằng việc kết hợp giữa hydrocarbon C18-C30 với một dãy alcol béo rất dài (như myricyl) lại rất dễ thực hiện.

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn để điều chế những nhũ tương mỹ phẩm cực mịn như nước hoa…

2.4. Sự tích điện ở bề mặt

Những điện tích ở bề mặt biên giới dầu – nước được xem là một yếu tố quan trọng trong việc ổn định nhũ O/W, tương tự như những hệ phân tán khác.

Vào năm 1897, Helmholtz cho rằng: tồn tại một lớp điện tích kép trên bề mặt của một loại keo ưa dung môi. Ông cho rằng, nếu các ion mang cũng một loại điện tích tiếp giáp với bề mặt của hạt keo, thì những ion mang điện tích trái dấu sẽ sắp xếp thành một lớp song song với lớp điện tích kia và tạo ra một lớp điện tích kép. 

Quan điểm này được Gouy và Steru bổ sung: lớp điện tích gồm hai phần, một phần cố định so với bề mặt, một phần xác định bề dày, độ đậm đặc của lớp. Trong lớp điện tích kép, có một sự thay đổi đột ngột về điện thế (theo Helmholtz), và phần thứ hai di động (theo Gouy) – khuếch tán.

Có hai khả năng xảy ra

Những khái niệm này áp dụng cho bề mặt phân cách lỏng rắn, được bổ sung cho những giọt nhũ. Verney cho rằng, những khác biệt quan trọng giữa bề mặt phân lỏng – rắn và bề mặt phân cách lỏng – lỏng chỉ có thể là lớp điện tích kép trên cả hai phía của bề mặt phân cách nhũ.

a) Khi không có chất hoạt động bề mặt.

b) Khi có chất hoạt động bề mặt.

c) Khi có chất hoạt động bề mặt và chất điện ly với nồng độ cao.

Khi không có mặt những chất hoạt động bề mặt (a), điện thế zeta nhỏ và hệ có khuynh hướng kết bông. Khi hiện diện những chất hoạt động bề mặt (b), điện thế zeta tăng rõ rệt, tạo thuận lợi cho việc hình thành một hệ bền, không bị kết bông. Việc thêm vào những chất điện ly với sự hiện diện của các chất hoạt động bề mặt lại làm giảm điện thế zeta và cũng làm giảm bề dày của lớp điện tích kép và do đó hệ có khuynh hướng chuyển sang trạng thái không ổn định.

Nói tóm lại, sự tích điện của những thành phần không phân tán gia tăng là do ba phương pháp cơ học khác nhau, đó là sự ion hóa, sự hấp phụ và sự tương tác ma sát. 

Xét trường hợp nhũ O/W được ổn định bằng những tác nhân nhũ ion, sự tích điện sẽ xảy ra dễ dàng bởi vì sự ion hóa của những chất tạo nhũ ở bề mặt phân chia pha. 

Vì vậy, những giọt dầu phân tán trong một hệ nhũ ổn định anion sẽ có bề mặt tích điện âm, và đối với hệ nhữ ổn định cation sẽ cho những giọt dầu phân tán tích điện dương. Với những hệ O/W ổn định không ion, sự tích điện xảy ra là do sự hấp phụ cho những giọt dầu phân tán tích điện âm. 

Nếu những giọt nước phân tán trong hệ W/O tích điện thì có thể những điện tích đó là do một vài sự ma sát do cơ học gây ra. Những giọt nước sẽ tích điện âm nếu hằng số điện môi của dầu thấp hơn nhiều so với nước.

3 Tính chất của nhũ tương mỹ phẩm

Tính chất của nhũ tương mỹ phẩm được quyết định bởi thành phần và cách điều chế. Những nhân tố quan trọng nhất quyết định tính chất vật lý của nhũ, là mối quan hệ về lượng giữa pha phân tán và pha liên tục hay tỷ lệ thể tích pha, bản chất của cả hai pha và bản chất của chất tạo nhũ.

3.1. Tỷ lệ thể tích pha

Mối quan hệ về lượng giữa hai pha có thể biểu thị qua nhiều hình thái. Thực tế, nhũ tương được hiểu là một hệ có pha liên tục chiếm phần trăm thể tích cao. 

Việc biểu thị giới hạn phần trăm thể tích như vậy cho một khái niệm chưa đúng đắn về nhũ tương. Ngoài ra, pha phân tán cũng có thể được biểu thị như một phần của nhũ. Ví dụ, một hệ chứa 54% thể tích pha phân tán sẽ có tỷ lệ thể tích pha Φ = 0,54.

Riêng đối với nhũ mỹ phẩm, hàm lượng pha phân tán có thể trong khoảng 5 ÷ 60% trọng lượng. Mặc dù vậy, vẫn có thể đạt đến 80% trọng lượng pha phân tán, đặc biệt với hệ nhũ có pha liên tục là dầu.

3.2. Bản chất vật lý của các pha

Điều này rất quan trọng. Pha dầu có thể ở trạng thái lỏng – rắn có điểm nóng chảy từ 60°C trở lên. Tương tự, pha háo nước có thể là nước – keo rắn, thêm vào đó một trong hai pha hoặc cả hai pha có thể chứa những hạt rắn phân tán,

Về bản chất, sự chất chứa và phân tán những hạt rắn có thể bổ sung một số tính chất một cách rõ rệt cho bất kỳ một hệ nhũ cơ bản nào được nói ở trên.

3.3. Bản chất của chất tạo nhũ

Nếu nói đến một hệ nhũ chứa ba pha chính (liên tục, phân tán và pha phân cách) thì chất tạo nhũ hay bất cứ một hợp chất hoạt động bề mặt mạnh nào cũng có một vai trò rất quan trọng. 

Ví dụ, trong hệ nhũ W/O chứa 40% trọng lượng dầu và 1% chất nhũ hóa, tính chất chảy của nhũ phụ thuộc vào độ nhớt của pha liên tục “O”, sự phân bố những giọt nhỏ và bản chất của lớp film phân cách. Khi đưa hương vào nhũ, việc thêm vào 0,5% hương sẽ không làm thay đổi đáng kể độ nhớt của hệ, nhưng khi dùng hương với hàm lượng cao (trên 1,25%) thì phải lưu ý đến khả năng biến đổi độ nhớt của hệ.

Tuy nhiên nếu hương chứa những thành phần hoạt động bề mặt, nó sẽ tác động lớn đến kích cỡ các thành phần và bản chất của lớp flim phân cách. Tương tự, tính bền và tính chất, công dụng có thể bị tác động bởi những cầu tử trong hệ.

3.3.1. Dạng nhũ

Là một tính chất quan trọng của nhũ tương. Loại nhũ tương mỹ phẩm được xác định thông qua chất tạo nhũ, ngoài ra tỷ lệ pha và phương pháp điều chế cũng là những nhân tố quan trọng tiếp theo. Có vài cách xác định loại nhũ:

Cho một phần nhỏ nhũ vào trong dầu và nước, nếu nhũ hòa tan hoàn toàn vào môi trường nào thì pha liên tục là thành phần đó.

Rắc bột thuốc nhuộm tan được trong dầu và thuốc nhuộm tan được trong nước lên bề mặt nhũ. Nếu loại thuốc nhuộm nào tan thì pha liên tục của nhũ có tính chất của thuốc nhuộm đó.

Đo độ dẫn điện bằng một máy kiểm tra nhữ. Nếu neon không sáng thì đó là nhũ W/O. Nếu neon sáng rõ, ổn định đó là nhũ O/W; nếu neon chớp tắt liên hồi, đó là nhũ W/O không ổn định hay nhũ phức.

3.3.2. Sự phân bố kích thước tiểu phân

Trong nhữ bình thường, kích thước hạt phân tán không đồng nhất, có thể biến đổi trên một dãy rộng. Quá trình đồng nhất làm giảm sự phân bố những kích cỡ thành phần và tạo ra một sản phẩm ổn định hơn, đặc hơn. và đục hơn. Sự phân bố kích thước thành phần phụ thuộc vào điều kiện sản xuất, mặc dù vậy, yếu tố chính vẫn là loại chất tạo nhũ. Hiện nay để đo kích thước pha phân tán, người ta dùng kính hiển vi, ngoài ra còn dùng phương pháp đo tỷ lệ đóng cặn và sự phân tán ánh sáng.

3.3.3. Sự ổn định nhũ

Trong mỹ phẩm, khái niệm ổn định được hiểu là sự ổn định trong suốt quá trình lưu trữ và sự ổn định khi sử dụng. Ví dụ, dầu gội đầu phải đảm bảo sự ổn định và hoạt tính trong chai trong suốt thời gian lưu trữ (có thể kéo dài vài năm) và sử dụng.

Đảm bảo được điều kiện ổn định như ví dụ trên có lẽ không dễ dàng. Tính chất này có liên quan nhiều đến quá trình hình thành kem mỹ phẩm. Có bốn hiện tượng xảy ra đối với hệ không bền: sự nổi kem, kết bông, dính lại và sự đảo pha.

a- Hiện tượng nổi kem thường xảy ra đối với nhũ đục, nhũ không đồng nhất, chúng dễ dàng phân tách thành một lớp nhiều dầu ở trên và để lại một lớp ít dầu ở phía dưới. Những giọt dầu có tỷ trọng thấp nhất nằm lơ lửng trong pha liên tục. Trong nhũ W/O, nếu pha phân tán có khuynh hướng lắng xuống thùng chứa, ta sẽ gặp hiện tượng nổi kem ngược.

Sự thay đổi này có tính thuận nghịch, và nhũ cũ có thể tái tạo bằng cách lắc. Nếu sau khi lắc nhũ cũ không được tái tạo, nghĩa là lúc đó đã xảy ra hiện tượng kết bông hoặc kết dính

Những yếu tố tác động lên tỷ lệ nổi kem được trình bày trong thuyết Stoke, có liên quan đến tỷ lệ lắng của các hạt cầu đơn trong một chất lỏng. Mặc dù thuyết này được áp dụng đối với hệ lý tưởng nhưng trong trường hợp nhũ tương, cũng có thể áp dụng được. Thuyết Stoke cho rằng:

V =  (2gr²(d1-d2))/9n. Trong đó

v – tỷ lệ đóng cặn 

r – bán kính hạt cầu

g – gia tốc trọng lượng

d1 – tỷ trọng của hạt cầu

d2 – tỷ trọng của lỏng

n – độ nhớt của dung dịch.

Đối với nhũ mỹ phẩm, việc thay đổi tỷ trọng của hai pha trong một giới hạn nào đó để làm giảm (d1 – d2) là rất hạn chế. Do đó để ngăn ngừa hiện tượng nổi kem, người ta làm tăng độ nhớt của pha liên tục và làm giảm kích cỡ thành phần của pha phân tán. Đây là phương pháp được áp dụng thường xuyên để làm giảm sự nổi kem của nhũ đục.

b. Hiện tượng kết bông là hiện tượng dẫn đến sự phá vỡ không thuận nghịch nhũ tương. Trong một hệ kem bình thường, những giọt phân tán sẽ tập trung lại nhưng không liên kết với nhau. 

Còn trong một hệ nhũ bị kết bông, một số hạt phân tán sẽ tập hợp lại với nhau nhưng vẫn giữ được hình dạng riêng của chúng như những thành phần riêng biệt. Việc tạo ra những tập hợp như vậy sẽ tự động thúc đẩy nhanh hơn tỷ lệ nổi kem và làm tăng kích thước thành phần.

Trong nhũ O/W, sự kết bông là biểu hiện của hiện tượng tích điện không đối xứng trên bề mặt. Sự tương tác mạnh giữa những hạt cầu không đủ lớn để ngăn chặn sự tiến lại gần nhau cũng như sự kết hợp của chúng. Ngoài ra, sự tích điện bề mặt có thể đủ lớn nhưng lại không ổn định. 

Ví dụ, hệ O/W ổn định bằng Na lauryl sulfat sẽ có khuynh hướng kết bông và bị phá vỡ hoàn toàn. Tuy nhiên, điều này không phải do sự tích điện không cân xứng trên bề mặt. Khi hai hạt phân tán của cùng một hệ tiến lại gần nhau, những diện tích âm sẽ đẩy chúng ra, cùng lúc đó chúng có khuynh hướng dịch chuyển trên quỹ đạo tròn và tiến ra xa khỏi điểm tiếp xúc, do đó chúng để lại điểm đã bị trung hòa điện. 

Nếu những phân tử Na lauryl sulfat trong lớp đơn đặt ở những vị trí thích hợp dưới tác dụng của cetyl, alcol, cholesterol… thì sự dịch chuyển của điện tích bề mặt sẽ không xảy ra và hạn chế sự lên bông.

c- Sự kết dính xảy ra sau sự lên bồng, khi mà mỗi tập hợp kết hợp lại thành một hạt đơn lớn. Sau quá trình kết bông, tiếp theo hiện tượng kết dính xảy ra và có thể lặp đi lặp lại nhiều lần cho đến khi sự phân tách pha xảy ra hoàn chỉnh trong một vài trường hợp, nó có thể dừng lại khi kích thước thành phần đạt một giá trị ổn định, khi đó ta gọi là hiện tượng kết dính giới hạn. Điều này có thể xảy ra khi thiếu chất tạo nhũ và trở nên đối xứng khi diện tích bề mặt bị giảm trong suốt quá trình kết dính.

Khi hai hiện tượng kết bông và kết dính xảy ra liên tiếp nhau thì tỷ lệ toàn bộ nhũ bị phá sẽ phụ thuộc vào những tác nhân tác kích lên giai đoạn chậm nhất. Với những nhũ loãng, tác nhân ảnh hưởng lên sự lên bông là “tỷ lệ xác định”. 

Vì vậy độ nhớt pha liên tục pha phân tán trở nên quan trọng khi chúng ảnh hưởng lên thành phần hạt phân tán tiến lại gần nhau. Khi chúng tiến lại đủ gần, sự tích điện bề mặt của chúng sẽ trở thành “tỷ lệ điều khiển”. Trong nhũ đặc, những yếu tố ảnh hưởng lên sự lên bông không quan trọng bằng những yếu tố ảnh hưởng lên sự kết dính như là sự cố kết của lớp film bề mặt. 

d. Sự đảo pha xảy ra do nhữ không bền và dẫn đến kết quả thay đổi loại nhũ. Ví dụ, nhũ O/W chuyển thành nhũ W/O. Thường trong quá trình lưu trữ không xảy ra hiện tượng đảo pha, nhưng có vài loại nhũ có sự đảo pha khi thoa lên da. Sự đảo nhũ thường xảy ra trong khi sản xuất, khi thêm pha liên tục vào pha phân tán. Vấn đề cơ học liên quan đến sự đảo pha cũng rất được quan tâm.

Thuyết của Schulman và Cockbain giải thích sự đảo pha của một vài loại nhũ O/W được ổn định bởi chất HĐBM anion như sau: sự đảo pha xảy ra là do sự thêm vào nhân chất điện ly hai hóa trị. Bhatnagar lại cho rằng: nhũ O/W ổn định bằng xà phòng ít bị đảo pha hơn khi thêm vào chất điện li hóa trị III. Khả năng hoạt động của các cation được sắp xếp theo dãy sau:

Al³+ > Cr²+ > Ni²+ > Pb²+ > Ba²+ > Sr² * > Ca²+ > Fe²+ > Mg²+ 

Parsons và Wilson đã nghiên cứu sự đảo pha của nhũ O/W được ổn định bởi natri oleate sẽ xảy ra khi thêm vào những chất điện ly. Họ quan sát ảnh hưởng của muối natri khi thêm vào sản  phẩm dầu gội nam trong quá trình sản xuất và nhận định rằng, sự đảo pha xảy ra khi nồng độ khối lượng phân tử của muối Na tăng. Ngoài ra, những thay đổi về thể tích pha có thể dẫn đến sự đảo pha. 

Ví dụ, hệ ong sáp ; borax rất dễ bị thay đổi thể tích pha. Nhiệt độ cũng có thể tác động lên thể tích pha tới hạn mà ở đó sự đảo pha bắt đầu xảy ra. Hệ O/W bền ở nhiệt độ cao, sự đảo pha xảy ra ở nhiệt độ thấp. Nói chung, ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự đảo pha có thể liên quan đến độ tan tương đương của chất tạo nhũ vào hai pha chính. 

4. Tính chất biến dạng và chảy của nhũ tương mỹ phẩm

Hệ số độ nhớt n của một chất lỏng được định nghĩa là yếu tố tạo ra sự khác biệt về vận tốc giữa hai lớp chất khác biệt nhau. Nếu cường độ lực S gây ra vận tốc tương đối giữa hai lớp chất cách nhau dx có giá trị là du cm/s thì gradient vận tốc tỷ lệ với lực s.

Chất lỏng thỏa điều kiện trên được gọi là chất lỏng Newton hay chất lỏng lý tưởng. Tuy nhiên, hầu hết các nhũ không phải là một chất lỏng đơn giản.

4.1. Những yếu tố ảnh hưởng đến tính chảy của nhũ

Các yếu tố quan trọng tác động đến tính chảy của nhũ

– Độ nhớt của pha liên tục.

– Độ nhớt của pha phân tán.

– Nồng độ thể tích của pha phân tán.

– Sự phân bố kích cỡ thành phần phân tán. 

– Bản chất của chất tạo nhũ.

– Tác động độ nhớt điện. 

Sự tác động của các yếu tố này khá quan trọng. Trong vài sản phẩm, yếu tố độ nhớt của pha liên tục cũng có thể hưởng độc lập đến độ nhớt của sản phẩm, còn hầu hết các sản phẩm khác, độ nhớt của nó tác động đồng thời bởi nhiều yếu tố khác liên quan đến thành phần và cách điều chế.

4.1.1. Độ nhớt của pha liên tục

Là yếu tố quan trọng nhất vì độ nhớt của nhũ n tỷ lệ thuận với độ nhớt nọ của pha liên tục, còn các yếu tố khác như sự phân tán kích thước thành phần và tỷ lệ thể tích pha có ảnh hưởng lớn đến n khi n thấp nhưng ít ảnh hưởng khi no cao.

4.1.2. Độ nhớt của pha phân tán

Theo lý thuyết, yếu tố này không quan trọng nếu những hạt phân tán là những hạt cầu cứng. Tuy nhiên, nếu những hạt phân tán là những hạt lỏng có thể thay đổi hình dạng thì độ nhớt pha phân tán n có thể ảnh hưởng đến độ nhớt của nhũ tương. Riêng đối với nhũ tương mỹ phẩm, điều này không ảnh hưởng lớn.

4.1.3. Nồng độ của pha phân tán

Nhiều công thức đã được đưa ra để xác định nồng độ pha phân tán, hầu hết đi từ công thức Einstein, thể hiện mối quan hệ giữa độ nhớt của nhũ n với độ nhớt của pha liên tục no, và tỉ lệ thể tích pha Φ của nhũ.

Công thức này chỉ được áp dụng đối với những nhũ loãng, mà Φ không thể vượt quá 0,02.

Hatschek đề nghị công thức sau cho những nhũ có Φ > 0,5. Sau này được bổ sung thêm h (h gọi là thông số thể tích, bằng khoảng 1,3 cho hệ O/W).

Theo những công thức này, độ nhớt tăng theo sự tăng nồng độ của pha phân tán, ban đầu tăng chậm, sau đó tăng nhanh đến một giá trị cực đại sau khi sự đảo pha xảy ra. Sự phân bố kích thước thành phần và bản chất của lớp film phân cách là những vấn đề đang được nghiên cứu.

4.1.4. Sự phân tán kích thước thành phần phân tán

Sự đồng nhũ cấu tạo ra một sự thay đổi về phân bố kích cỡ hạt phân tán. Khi đường kính trung bình giảm, diện tích bề mặt tăng, và phản ứng bề mặt chung của các hạt cầu làm gia tăng một số thông số, nhưng làm giảm bớt áp lực.

Khi các hạt cầu đồng nhất về đường kính, mối liên quan giữa độ nhớt của nhũ và nồng độ thể tích trở nên rõ ràng hơn, nhưng hiện tượng này lại cản trở quá trình đồng nhất kích cỡ các hạt cầu. Vì vậy về thực nghiệm, quá trình làm đồng nhất kích thước thành phần là một phương pháp có giá trị để sản xuất ra những mẻ nhũ có độ nhớt tiêu chuẩn.

Roscoe đưa ra hai công thức biểu diễn mối quan hệ giữa độ nhớt và thể tích pha, sự phân phối kích thước thành phần.

Độ nhớt của hệ phân tán hẹp cao hơn độ nhớt của hệ phân tán rộng, sự sai khác về độ nhớt giữa hai hệ gia tăng theo sự gia tăng giá trị.

Sự phân phối kích thước thành phần của những cầu tử rắn, kể cả những cầu tử rắn trong nhũ mỹ phẩm cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhớt. Ví dụ, sự đồng nhất kem o/w mang màu vừa phân phối lại kích thước thành phần của pha phân tán, vừa bổ sung những phân tử phân tán mang màu, cả hai yếu tố này đều ảnh hưởng đến độ nhớt.

Tương tự như vậy, đối với một kem W/O chứa sáp, quá trình đồng nhất hóa cũng làm giảm sự tập hợp của những tinh thể và do đó tăng độ nhớt của pha liên tục.

Tóm lại, trong thực nghiệm, ảnh hưởng thực của quá trình làm đồng nhất hóa kích cỡ pha phân tán lên nhũ tương mỹ phẩm có thể là tổng hợp của những tác động thành phần, đó có thể là sự tổng hợp những tác động bổ sung cũng như đối kháng.

4.1.5. Bản chất của chất tạo nhũ

Bản chất và hàm lượng của chất tạo nhũ đều có ảnh hưởng đến tính chảy của hệ nhũ những ảnh hưởng lên tính bền của nhũ. Ví dụ, nhũ nước trong dầu khoáng chứa 60% trọng lượng là nước, được ổn định bằng xà phòng canxi, thường là kem đặc. Nếu nhũ nước/dầu khoáng trên được ổn định bằng sorbitan sesquioleate thì nhũ sẽ mềm hơn.

Sự khác biệt này không chỉ do những khác nhau về sự phân tán kích thước thành phần mà còn do bản chất của lớp film phân cách. Xà phòng canxi tạo một lớp film cứng, trong khi lớp film do sesquioleate tạo – khi được cho vào nhũ đã được ổn định bằng xà phòng canxi sẽ tạo ra một nhũ mềm hơn và bền hơn hệ nhũ ổn định bằng xà phòng đơn giản. Tác động này có thể được giải thích dựa trên những khác biệt về bản chất của lớp film, lớp film xà phòng sorbitan sesquioleate Ca dễ bị phá vỡ hơn lớp film xà phòng canxi cứng.

Tương tự, độ nhớt của nhũ O/W ổn định bằng xà phòng được gia tăng khi thêm vào đó những chất tạo nhũ như: cetyl alcol, glyceryl monostearate…

Như những trường hợp trên, những thay đổi về bản chất của lớp film phân cách là do những ảnh hưởng lên độ nhớt cũng như tính bền.

4.1.6. Ảnh hưởng của điện tích lên độ nhớt

Sự hiện diện lớp điện tích kép trên bề mặt của hạt phân tán gây ra một sự gia tăng thể tích rõ rệt của các hạt. Vander Walls cho rằng bất kể kích thước hạt phân tán là bao nhiêu, bán kính hiệu dụng của hạt cầu tăng khoảng 0,003 – 0,0035µm. Vì vậy người ta đoán rằng, những tác động electro viscous sẽ lớn hơn đối với những huyền phù mịn.

4.2. Tính chiết quang

Hiện tượng đục ở một số nhũ có liên quan đến chỉ số khúc xạ hai pha. Nếu hai pha có chỉ số khúc xạ như nhau nhưng năng lượng phân tán quang học khác nhau thì nhũ trong suốt được hình thành. 

Tuy nhiên, điều này không xảy ra trong nhũ mỹ phẩm, hệ trong suốt được tạo ra bất chấp điều kiện về chỉ số khúc xạ, mà nó chỉ phụ thuộc vào kích thước hạt phân tán (giảm xuống khoảng 0,05µm). Đối với nhũ thường, biểu hiện bên ngoài (màu sắc, trong hay đục) và những thay đổi về kích cỡ hạt có liên quan.

Độ đục của nhũ phụ thuộc vào pha phân tán. Nói chung, hai pha bất kỳ nào, độ đục của nhũ tăng đến một giá trị cực đại giới hạn (phụ thuộc vào sự phân phối kích cỡ thành phần), sau đó nó lại độc lập với pha phân tán (sau Cmax). Nồng độ tới hạn đó tăng theo sự tăng kích cỡ hạt. Đối với nhũ tốt, có kích thước phân tán khoảng lum, độ đục độc lập với nồng độ pha phân tán khi nồng độ pha phân tán > 5%.

4.3. Tính chất điện

Nhũ tốt là nhũ ít dẫn điện, vì vậy phương pháp đo độ dẫn điện là một phương pháp đơn giản để xác định loại nhũ. Trong nhũ mỹ phẩm, độ dẫn điện không phải là một tính chất quan trọng, ngoại trừ những sản phẩm được đựng trong thùng kim loại.

Sự ăn mòn điện hóa sẽ xảy ra trong những hộp mỹ phẩm như ống nhôm, thùng chứa trang thiết bị. Ví dụ trong ống nhôm, kim loại ở phần đuôi gấp nếp hoặc ở miệng sẽ là anod của ống kem.

Kem W/O ổn định được đóng gói trong một ống như vậy mà không xảy ra sự ăn mòn điện hóa. Tuy nhiên, vì tính chất dẫn điện của nó, kem O/W có thể gia tăng sự ăn mòn ở những vị trí anod và gia tăng sự tạo ra Hạ ở những vị trí catod. Với những nhũ ổn định không ion, tính dẫn điện có thể là một yếu tố quan trọng trong sự ăn mòn này. 

Ví dụ, việc thêm vào khoảng 30ppm lauryl sulfat vào kem gói trong ống trong thùng nhôm, tạo ra sự ăn mòn dữ dội sau vài tuần ở nhiệt độ phòng, sự thay đổi màu cũng như sự ăn mòn đuôi tube kem đã chứng tỏ rằng thuốc nhuộm tham gia một phần vào sự ăn mòn. Với một sản phẩm tương tự, chứa tỷ lệ sáp cao để tạo ra kem cứng, sự ăn mòn xảy ra có kèm theo bởi những hiện tượng khô kem ở vùng ăn mòn và sự tách nước ở vùng catod.

5. Tác nhân tạo nhũ mỹ phẩm

5.1. Các loại chất nhũ hóa

Nhóm chất tạo nhũ quan trọng nhất là những tác nhân aliphatic, chúng được chia làm bốn loại, phụ thuộc vào bản chất ion của những phần háo nước của những phân tử hoạt động bề mặt. Nhũ mỹ phẩm chủ yếu sử dụng chất tạo nhũ anion và không ion.

5.1.1. Chất nhũ hóa anion

Xà phòng là chất nhũ hóa đầu tiên được dùng trong mỹ phẩm. Mặc dù hiện nay có hàng trăm chất nhũ hóa khác có giá trị, nhưng xà phòng vẫn còn được sử dụng rộng rãi. Những xà phòng đơn chức tan trong nước dùng làm chất tạo nhũ O/W như xà phòng Na+, K+, NH4+ và amoium của những acid béo: oleate, stearate và cao hơn như sáp ong… 

Thường những chất phân cực có thể hòa tan dầu như rượu béo (ví dụ như cetyl alcol), ester của acid béo có mạch carbon cao như glyceryl monostearate được dùng làm chất ổn định. Những xà phòng đa chức của Ca, Mg, và Al tạo ra nhũ W/O. Những chất phân cực béo của cholesterol được dùng để tăng sự ổn định của những hệ nhũ W/O.

Ngoài xà phòng, những alkyl sulfat như natri cetyl sulfat là những chất nhũ hóa O/W hữu hiệu khi dùng kết hợp với những tác nhân ổn định cetyl alcol, ngoài ra còn có những chất anion khác được dùng để nhũ hóa nhũ tương O/W, ví dụ như ester tổng hợp từ acid phosphoric…

5.1.2. Chất nhũ hóa cation

Có những hạn chế khi sử dụng các hợp chất amin hóa trị 4 làm chất nhũ hóa. Hợp chất amoni hóa trị 4 có thể tan trong nước như stearate dimetyl benzalkonium, cetyl trimetyl ammonium cloride cho ra nhũ O/W. Để tạo ra hệ ổn định, người ta thêm vào những chất béo phân cực như cetyl alcol, cholesterol như những trường hợp xà phòng tan được trong nước. Những hợp chất ammonium tan được trong dầu như distearyl dimetyl quaternary ammonium cloride được dùng để tạo ra nhũ W/O, nhưng ít hơn so với những chất nhũ hóa không ion.

5.1.3. Những chất nhũ hóa lưỡng tính

Những chất nhũ hóa lưỡng tính chưa được sử dụng trong nhũ mỹ phẩm. Sự phân cực của những hợp chất này phụ thuộc vào pH. Tại pH đẳng điện, sự hòa tan và những tính chất nhũ hóa thấp nhất.

5.1.4. Những chất nhũ hóa không ion

Người ta thường sử dụng những chất nhũ hóa thuộc nhóm này trong mỹ phẩm. Chúng có thể tạo ra nhũ W/O hay O/W và tương hợp với những tác nhân thuộc ba nhóm kia.

Hiện nay người ta đã tổng hợp được nhiều chất nhũ hóa không ion, phần lớn trong đó đều có giá trị thương mại. Đặc biệt là những este của acid béo và polyalcol từ propylen glycol đến sorbitol, những dẫn xuất của polyoxyetylen. Những thành phần béo của những hợp chất này thường có nguồn gốc từ sắp hoặc chất béo thiên nhiên.

5.2. Cân bằng ưa và kỵ nước – giá trị HLB

5.2.1. Thuyết cân bằng ưa nước và kị nước

Thuyết Griffin có thể được sử dụng để giải thích về cân bằng ưa nước – kỵ nước. Mỗi loại nhũ tương ứng một số HLB, biểu thị mối quan hệ với nước và với dầu, cũng như khuynh hướng nhũ hóa. Nói chung những chất nhũ hóa có giá trị HLB từ 3 đến 6 sẽ cho nhũ W/O, trong khi những chất nhũ có giá trị HLB khoảng 7 ÷ 17 sẽ tạo nhũ O/W.

Xem xét giọt nhũ ở bề mặt của một chất nhũ, nếu như S >0 thì hình dạng cầu bị biến mất và nó nổi lên trên bề mặt. Nếu S <0 thì tồn tại hạt cầu và là điều kiện cần thiết để đảm bảo sự ổn định của nhũ

Một số nhận định cho rằng giá trị HLB của một tác nhân gây ra nhũ biểu thị loại nhũ, không liên quan đến những khía cạnh khác như sự tương thích với các thành phần khác và nồng độ của chất tạo nhũ. Giá trị HLB có thể thay đổi khi pha thêm một số chất khác.

Giá trị HLB rất có ích trong việc nhận định tác động của chất tạo nhũ khác nhau lên tính chất của nhũ: tính bền, tính chảy, từ đó có sự chọn lựa những hỗn hợp chất tạo nhũ thích hợp.

5.2.2. Xác định HLB cho các chất hoạt động bề mặt thường dùng

Giá trị HLB có thể xác định bằng tính toán hoặc bằng thực nghiệm, hoặc cả hai.

Nhiều ester của acid béo không thể xác định S đúng được, ví dụ như dầu thông và ester của dầu nhựa thông, ester sáp ong, ester lanolin. 

Trong sản xuất, đôi khi chỉ số oxid ethylen được dùng như chất ưa nước và cho sản phẩm ngưng tụ oxid ethylen alcol béo.

Về mặt thực nghiệm, để xác HLB của một hợp chất, căn bản dựa phương pháp thể tích, đối chiếu với cấu trúc hợp chất và hiệu chỉnh lại dựa trên sức căng bề mặt, sức căng bề mặt phân pha, hệ số phân pha, độ tan phẩm màu, hằng số điện môi.

Trong trường hợp hệ chất nhũ hóa phức hợp, có nghĩa là gồm nhiều chất nhũ hóa thì chúng sẽ đi từng cặp: một ưa nước, một ưa dầu. Ví dụ hệ nhũ phức:

– Sorbitan monostearate HLB = 4,7

– Polyoxyethylen sorbitan HLB = 14,9

HLB của hệ được tính theo công thức gần đúng: HLB = x.A + (1 – x).B với A,B là HLB của chất A và chất B. Nếu x là tỷ lệ của hợp chất có hoạt tính A thì (1 – x) là tỷ lệ của hợp chất có hoạt tính B.

5.2.3. Một số hướng dẫn chung để chọn chất nhũ hóa

(1) Lựa chọn theo tính năng

Glyceryl stearate và laureth -2,3 (2 ÷ 5%) +PEG-20 stearate (2 ÷ 5%) 

– Kem (nhũ Q/W) mềm và mịn hơn.

– Ổn định trong công thức chứa AHAS.

– Tạo sự kết hợp tốt cho các nhũ có pH trong khoảng 4 ÷ 9.

– Diethylaminoethyl Stearate + acid (để trung hòa).

– Rất hiệu quả trong nhũ O/W.

– Điều chế nhũ có tính acid không cần thêm chất nhũ hóa khác.

Glyceryl stearate (4%) + GMS (6 ÷ 7%)

– Tạo nhũ CW ổn định trong môi trường pH thấp đến pH cao.

– Glyceryl stearate, stearylalcol, Na laurylsulfate (khoảng 3%).

– Chất nhũ hóa anionic.

– Dùng cho các loại kem, lotion và thuốc mỡ dầu trong nước. 

– Đặc biệt tốt cho các công thức có chất chống ra mồ hôi, chất điện phân.

– pH > 5,5.

Glyceryl stearate (4 ÷ 6%) +PEG-20 stearate (2 ÷ 4%)

– Làm cho kem cứng hơn, đặc hơn, sáng và đục hơn.

– Tốt cho kem có nhiều thành phần phức tạp.

Glyceryl stearate SE (2 ÷ 5%)

– Chất nhũ hóa anionic tốt cho chế phẩm loại O/W.

– Chỉ tốt cho các hệ có pH cao.

– Dùng riêng lẻ hay kết hợp với các chất nhũ hóa O/W. 

(2) Lựa chọn theo dạng sản phẩm

Dạng sữa lotion có độ nhớt < 10000cps 

– Glycerylstearate và laureth-2,3 (3 ÷ 4%) + PEG-20 stearate (2,5 ÷ 3%).

– Glycerylstearate (5 ÷ 6%) + PEG-20 stearate (2,5 ÷ 3%). 

Dạng lotion đặc/kem mềm có độ nhớt từ 10000 đến 35000cps

– Glyceryl stearat và laureth-2,3 (5 ÷ 6.%) +PEG-20 stearat (3 ÷ 4%).

– Glyceryl stearate SE (5 ÷ 6%) + PEG-20 stearat (3 ÷ 4%).

– Glyceryl stearate, steary alcol, Nalauryl sulfate (5 ÷ 6%) + PEG-20 stearate (2 ÷ 3%).

– Propylenglycol stearate (3 ÷ 4%) + PEG-20 stearate (2÷3%). 

Dạng kem cứng và đặc có độ nhớt > 50000cps

– Glyceryl stearate và laureth-2,3 (7,5 ÷ 8%) + PEG-20 stearate (3,5 ÷ 4,5%).

Glyceryl stearate và laureth-2,3 (5 ÷ 6%) +cerasynt M (2,5 ÷ 3,5%).

6. Phương pháp sản xuất nhũ tương mỹ phẩm

6.1. Các giai đoạn sản xuất nhũ

6.1.1. Hòa trộn các pha

Các yếu tố ảnh hưởng quan trọng bao gồm: nhiệt độ pha, thứ tự đưa pha vào, chất tạo nhũ, phản ứng tạo nhũ kết hợp cách pha trộn, từ đó ta có nhiều phương pháp sản xuất khác nhau.

Cả hai pha được gia nhiệt đến 70°C trước khi trộn do phải đảm bảo hai pha đều ở trạng thái lỏng để sự tạo nhũ có hiệu quả khi sử dụng những thiết bị khuấy trộn đơn giản. Ngoài ra, một số nhũ chỉ có thể được tạo thành ở nhiệt độ cao, nên phải có thiết bị gia nhiệt. Ví dụ, hòa trộn xà phòng trietanol amin oleat vào pha dầu để chế tạo kem cạo râu. Nếu dầu được trộn vào xà phòng ở nhiệt độ 75°C và được thêm vào pha nước sẽ tạo thành một sản phẩm bền; dưới 70°C, lớp nhũ sẽ tạo thành tức thời và không bền ở nhiệt độ thấp.

Nếu cùng một sản phẩm đó được tạo ra bằng cách cho acid béo vào pha dầu và trietanolamin trong pha nước sẽ tạo ra lớp huyền phù mỏng ở nhiệt độ thấp hơn. Phương pháp này đảm bảo lớp đơn tạo thành không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ trộn như những hệ xà phòng khác. Ví dụ, hệ sáp ong-borax có ba cách khác nhau để trộn pha với nhau:

– Cho pha phân tán vào pha liên tục.

– Cho pha liên tục vào pha phân tán.

– Cho hai pha pha đồng thời.

Chỉ có hai cách đầu là có thể tiến hành trong những thiết bị trộn đơn giản. Cách cuối thuận lợi hơn nhiều nhưng chỉ đạt được hiệu quả cao khi dùng thiết bị khuấy liên tục.

Đối với các phương pháp trên, chất tạo nhũ có thể hòa trộn trong pha này hoặc pha khác hoặc chia ra trong hai pha. Trong trường hợp dùng chất tạo nhũ là xà phòng được tạo ra ngay trong quá trình trộn thì thuận lợi hơn. Sử dụng cách thứ hai, nhũ bị đảo pha ở một số giai đoạn trong quá trình đưa chất pha liên tục vào để đạt được nhũ bền. 

Phương pháp này là phương pháp cổ điển để sản xuất nhũ mỹ phẩm hoặc nhũ thực phẩm. Phương pháp này khó thực hiện đối với hệ có hàm lượng pha phân tán thấp nhưng nhìn chung được dùng nhiều hơn khi không có những thiết bị khuấy hiện đại. Một số công thức như kem sáp ong-borax được tạo ra tốt nhất bằng phương pháp này.

6.1.2. Giai đoạn làm lạnh nhũ

Tốc độ làm lạnh và cách trộn trong suốt quá trình làm lạnh là những thông số quan trọng, đặc biệt đối với nhũ có chứa hàm lượng sáp cao. Trong suốt quá trình làm lạnh, cũng có khuynh hướng thô hóa nhũ tương, cho đến khi sản phẩm đạt được nhiệt độ bền nhiệt động. 

Tuy nhiên, không thể tiếp tục làm lạnh đến nhiệt độ phòng trong lúc khuấy vì sẽ gây ra hiện tượng sục khí, trong trường hợp này cần làm lạnh sản phẩm trong thùng chứa và tốc độ làm lạnh được thay đổi thích hợp từ tâm thùng ra ngoài. 

Điều này tạo ra những khác biệt về tính chất vật lý trong thùng chứa vì những thay đổi về kích thước cũng như mức độ kết hợp của những tinh thể và những khác biệt trong phân bố kích thước hạt.

6.1.3. Giai đoạn đồng nhất nhũ

Để điều chỉnh những thay đổi đặc tính vật lý xảy ra trong quá trình làm lạnh, nhiều sản phẩm đòi hỏi phải khuấy trộn thêm ở giai đoạn đồng nhất nhũ. Những thay đổi này phụ thuộc vào nhiệt độ và tốc độ chuyển đổi.

6.2. Ví dụ hướng dẫn phối chế nhũ tương dầu trong nước

Một trong những dạng sản phẩm kem, lotion được ưa chuộng ở những vùng nhiệt đới.

6.2.1. Cách 1

Tướng nước

Chất làm đặc: stabilezer QM/06.

– Nước.

Chất trung hòa: TEANaOH.

Trộn nóng

– Phải bảo đảm chất làm đặc được phân tán đều trong nước ở nhiệt độ phòng.

– Đun nóng lên 75 ÷ 80°C, đồng thời khuấy đều cho đến khi tạo được dạng keo trong mờ.

– Làm nguội xuống 60°C rồi cho chất trung hòa vào. Khuấy đều và một dạng keo trong được tạo thành.

Quy trình xử lý nóng thích hợp cho nhiều loại chất ổn định QM và các loại base hữu cc/vô cơ.

Trộn nguội

– Phần tán chất làm đặc trong nước ở nhiệt độ phòng.

– Trong khi trộn cho base vào và tiếp tục khuấy.

– Một dạng keo dục sẽ được tạo thành trong 1 ÷ 2 phút và sau 8 giờ sẽ tạo thành dạng keo trong.

Quy trình xử lý nguội thích hợp cho stab. QM với chất trung hòa base vô cơ NaOH, KOH, NH4OH. Tra bảng tỷ lệ chất ổn định nền (W/W) để phối chế nếu cần.

Tướng dầu

– Chất nhũ hóa.

– Chất làm mềm.

Chất nhũ hóa dầu trong nước

– Tùy vào loại hệ nhũ hóa lựa chọn sẽ làm tăng độ sệt chung và vẻ ngoài của nhũ tương.

– Xem phần hướng dẫn để chọn đủng hệ nhũ hóa. 

– Chất làm mềm được khuyến cáo sử dụng dựa vào yêu cầu của khách hàng (cảm giác khô, bình thường, mịn). 

Các nguyên liệu khác

Chất bảo quản: germall plus, germaben II-E.

– Hương liệu.

– Chất màu.

– Chất chiết xuất thực vật.

Quy trình sản xuất nhũ tương

– Trộn tất cả các thành phần trong tướng dầu và đun nóng lên khoảng 75 ÷ 80°C.

– Khuấy cho đến đồng nhất.

– Cho tương dầu vào tướng nước, đồng thời khuấy đều.

– Đồng nhất hóa để đảm bảo sự nhũ hóa hoàn toàn (trong khi làm nguội).

– Cho chất bảo quản vào ở 35 ÷ 40°C, theo sau là những nguyên liệu khác và khuấy đều.

6.2.2. Cách 2

Tướng nước

– Nước đã được khử ion.

Chất làm ẩm: propylene glycol, sorbitol.

Muối: NaC1, MgSO4.

Chất bảo quản: germall plus.

Tướng dầu

Chất nhũ hóa nước trong dầu: emulsynt 1055, arlacel P135, hydrogenated lanolin, silicone surfactants.

– Chất làm mềm.

Quy trình sản xuất

– Trộn các nguyên liệu trong tướng nước ở nhiệt độ phòng. 

– Trộn các nguyên liệu trong tướng dầu và đun nóng ở nhiệt độ 75 ÷ 80°C cho đến khi đồng nhất.

– Ở nhiệt độ 75 ÷ 80°C vừa khuấy vừa cho từ từ tướng nước vào tướng dầu.

– Làm nguội và chuyển qua giai đoạn trộn nhanh trong khoảng từ 10 ÷ 15 phút.

– Để nguội xuống bằng nhiệt độ phòng.

6.3. Một số vấn đề cần quan tâm trong sản xuất nhũ tương mỹ phẩm

6.3.1. Định hướng nhũ

Trong trường hợp đơn giản, không dùng chất nhũ hóa khi trộn pha nước vào pha dầu và ngược lại. Định hướng của nhũ tùy thuộc vào máy khuấy, vận tốc khuấy cũng như vị trí đặt cánh khuấy:

– Nếu cánh khuấy đặt trong pha W thì nhũ O/W hình thành và ngược lại, bởi vì pha phân tán giống như pha kéo theo những pha khác.

– Tương tự, nếu ban đầu bình chứa pha nào đó thì pha này rất dễ là pha liên tục trước khi thêm pha thứ hai vào.

– Ngoài ra với vận tốc khuấy cao, pha nặng có khuynh hướng là pha liên tục và ngược lại.

Khi sử dụng chất nhũ hóa thì loại nhũ sẽ tùy thuộc vào chất nhũ hóa này. Thông thường, người ta cho chất nhũ hóa vào pha liên tục và pha liên tục cũng được cho vào trước còn pha phân tán sẽ cho từ từ vào sau, như thế cân bằng nhũ dễ đạt ổn định trong một thời gian ngắn. Tuy nhiên trong một số trường hợp, không thực hiện được như vậy. Ví dụ trong nhũ O/W, tướng phân tán là đầu đặc hoặc sắp dầu, người ta bắt buộc phải làm ngược lại và chấp nhận có sự đảo pha trong nhũ, và thời gian tiến tới cân bằng nhũ dài hơn.

Việc lựa chọn chất nhũ hóa hoặc hệ chất nhũ hóa ảnh hưởng rất lớn trên tính chất cũng như cảm quan của nhũ, đây là một trong những vấn đề mà nhà sản xuất phải đặc biệt quan tâm để thu hút người tiêu dùng.

6.3.2. Kiểm tra loại nhũ tương

Để kiểm tra loại nhũ tương O/W hay W/O, có thể căn cứ vào

Phẩm màu

– Nếu nhũ nhuộm methyl violet (phẩm tan trong nước) thì nhũ thuộc loại O/W.

– Nếu nhũ nhuộm xudan III (phẩm tan trong dầu) thì nhũ.

– thuộc loại W/O.

Đo độ dẫn điện

– Nếu nhũ dẫn điện, nhũ thuộc loại O/W.

– Nếu nhũ không dẫn điện, nhũ thuộc loại W/O.

6.3.3. Kiểm tra nhanh tinh ổn định của sản phẩm

Tất cả các sản phẩm loại nhũ như kem, lotion rất dễ bị phá nhũ trong thời gian lưu trữ, bày bán và ngay ở nhà người tiêu dùng, do đó các yếu tố ảnh hưởng làm sản phẩm rất đa dạng như nhiệt độ, ánh sáng, sự chuyển động cơ học, môi trường (pH, độ ẩm, nhiễm vi khuẩn).

Vì vậy, ngoài việc kiểm tra bắt buộc theo quy chiếu trong sản xuất và trong nghiên cứu lập công thức để có kết quả nhanh, người ta phải thực hiện các phép thử nhanh bằng cách căn cứ vào các yếu tố tác động mạnh lên sản phẩm, như đối với các sản phẩm dạng nhũ như kem, lotion, hai thông số được chọn thử là nhiệt độ và tác động cơ học (ly tâm hoặc lắc).

Trước tiên thử mẫu trong cùng điều kiện bao bì, sau đó thực hiện phép thử nhanh.

Thử nhiệt độ (do nhiệt độ cao phá vỡ nhũ rất nhanh chóng): Giữ mẫu ở điều kiện -5°C và +40°C trong 24 giờ trong tủ có thể điều chỉnh hai cực nhiệt độ trên.

Thử ly tâm hoặc lắc (do sự ly tâm đẩy mạnh tỷ lệ đóng cặn và kết dính hạt): nhũ tốt có thể chịu được tốc độ ly tâm 5000 đến 10000 vòng/phút. Quan sát cấu trúc nhũ qua kính hiển vi, sự phân phối và hình dạng hạt phân tán. Thông thường sự phân bố không đồng đều về kích thước và độ tụ tập hạt là dấu hiệu nhũ bị phá vỡ, còn trong cùng điều kiện, kích thước và độ tụ tập hạt đều và trong một số trường hợp nhỏ hơn báo hiệu hệ nhũ ổn định.

6.3.4. Sự ổn định của nhữ

Cũng như hệ keo và hệ dị thể, nhũ không bền vững do có năng lượng tự do thừa trên bề mặt phân cách, do đó nó có khuynh hướng làm giảm năng lượng thừa này bằng cách kết dính các giọt cùng loại với nhau và cuối cùng là hệ nhũ bị phá vỡ hoàn toàn và tách ra làm hai lớp: một tương ứng với tướng phân tán, một tương ứng với tướng liên tục, và tính bền vững này sẽ được đặc trưng bằng:

– Hoặc bằng tốc độ phân lớp của nhũ.

– Hoặc bằng thời gian tồn tại của nhũ.

Tính bền vững của tập hợp nhũ phụ thuộc rất nhiều vào bản chất và lượng chất nhũ hóa: về mặt nhiệt động học, chất nhũ hóa bị hấp phụ trên bề mặt phân cách tướng làm sức căng bề mặt phân cách tướng giảm do nó ngăn cản sự kết đình các hạt khi nó có mặt xung quanh giọt. Như vậy với bản chất của chất nhũ hóa, không chỉ xác định được độ bền vững tập hợp nhũ mà còn xác định được loại nhũ tướng.

Chất nhũ hóa có bản chất khác nhau, có thể ở dạng:

– Dạng ion hoặc không ion như chất nhũ hóa dạng xà phòng hoặc chất giống xà phòng.

– Dạng cao phân tử.

– Dạng bột rắn.

Trường hợp 1 sử dụng chất nhũ hóa dạng xà phòng hoặc các chất nhũ hóa dạng xà phòng: điện tích xuất hiện trên bề mặt giọt được làm bền bằng xà phòng do sự hấp phụ các ion hữu cơ của xã phòng và tạo nên lớp điện tích tương tự như sự tạo thành lớp điện kép trên bề mặt các hạt của sol kỵ nước điển hình, chính lớp điện kép này quyết định tính bền của nhũ.

Trường hợp 2: sự bền vững nhũ tương đậm đặc loại O/W là sự tạo thành trên bề mặt các giọt nhũ tương các lớp nhũ hóa có dạng gel cấu thể, có độ nhớt cấu thể, có độ bền vững cao và có mức độ sovat hóa cao của mặt ngoài của lớp vỏ do bởi môi trường phân tán. Hiện tượng này rất có ý nghĩa khi muốn làm tăng nồng độ của tướng phân tán vượt qua giới hạn của nhũ tương đậm đặc.

Trường hợp 3: sự bền vững của các nhũ W/O bởi các xà phòng có cation hóa trị cao phức tạp hơn. Tính bền vững của các nhũ tương này là do sự có mặt của hàng rào cấu thể cơ học trên bề mặt các giọt nhũ tương. Gần đây, người ta đã tìm thấy rằng vẫn có lớp điện tích kép, dù độ dày rất mỏng vào cỡ mấy micro và chính lớp điện kép này cũng góp phần vào độ bền của nhũ.

Trường hợp 4 sử dụng chất nhũ hóa rắn: các chất nhũ hóa rắn có thể là bột phân tán cao, có khả năng thấm ướt chọn lọc hoặc chất lỏng phân cực. Ví dụ đất sét, thạch cao, oxit sắt, mồ hóng. Khi khuấy, các chất nhũ hóa rắn sẽ nằm trong chất lỏng nào mà nó thấm ướt tốt, tạo thành lớp “giáp” ngăn cản các hạt kết dính lại với nhau. Ví dụ: MAX

Với chất nhũ hóa rắn cao lanh, lớp giáp cao lanh xuất hiện phía trong nước và ta có nhũ O/W vì cao lanh thấm ướt nước tốt. – Với chất nhũ hóa rắn mồ hóng thì lớp giáp mồ hóng xuất hiện phía trong tướng hydrocacbon và to có nhũ W/O vì mồ hóng thẩm ướt tốt hydrocacbon.

– Các chất nhũ hóa rắn một mình không đủ khả năng tạo sự bền vững cho hệ nhũ, và sự xuất hiện các lớp điện tích kép hoặc lớp sovat hóa khá dày trên các hạt của chất nhũ hóa rắn. Thực ra sự bền vững này là do tác động đồng thời của các chất tạo nhũ hiện diện và điều kiện kích thước hạt rắn phải bé hơn kích thước giọt và kết dính tốt vào bề mặt hạt.

Độ ổn định nhũ cần quan tâm đến nồng độ tướng phân tán

– Nếu nhũ chứa khoảng 0,1% tướng phân tán, ta có tướng nhũ tương đương (hệ phân tán cao). Ví dụ, nhũ dầu trong nước.

– Trong trường hợp hạt nhũ khoảng 10^5- (bằng kích thước hạt keo) không cần thêm các chất nhũ hóa đặc biệt vẫn có thể nhũ hóa, hạt nhũ có linh động điện di do mang điện tích trên các hạt của tướng phân tán do có sự hấp phụ các ion của chất điện ly vô cơ có mặt trong môi trường đôi khi với lượng cực kỳ nhỏ. Khi không có chất điện ly lạ thì bề mặt hấp phụ các ion OH- hoặc H+ do sự ion hóa của nước, như vậy tính bền vững của nhũ lỏng tùy thuộc vào lớp điện tích trên hạt và nồng độ hạt, ở đây nồng độ hạt vô cùng loãng nên sự va chạm của các hạt rất ít xảy ra.

– Nếu hệ phân tán lỏng – lỏng chứa một lượng tương đối lớn tướng phân tán, ví dụ đến 74% thể tích, ta có nhũ tương đậm đặc. Nếu hệ nhũ đơn phân tán: các giọt lớn hình cầu không bị biến dạng.

– Nếu hệ nhũ đa phân tán, các giọt có nhiều loại hình cầu có kích thước khác nhau, giọt nhỏ di chuyển giữa các giọt lớn.

– Nhũ tương đậm đặc thường được chế tạo bằng phương pháp phân tán, thể tích giọt lớn 0,1 ÷ 1µm hoặc lớn hơn, có thể dùng kính hiển vi thường nhận dạng giọt. Các giọt trong nhũ đậm đặc có chuyển động Brown, giọt càng nhỏ chuyển động càng mạnh và rất dễ sa lắng, sự sa lắng càng dễ xảy ra khi khối lượng riêng của hai tướng càng khác biệt nhiều. Nếu tướng phân tán có khối lượng riêng bé hơn sẽ xảy ra hiện tượng sa lắng ngược, các giọt sẽ nổi lên trên bề mặt.

Độ bền vững của nhũ tương đậm đặc tùy thuộc nhiều vào bản chất của chất nhũ hóa, các chất điện ly vô cơ không làm bền hóa nhũ tương đặc hữu hiệu vì các ion không được hấp phụ đầy đủ lên bề mặt phân cách dầu và nước.

– Nếu hệ phân tán lỏng – lỏng chứa tướng phân tán lớn hơn 74% thể tích, ta có nhũ tương rất đậm đặc và nhũ tương gelatin hóa. Đặc biệt trong trường hợp này, có sự biến dạng hỗ tương giữa các giọt, làm các giọt có dạng đa diện và được ngăn cách với nhau bởi các màng mỏng của môi trường liên tục, qua kính hiển vi ta thấy hệ nhũ giống như tổ ong, làm cho cấu trúc hệ chặt chẽ, không có khả năng sa lắng và có tính chất cơ học giống gel, nhũ tương được gelatin hóa. Ví dụ, nhũ hóa benzen trong dung dịch Na Oleate 1%, nhũ chứa 99% thể tích tướng phân tán benzen.

6.3.5. Hạn chế một số yếu tố làm phá nhũ

Nhũ tương có thể bị phá vỡ khi thêm chất điện ly hóa trị cao trong chất nhũ hóa có tác dụng ngược trên hệ. Giả sử nhũ tương đang ở dạng O/W, nhũ có thể bị phá vỡ khi sử dụng thêm chất điện ly chứa ion hóa trị cao, ion hóa trị cao tác dụng với nhóm ion của chất nhũ hóa tạo những hợp chất không tan trong nước, tức chuyển chất nhũ hóa về dạng không hoạt động (bị keo tụ).

Khi sử dụng thêm chất nhũ hóa có tác dụng ngược với chất nhũ hóa ban đầu. Ví dụ, hệ nhũ O/W với chất nhũ hóa Na Oleate, khi thêm vào hệ CrCl, hoặc Cr Oleate nhũ sẽ bị phá vỡ.

Giả sử nhũ tương đang ở dạng W/O, khi thêm vào nhũ chất điện ly ở nồng độ cao sẽ xảy ra hiện tượng muối kết (không phải hiện tượng keo tụ) làm vỡ nhũ.

Nhũ có thể bị phá vỡ nếu đưa vào hệ một chất hoạt động bề mặt hoặc một chất nào đó có khả năng đẩy chất nhũ hóa ra khỏi hệ. Dùng rượu amylic, nhũ O/W sẽ bị phá vỡ.

Nhũ tương có thể bị phá vỡ bằng cách ly tâm, lọc, điện di, đun nóng. Sự tăng nhiệt độ làm chất nhũ hóa dễ bị tách ra khỏi bề mặt giọt trong quá trình giải hấp phụ hoặc hòa tan chất nhũ hóa của tướng phân tán, do đó tất cả những yếu tố này phải rất cần được quan tâm trong quá trình tạo nhũ tương mỹ phẩm.

This div height required for enabling the sticky sidebar
error: Content is protected !!
Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views :