油包水系统与出水技术的探讨

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Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Date | Care and Surface Specialities,Seite |,*,W/O system and quick water breaking technology discussion,油包水系统与出水技术的探讨,Consumer specialties,Page,2,水分快速释放系统,市场趋势,来源,:,日本市场,主要在美容沙龙使用,特別用于面部护理,应用领域,:,防晒,晒后修复和,AHA,霜,应用效益,更节省成本,创新的概念,相对清爽的手感,水感强烈更有“保湿性”,Consumer specialties,Page,3,水分快速释放的方案,水性凝胶体系,W/O,乳化体系,Lovely water droplet!,W/O,乳剂在使用时，因为油相先行铺展，释放的水相因为界面张力而收缩，从而形成可爱的水珠。,Consumer specialties,Page,4,W/O,水分释放体系的可能问题讨论,值得注意的两个方面，分别针对,“水分释放效果”,和,“油包水体系”,水分释放效果,水分释放的影响因素,水相含量的影响,乳化剂用量的影响,其他影响因素,稳定性情况,油包水体系常见问题,耐寒条件下的出水问题,离心或者耐热条件下的出油问题,粘度降低即过度剪切的问题,Consumer specialties,Page,5,水分释放效果的感官评价,出水效果可以用水珠形成的情況加以表述,:,施用的料体于手背，正常涂抹,1,分钟后用,5,分制对水珠的情況评价,。,5,分,:,水珠很容易形成，且量很多，表示有很好的出水效果。,1,分,:,沒有水珠产生，表示没有出水效果。,如果评价结果小于,3,分则其出水效果被视为不可接受,Consumer specialties,Page,6,水分释放效果的影响因素,水分释放或者,“,出水,”,的过程是：,油包水体系的乳化颗粒在剪切（涂抹）作用下破乳。,要达到水珠状的效果，可做如下推论：,1.,释放的水量要足够大,配方的含水量,2.,释放速度要足够快 配方的乳化剂用量,Consumer specialties,Page,7,水相含量的影响讨论,组分,配比,(wt. %),F1,F2,F3,F4,F5,F6,A,ABIL,EM 90,0.8,0.8,0.8,0.8,0.8,0.8,ABIL,Wax 9801,鲸蜡基聚二甲基硅氧烷,1.6,1.6,1.6,1.6,1.6,1.6,TEGOSOFT,DEC,碳酸二乙基己酯,2.1,3.5,4.95,6.35,7.8,10.65,环硅烷,4.15,7.05,9.9,12.75,15.6,21.3,ABIL,350,聚二甲基硅氧烷,1.05,1.75,2.45,3.2,3.9,5.35,Magnesium Stearate,硬脂酸镁,0.3,0.3,0.3,0.3,0.3,0.3,B,Water,水,83.95,78.95,73.95,68.95,63.95,53.95,Glycerin,甘油,5,5,5,5,5,5,Sodium Chloride,氯化钠,1,1,1,1,1,1,Bronopol (Preservative),防腐剂,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,Water phase content (%),水相含量,88.95,83.95,78.95,73.95,68.95,63.95,Breaking effect,出水效果评分,5,3,2,1,1,1,不同内相含量的出水效果比较,Consumer specialties,Page,8,水相含量影响的结论,水相含量 出水效果,当前测试配方系统，水相含量必须,85%,才能获得理想的出水效果,但是实际操作中，如果水相含量超过,90%,可能导致加水的过程无比艰难，且超过越多，越困难。,建议水相含量的上限为,90%,.,注：水相含量,含水量,Consumer specialties,Page,9,乳化剂,ABIL,EM90,用量的影响,组成,配比,(wt. %),F7,F8,F9,F10,F11,A,ABIL,EM 90,0.4,0.8,1.2,1.6,2,ABIL,Wax 9801,鲸蜡基聚二甲基硅氧烷,1.6,1.6,1.6,1.6,1.6,TEGOSOFT,DEC,碳酸二乙基己酯,2,2,2,2,2,环硅烷,4,4,4,4,4,ABIL,350,聚二甲基硅氧烷,1,1,1,1,1,Magnesium Stearate,硬脂酸镁,0.3,0.3,0.3,0.3,0.3,B,Water,水,84.7,84.3,83.9,83.5,83.1,Glycerin,甘油,5,5,5,5,5,Sodium Chloride,氯化钠,1,1,1,1,1,Bronopol (Preservative),防腐剂,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,24h Viscosity (mPas) SP93, 4rpm, RT,98,000,125,000,149,000,180,000,189,000,热稳定性,(50 1 month),pass,pass,pass,pass,pass,冷热循环,(-15 - RT),break,pass,pass,pass,pass,冷稳定性,-15 (4 weeks),break,break,pass,pass,pass,出水效果,5,5,4,4,3,Consumer specialties,Page,10,ABIL,EM 90,的简介,EM90,在界面上的形态,经测试，使用,EM90,允许乳化 超过,90%,的水相,!,鲸蜡基,PEG/PPG-10/1,聚二甲基硅氧烷,ABIL,EM 90,是油包水体系优良的乳化剂,聚醚,鲸蜡基,硅酮链,Consumer specialties,Page,11,乳化剂添加量的影响,增加乳化剂用量,:,体系粘度,耐寒稳定性,出水效果,为了兼顾实际使用粘度和出水效果，类似系统的乳化剂推荐用量为,0.8%,.,Consumer specialties,Page,12,乳化剂用量对体系粘度的影响分析,0.4% EM90,1.2% EM90,2.0% EM90,不同乳化剂用量下的显微结构照片,(10x10),乳化顆粒变小,相界面积增加,体系内摩擦增加,体系粘度增加,Consumer specialties,Page,13,W/O,高含水量体系的稳定性讨论,耐寒条件下的出水问题,这个问题将随水相含量增加变得突出,离心或者耐热条件下的出油问题,粘度降低即过度剪切的问题,Consumer specialties,Page,14,W/O,体系,耐寒出水的原理分析,温度降低导致内相结晶，乳化颗粒也从球形向规则的六面体转变，这种形变作用会破坏界面膜。,增加乳化剂用量, 巩固界面膜,减小乳化颗粒直径 受形变影响小,亲水性成分或者电解质可以扒附水分子（通过氢键作用或者静电引力），使水分子不能自由迁徙，从而降低了水的活度，结晶变得困难，宏观表现就是,冰点降低,。,Consumer specialties,Page,15,改善耐寒稳定性的手段,方法,I,增强界面膜,方法,II,降低水相冰点,增加乳化剂用量,减小乳化颗粒,使用稳定剂,电解质,亲水性成分,提高冷稳定性,根据之前的分析，至少有两个方法用以改善耐寒特性：,Consumer specialties,Page,16,以甘油为例的亲水性物质对冷稳定性的影响,组分,配比,(wt. %),F12,F13,F14,F15,A,ABIL,EM 90,0.4,0.4,0.4,0.4,ABIL,Wax 9801,鲸蜡基聚二甲基硅氧烷,2.5,2.5,2.5,2.5,TEGOSOFT,DEC,碳酸二乙基己酯,2.0,2.0,2.0,2.0,环硅烷,4.0,4.0,4.0,4.0,Magnesium Stearate,硬脂酸镁,0.6,0.6,0.6,0.6,B,Water,水,81.0,71.0,61.0,51.0,Glyerin,甘油,8.0,18.0,28.0,38.0,Sodium Chloride,氯化钠,1.5,1.5,1.5,1.5,循环试验,(-15 - RT) 3,次,break,break,pass,pass,循环试验,(-25 - RT) 2,次,break,break,break,pass,不同含量甘油的影响研究,甘油含量增加可以显著改善耐寒特性，同时发现：,甘油含量越高则水珠颗粒越细,Consumer specialties,Page,17,亲水性组合物的正交设计研究,丙二醇,聚乙二醇,酒精,糖类,聚糖,其他,3,因子, 2,水平,4,因子, 3,水平,范例,(3,4,)tests:,甘油,(10, 20 ,30%),PEG-400 (3, 6, 9%),汉生胶,(0.1, 0.3, 0.5%),酒精,(3, 6, 9),1% NaCl,水溶液,分別经,-15,和,-25,测试,-15,甘油,20%, PEG400 3%,汉生胶,0.3%,酒精,6%,-25,甘油,30%, PEG400 9%,汉生胶,0.1%,酒精,3%,正交设计,最佳组合,亲水性成分,配方运用,Consumer specialties,Page,18,W/O,高含水量体系的稳定性,耐寒条件下的出水问题,离心或者耐热条件下的出油问题,粘度降低即过度剪切的问题,Consumer specialties,Page,19,离心或耐热条件下的出油讨论,油包水配方出油的本质是,密度差造成的沉降現象,，其可能的原因是：,1.,由于内外相的密度差造成的乳化体和外相之间的分离,2.,由于外相油脂之间的相容性不好而产生彼此分离的现象,因此，可以根据,Stocks,沉降公式推导出相关因素,粒径,粘度,体系粘度,乳化颗粒的直径,但是，右边得沉降公式忽略了：,油相的相容性,单一外相,悬浮稳定剂的使用屈服值,乳化剂的选择性颗粒稳定性,沉降速度,颗粒稳定悬浮所需屈服值的近似公式：,Consumer specialties,Page,20,有关粘度及颗粒直径的讨论,根据沉降公式以及粘度和屈服值的关系，粘度越高则沉降越慢，粘度越高屈服值可能越大，因此高的粘度总是利于稳定的。哪些因素会影响体系粘度呢？,外相的粘度,：外相的粘度越大则配方最终的粘度越大 提高外相粘度可以使用,高粘度的油酯甚至蜡质,或者,增稠剂,内外相的比例,：内相的比例越高则粘度相应的越高 对于高含水量的,W/O,体系该特性尤为显著,乳化颗粒的大小,：当内相的量超过,20,，,乳化颗粒越细则粘度越大,对于高含水量的,W/O,体系该特性尤为显著,较小的乳化颗粒不仅沉降速度慢，同时对体系屈服值的要求也低，往往有利于稳定，那么如何获得较小的乳化颗粒呢？简单的办法是：,增加乳化剂用量,：之前已有讨论,增加搅拌的速度,：之后将要讨论,对于高含水量的,W/O,体系而言，要获得较高的粘度轻而易举，因此一般不需额外使用增稠剂。,Consumer specialties,Page,21,油相相容性的影响,油相的相容性体现在油酯混合后的澄清度上，越透明相容性越好。,对于一般油包水而言,，油酯相容性主要影响渗油现象,相容性越差越容易渗油,而对于高内相含量的出水霜,，因为油相的量超低，相容性还体现在对操作性的影响上。低的油相相容性导致低的操作性：,分別以,碳酸二乙基己酯,(,TEGOSOFT DEC,，与硅油体系相容性好,),和,甲氧基肉桂酸辛酯,(,Uvinul,MC80,，与硅油体系相容性不好,),为例讨论其将会产生的影响,Consumer specialties,Page,22,油相相容性的影响,组分,配比,(wt.%),碳酸二乙基己酯,甲氧基肉桂酸辛酯,F28,F29,F30,F31,F32,F33,A,ABIL,EM 90,0.8,0.8,0.8,0.8,0.8,0.8,鯨蜡基聚二甲基硅氧烷,1.6,1.6,1.6,1.6,1.6,1.6,碳酸二乙基己酯,2,4,6,Uvinul,MC80,2,4,6,环硅烷,4,2,0,4,2,0,ABIL,350,聚二甲基硅氧烷,1,1,1,1,1,1,硬脂酸镁,0.3,0.3,0.3,0.3,0.3,0.3,B,水相,90.35,90.35,90.35,90.35,90.35,90.35,外观,霜状,霜状,霜状,霜状,失败,失败,热稳定性,(50,1,个月,),pass,pass,pass,pass,循环测试,(-15-RT, 3,次,),pass,pass,pass,pass,Consumer specialties,Page,23,油相相容性的讨论,过多的,OMC,导致油相的相容性极差，并进一步导致体系的崩溃,这就使当前配方扩展到防晒产品变得很困难,那么，低的油相相容性为什么会产生这样的后果呢？,Formula 28,的油相,Formula 30,的油相,Formula 33,的油相,Consumer specialties,Page,24,乳化剂的选择性,乳化剂,通过其疏水基和油酯结合从而降低了油水两相的界面张力,。由于油酯种类繁多，结构不同，因此它们和给定的乳化剂的结合能力是不同的。,当配方中使用多种油酯而这些油酯的相容性又不佳时，必然出现某些油酯参与乳化少，甚至无法参与乳化的情況。那些与乳化剂疏水基作用弱的油酯就容易游离出來，并进一步引起两种风险：,出现渗油现象,改变了实际水油比，导致体系崩溃,因此，建议设计此类配方，乃至整个油包水配方时，尽可能,将油相调整至透明，并选择与此油相匹配的乳化剂,。,Consumer specialties,Page,25,W/O,高含水量体系的稳定性,耐寒条件下的出水问题,离心或者耐热条件下的出油问题,粘度降低即过度剪切的问题,Consumer specialties,Page,26,W/O,体系粘度损失问题的研究,油包水体系长期放置,粘度随时间下降,也是一个常见的问題，,高水含量的油包水体系更不能例外,。,这个问题的原因是什么？,是否由操作工艺引起，如果是，操作工艺还有哪些影响？,如何解決这一问题呢？,Consumer specialties,Page,27,操作工艺,水相加入,方法,I,将硬脂酸镁在强力搅拌下分散进油相,常温下将水相逐渐加入，,边加边提速,W,O,550 rpm ( 6min ),650 rpm ( 9min ),W+O,均质,方法,II,将硬脂酸镁在强力搅拌下分散进油相,常温下将水相逐渐加入，,保持低速搅拌,W,O,200 rpm ( 16min ),W+O,200 rpm ( 6min ),21100,mPas,SP3 10rpm,61000,mPas,SP3 10rpm,方法,II,更为推荐,均质,Consumer specialties,Page,28,操作工艺,均质速度,F34,F35,F36,F37,F38,F39,搅拌速度,(rpm),700,900,1,100,1,300,1,500,1,800,粘度,mPas, (SP93,10rpm),63,000,96,000,118,000,139000,183,000,228,000,离心情況,pass,pass,pass,pass,pass,pass,热穩定性,50,1,月,pass,pass,pass,pass,pass,little,break,循环测试,(-15-RT) 3,次,pass,pass,pass,pass,pass,pass,冷稳定性,(-15),Failed after 1 week,Failed after 1 week,Pass,1 week,Pass,3 weeks,Pass,3 weeks,Pass,3 weeks,Breaking effect,5,5,5,5,5,5,A,ABIL,EM 90,0.8,ABIL,Wax 9801,1.6,TEGOSOFT,DEC,2,Cyclopentasiloxane &Cyclohexasiloxane,4,ABIL,350,1,Magnesium Stearate,0.3,B,Water,84.3,Glycerin,5,Sodium Chloride,1,Preservative,0.05,配方,PW-WO90-2,出水效果并不单纯随乳化颗粒的大小而变化,！,Consumer specialties,Page,29,操作工艺,均质速度的影响,均质速度,粘度,粒子尺寸,耐寒稳定性,稳定性风险,Consumer specialties,Page,30,过度剪切引起的粘度降低现象,该体系适合的均质速度在,1000-1500rpm,之间,Consumer specialties,Page,31,粘度降低的原因及解決方法分析,油包水体系中的内相量通常在,70%,以上,，是一般水包油体系的,2-3,倍,。如果采用和水包油体系,一样的均质条件,，那么将产生类似大小的乳液颗粒，于是产生的相界面也就是普通水包油体系的,2-3,倍,。,但是，在二者乳化剂用量基本一致的前提下，油包水体系的乳化剂有可能会产生“捉襟见肘”，即,未必足够铺展在这样大的相界面上,。于是，有些颗粒因为没有足够的保护而慢慢并聚，颗粒数量减小，宏观上则表现为粘度的降低。,这种因为均质速度过高引起的粘度长期下降的现象被称为过度均质。,解決方法,：,增加乳化剂用量，效率不高,降低均质速度（用别的方法来增加稠度）,提高水相含量,使用增稠剂,Consumer specialties,Page,32,小结,所获得的出水效果依赖于超高的含水量,要获得良好的出水效果并结合实际操作推荐水相含量,90%,，乳化剂,ABIL,EM90,的使用量为,0.8%,推荐工艺为,:,在,200rpm,的搅拌速度下用缓慢的速度,（,15,分钟左右）将水相加完。然后进行,1000rpm,-,1,500rpm,的均质,.,配合,高含量的甘油,等亲水性组分可以提高耐寒特性,高水相含量体系存在的问題,：,加水过程太慢，对操作敏感，不利于工业控制,均质速度较低导致乳化颗粒大，于是外观不够光亮,配方中油相含量低，难以向防晒或者粉底配方转变,有没有克服上述缺点方法,？,Consumer specialties,Page,33,创新发现,疏水改性的气相二氧化硅,在油包水体系中加到一定的比例就会引起体系产生出水的效果！,上述的出水效果受油水相比例影响小,（实际测试,50-80%,的水相比例都可以产生良好的出水效果）,气硅对乳化剂的比例越高，出水效果越好,这一新技术的应用会对体系产生何种影响,操作性如何？,稳定性如何？,扩展性如何？,Consumer specialties,Page,34,新技术的操作性研究,工艺,:,将水相在,500rpm,搅拌速度下加入油相中，完成后,1300rpm,下均质,3,分钟,A,ABIL,EM 90,鲸蜡基,PEG/PPG-10/1,聚二甲基硅氧烷,0.5,TEGOSOFT,DEC,碳酸二乙基己酯,10.0,TEGOSOFT,PBE,PPG-14,丁基醚,10.0,ABIL,Wax 9814,鲸蜡基聚二甲基硅氧烷,2.0,AEROSIL,R 812,甲硅烷基化硅烷,1.5,B,Glycerin,甘油,25.0,NaCl,氯化钠,0.5,Water,水,50.5,Preservative,防腐剂,q.s,新出水霜配方示例,W,O,500rpm (,小于,5,分钟,),W+O,均质,（,1300rpm,）,稳定性情況,：,45,，,3,个月,通过,循环测试,(-15-RT, 3,次,),通过,常温,6,个月,正常,加水时间大大缩短,Consumer specialties,Page,35,原理探讨,而乳化剂也会在界面上吸附，二者形成,竞争关系,，且气硅抢夺界面的能力还高于测试乳化剂,由于较低的柔韧性，在涂抹作用下，水易于从气硅包覆的地方释放出來。,因此通过,调整气硅和乳化剂的比例,，很容易调整出水的效果和配方的功能，操作工艺也得到简化。,乳化剂,气硅颗粒,疏水气硅因为是做不完全表面处理，颗粒表面仍然存在亲水位点，因此很容易吸附在油水界面。,Consumer specialties,Page,36,新出水技术的总结,低内相含量,(,甚至,50%),仍然能够获得理想的出水效果,可以轻松配制防晒和粉底配方,操作简单，耗时少,允许较高速度的均质，所以外观更光亮,可以配置低粘度的稳定体系,出水慕丝粉底,(70%,水相,),Consumer specialties,Page,37,参考配方,-,防晒出水霜,SC004-0066,A,ABIL,WE 09,聚甘油,-4,异硬脂酸酯,;,鲸蜡基,PEG/PPG-10/1,聚二甲基硅氧烷,;,月桂酸己酯,1.0,TEGOSOFT,DEC,碳酸二乙基己酯,8.0,AEROSIL,R 812 S,甲硅烷基化硅石,1.6,DC 345,环甲基硅氧烷,3.0,4-Methyl Benzylidene Camphor,4-,甲基亚卞基樟脑,3.0,Ethylhexyl Methoxycinnamate,甲氧基肉桂酸辛酯,6.0,Benzophenone-3,二苯酮,3,2.0,B,TEGO,Sun T 805,硅处理超细钛白粉,3.0,DC 345,环甲基硅氧烷,5.0,TEGOSOFT,DEC,碳酸二乙基己酯,3.0,C,Glycerin,甘油,15.0,NaCl,氯化钠,0.5,Xanthan Gum,汉生胶,0.05,Water,水,To 100,Preservative,防腐剂,q.s.,Page |,38,