Dimethiconcopolyolen, emulgatoren voor cosmetica

Oppervlakteactieve siliconen worden zo gesynthetiseerd dat ze zowel siliconen- als wateroplosbare groepen binnen hetzelfde molecuul bevatten. Het resultaat is een reeks verbindingen met variërende en regelbare oplosbaarheidsniveaus in olie, water en siliconen. Een van de meest voorkomende siliconenoppervlakteactieve stoffen is dimethiconcopolyol.

Dimethiconcopolyol is een amfifiele verbinding die is ontworpen om te helpen bij de bereiding van water-in-siliconen- of siliconen-in-water-emulsies. Er zijn verschillende soorten dimethiconcopolyol op de markt, die een reeks HLB-waarden bieden (Tabel 3), ontstaan door de aanwezigheid van twee of meer onderling onoplosbare groepen. Typisch een siliconen-oplosbare (silifiele) siloxaanskelet met een lage HLB gekoppeld aan een hogere HLB, meer in water oplosbare (hydrofiele) polyoxyalkyleencomponent. Gewoonlijk worden polyethyleenglycol (PEG), polypropyleenglycol (PPG) of beide in variërende verhoudingen op een polydimethylsiloxaanskelet geënt.

Cyclopentasiloxaan (en) PEG/PPG-18/18-dimethicon (Fig. 4) is een type van het dimethiconcopolyol dat veel wordt gebruikt om water-in-siliconen-emulsies te bereiden die vaak worden aangetroffen in anti-transpirant-, huidverzorgings- en kleurcosmetische formuleringen. De lage oppervlaktespanning en effectieve bevochtigingseigenschappen van het materiaal zorgen voor een uniek en zacht huidgevoel terwijl de emulsie wordt gestabiliseerd.

Bevochtiging is een oppervlakte-effect om het gedrag te karakteriseren van een vloeistofdruppel die op een vast/vloeibaar substraat wordt afgezet. Een waterdruppel die op een plastic folie wordt geplaatst, zal bijvoorbeeld een strakke bol vormen, wat wijst op een slecht bevochtigend effect. Als vervolgens een bevochtigingsmiddel aan het water wordt toegevoegd, zal de druppel geen bol vormen, maar zich over het oppervlak van de kunststoffolie verspreiden. De Draves-test is een gevestigde methode om het bevochtigingseffect te bepalen; het meet en vergelijkt de tijd die een katoenen 'streng' nodig heeft om bij een voorgeschreven temperatuur in een testoplossing te zinken. Hoe korter de tijd, hoe beter het bevochtigingsmiddel presteert. Bij deze test wordt een 0,1% oplossing van dimethiconcopolyol gebruikt (Tabel 2).

Over het geheel genomen bieden PEG/PPG-polymeren met een lager molecuulgewicht snellere bevochtigingseigenschappen vergeleken met tegenhangers met een hoog molecuulgewicht. Dit betekent dat een snel bevochtigend effect kan worden bereikt door geschikte keuze van het molecuulgewicht van een dimethiconcopolyol.

Het verlagen van de oppervlaktespanning is een van de belangrijkste eigenschappen van oppervlakteactieve siliconen. Vetcomponenten van een molecuul, rijk aan methyleengroepen (-CH2-), beperken de oppervlaktespanning binnen een bereik van ongeveer 30 dynes/cm2. Oppervlakteactieve siliconen, echter met een overwicht aan methylgroepen (-CH3), verminderen de haalbare oppervlaktespanning op een veel lager niveau in de buurt van 20 dynes/cm2.

PEG/PPG-dimethicon wordt gebruikt als emulgator bij de bereiding van water-in-olie- en siliconen-in-water-emulsies. Het kan worden gebruikt om producten te bereiden die lage concentraties was en een hoge concentratie water bevatten, waardoor crèmes en lotions ontstaan met een licht en gemakkelijk smeerbaar huidgevoel. PEG/PPG-dimethicon kan zichzelf gemakkelijk structureren, langs de Si-O-Si-bindingen, om de laagste vrije energietoestand aan te nemen. Dit maakt de productie mogelijk van emulsies met een bruikbaar lage vrije energie, waardoor een verbeterde stabiliteit wordt verschaft. Een hoge oppervlakteactiviteit biedt andere voordelen vergeleken met conventionele w/o-emulgatoren. Water-in-silicone-emulsies bereid met siliconenemulgatoren kunnen bijvoorbeeld worden geproduceerd met behulp van koude verwerkingstechnieken. Deze emulgatorroute wordt veel gebruikt in cosmetische kleurformuleringen (Formulering 3) omdat het de smeerbaarheid en egaliteit van kleurpigment verbetert.

PEG/PPG-dimethicon moet worden toegevoegd en gemengd in de siliconenfase of oliefase bij de bereiding van siliconen-in-water-emulsies of water-in-olie-emulsies. Voor het gemak is het ideaal om de waterfase in een aparte tank voor te bereiden. Elektrolyt zoals natriumchloride moet vooraf worden opgelost in de waterfase om het viskeus te maken en een stabiele emulsie te helpen ontwikkelen. Voeg de waterfase langzaam toe aan de siliconenfase of oliefase om een volledige en uniforme emulgering te garanderen. Meng met een mechanische menger met hoge turbulentie op hoge snelheid. Ga door met mengen onder hoge afschuiving gedurende 10-30 minuten om een kleine deeltjesgrootteverdeling te verkrijgen en homogeniseer indien nodig. Tijdens het emulgeren is geen warmte nodig.