Kosmeettiset emulsiovalmisteet

Huuhtelu- ja shampooformulaatioiden suhteellisen pienten öljykomponenttimäärien liukeneminen osoittaa alkyylipolyglykosidien ionittomina pinta-aktiivisina aineina odotettavat perusemulgointiominaisuudet. Monikomponenttijärjestelmien faasikäyttäytymisen asianmukainen ymmärtäminen on kuitenkin välttämätöntä, jotta alkyylipolyglykosideja voidaan arvioida tehokkaina emulgointiaineina yhdessä sopivien hydrofobisten koemulgointiaineiden kanssa. Yleisesti ottaen alkyylipolyglykosidien rajapinta-aktiivisuus määräytyy hiiliketjun pituuden ja vähäisemmässä määrin polymeroitumisasteen (DP) mukaan. Rajapinta-aktiivisuus kasvaa alkyyliketjun pituuden myötä ja on korkeimmillaan lähellä CMC:tä tai sen yläpuolella, arvolla alle 1 mN/m. Vesi/mineraaliöljy-rajapinnassa C12-14 APG:llä on alhaisempi pintajännitys kuin C12-14 alkyylisulfaatilla. N-dekaanin, isopropyylimyristaatin ja 2-oktyylidodekanolin rajapintajännityksiä on mitattu puhtaille alkyylimonoglukosideille (C8, C10, C12), ja niiden riippuvuutta alkyylipolyglykosidien liukoisuudesta öljyfaasissa on kuvattu. Keskipitkäketjuisia alkyylipolyglykosideja voidaan käyttää emulgointiaineina öljy-/vesi-emulsioissa yhdessä hydrofobisten koemulgointiaineiden kanssa.

Alkyylipolyglykosidit eroavat etoksyloiduista ionittomista pinta-aktiivisista aineista siinä, etteivät ne käy läpi lämpötilan indusoimaa faasimuunnosta öljy-vedessä (O/W) -emulsioista öljy-vedessä (W/O) -emulsioihin. Sen sijaan hydrofiilisiä/lipofiilisiä ominaisuuksia voidaan tasapainottaa sekoittamalla niitä hydrofobiseen emulgointiaineeseen, kuten glyseriinimono-oleaattiin (GMO) tai dehydratoituun sorbitolimonolauraattiin (SML). Itse asiassa alkyylipolyglykosidiemulgointiainejärjestelmän faasikäyttäytyminen ja rajapintajännitys ovat hyvin samankaltaisia kuin perinteisen rasva-alkoholietoksylaattijärjestelmän, jos hydrofiilisen/lipofiilisen emulgointiaineen sekoitussuhdetta ei-etoksyloidussa järjestelmässä käytetään lämpötilan sijaan keskeisenä faasikäyttäytymisparametrina.

Dodekaanista, vedestä, lauryyliglukosidista ja sorbitaanilauraatista koostuva hydrofobinen koemulgaattorijärjestelmä muodostaa mikroemulsioita tietyllä C12-14 APG:n ja SML:n sekoitussuhteella 4:6 - 6:4 (kuva 1). Korkeammat SML-pitoisuudet johtavat v/o-emulsioihin, kun taas korkeammat alkyylipolyglykosidipitoisuudet tuottavat o/w-emulsioita. Kokonaisemulgaattoripitoisuuden vaihtelu johtaa niin sanottuun "Kahlweit-kalaan" faasidiagrammissa, jossa runko sisältää kolmifaasisia mikroemulsioita ja häntä yksifaasisia mikroemulsioita, kuten etoksyloitujen emulgointiaineiden kanssa havaitaan lämpötilan funktiona. C12-14 APG/SML-seoksen korkea emulgointikyky verrattuna rasva-alkoholietoksylaattijärjestelmään näkyy siinä, että jo 10 % emulgointiaineseoksesta riittää yksifaasisen mikroemulsion muodostamiseen.

Kahden pinta-aktiivisen aineen faasin inversiomallien samankaltaisuus ei rajoitu pelkästään faasikäyttäytymiseen, vaan se näkyy myös emulgointijärjestelmän rajapintajännityksessä. Emulgointiaineseoksen hydrofiiliset ja lipofiiliset ominaisuudet saavuttivat tasapainon, kun C12-14 APG/SML-suhde oli 4:6 ja rajapintajännitys oli pienin. Huomionarvoista oli, että erittäin alhainen vähimmäisrajapintajännitys (noin 10^-3mN/m) havaittiin käyttämällä C12-14 APG/SML-seosta.

Alkyyliglykosideja sisältävien mikroemulsioiden joukossa korkea rajapinta-aktiivisuus johtuu siitä, että hydrofiilisiä alkyyliglykosideja, joilla on suuremmat glukosidipääryhmät, ja hydrofobisia koemulgaattoreita, joilla on pienemmät ryhmät, sekoitetaan öljy-vesi-rajapinnassa ihanteellisessa suhteessa. Hydrataatio (ja hydraatiopään efektiivinen koko) on vähemmän riippuvainen lämpötilasta kuin etoksyloitujen ionittomien pinta-aktiivisten aineiden tapauksessa. Siten rinnakkainen rajapintajännitys havaitaan vain etoksyloimattoman emulgointiaineseoksen hieman lämpötilariippuvaisessa faasikäyttäytymisessä.

Tämä tarjoaa mielenkiintoisia sovelluksia, koska toisin kuin rasva-alkoholietoksylaatit, alkyyliglykosidit voivat muodostaa lämpötilastabiileja mikroemulsioita. Vaihtelemalla pinta-aktiivisen aineen pitoisuutta, käytetyn pinta-aktiivisen aineen tyyppiä ja öljy/vesi-suhdetta voidaan tuottaa mikroemulsioita, joilla on erityisiä ominaisuuksia, kuten läpinäkyvyys, viskositeetti, modifiointivaikutukset ja vaahtoamisominaisuudet. Alkyylieetterisulfaatin ja ei-ionisen seoksen sekajärjestelmässä oleva apuemulgaattori havaitsee laajentuneen mikroemulsioalueen, ja sitä voidaan käyttää tiivisteen tai hienojakoisten öljy-vesi-emulsioiden formulointiin.

Monikomponenttijärjestelmien, jotka sisältävät alkyylipolyglykosidia/SLES:ää ja SML:ää hiilivedyn (dioktyylisykloheksaani) ja alkyylipolyglykosidia/SLES:ää ja GMO:ta polaaristen öljyjen (dikaprylyylieetteri/oktyylidodekanoli) kanssa, pseudoternaarisia faasikolmioita on arvioitu. Ne osoittavat kuusikulmaisten faasien ja lamellifaasien öljy-, vesi- tai mikroemulsioiden pinta-alojen vaihtelevuuden ja laajuuden komponenttien kemiallisesta rakenteesta ja sekoitussuhteesta riippuen. Jos nämä faasikolmiot asetetaan päällekkäin yhtenevien suorituskykykolmioiden kanssa, jotka osoittavat esimerkiksi vastaavien seosten vaahtoamiskäyttäytymisen ja viskositeettiominaisuudet, ne tarjoavat arvokkaan avun formuloijalle löytääkseen erityisiä ja hyvin suunniteltuja mikroemulsioformulaatioita esimerkiksi kasvojenpuhdistusaineille tai rasvaa antaville kylpyvaahdoille. Esimerkiksi sopiva mikroemulsioformulaatio rasvaa antaville kylpyvaahdoille voidaan johtaa faasikolmiosta.