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油包水乳化体系之配方设计及生产工艺初步研究


油包水乳化体系之配方设计及生产工艺初步研究 油包水乳化体系的定义 通常将连续相为油相的乳化体系定义为油分散体系,根据油相的不同,可分为油脂分散体系,硅油分散体系,以及油脂硅油复合分散体 系。根据内相的种类,如全水相,全固体相或者混合内相,以及多分散体系等。

油包水乳化体系的概况 油包水乳化体系的保湿性比传统的水包油体系有很大的提升,同时在滋润度和膏体的光亮度

上较水包油的也是有明显的改观,但同时缺 点也是非常明显的,一是配方的稳定性和生产工艺的调控,较水包油的要求有所提升;二是乳化体涂抹的肤感通常较水包油的较粘腻, 厚重。但目前随着新型的乳化剂的出现,如聚甘油酯以及聚硅氧烷醇共聚体,油包水乳化体系的涂抹感观已经有了极大的提升,甚至也 有部分可以和传统的水包油乳化体系的涂抹感观不相上下 。通常来说,市场上油包水产品主要有以下四大类:粉底液,粉底霜,保湿霜, 乳蜜。另外,油包水的基质因为对离子,酸碱,以及抗氧化行原性,可应用在更多疗效型美容用品和中高端保养产品中。

本文将重点讨论以影响油包水乳化体系的稳定性因素;油包水的生产工艺;以及油包水的配方设计原则为主要内容展开论述。一来希望 通过学习和交流来共同提高,二来也希望能抛砖引玉,引起大家更多的探讨和推动油包水体系的市场应用。 影响油包水乳化体系的稳定性因素

影响油包水乳化体系的稳定的因素较多,通常可以分为以下几点。 1、油包水乳化剂的选择,2、乳化体系油脂的选择,3、油包水含固体颗粒粉末的选择,4、乳化体系黏度的控制,5、油包水生产工艺的 选择等主要方面 乳化剂的选择

通常乳化剂分子聚集在油水相界面上,亲水基伸入水中,亲油基伸入油中,使水-油界面的界面张力下降而使乳化系统得以稳定。因而 乳化剂对乳状体系的稳定性非常关键,我们将通过考察乳化剂及乳化助剂在界面层的空间排布和相互作用,来分析乳化剂的选择对体系 稳定性的影响。

界面层的致密性性 由于乳化剂分子在液滴表面上可形成紧密的吸附层,并在界面层成定向楔的界面,故而乳化剂分子的结构以及空间排 布对稳定性的影响比较关键。乳化剂分子的空间构型主要指分子中极性基团截面积的相对大小,若两种基团的截面积不同,在乳化剂分 子就像两头大小不一的楔子,在油水界面上形成紧密排列的吸附层。截面积小的一头总指向分散相,截面积大的一头总指向分散介质, 形成定向楔的界面。因此选择油包水乳化剂时尽可能选择亲油端较大的乳化剂作为主乳化剂,这样乳化体系相对较难发生转相,但同时 要考虑到空间位阻,可适当的选配不同分子量的油包水乳化剂作为复合乳化剂,来填充不同分子量乳化剂之间的空隙。

界面膜的强度 乳化过程也可看作乳化剂在分散相液滴表面形成一保护膜的过程。界面膜的厚度尤其是其强度和韧性对乳状体系的稳定性 起着举足轻重的作用。通常混合乳化剂形成的复合膜具有相当高的强度,因而界面膜不易破裂,其形成的乳化体系更趋于稳定。在选择 乳化剂组成混合乳化剂时,要注意各组份的分子之间的相互作用力要强,且能在界面相中紧密排列。如果能选择分子结构相近且不同分 子量的乳化对作为乳化剂,乳化效能和稳定性会有更大的提升。油包水乳化剂一般的 HLB 在 3~8 的范围内,而目前国内以及国外市场 上常见的又以 5~6 为主,在不同的涂抹感观要求下,HLB 可有相应的调整。目前常见的油包水乳化剂大概可分为以下几类: 脂肪酸的二价或三价碱土金属盐,聚氧乙烷和聚氧丙烷共聚体,失山梨醇脂肪酸酯,蔗糖脂肪酸酯,聚氧乙烯脂肪醇醚,聚氧乙烯聚脂 肪醇醚,聚甘油脂肪酸酯等等。如硬脂酸镁,硬脂酸锌,硬脂酸铝,失水山梨醇棕榈酸酯,失水山梨醇硬脂酸酯,失水山梨醇油酸酯, 失水山梨醇倍半油酸酯,失水山梨醇三油酸酯,聚氧乙烯硬脂醇醚,聚氧乙烯油醇醚,聚氧乙烯蜂蜡,聚氧乙烯蓖麻油,甲基葡萄糖倍 半硬脂酸酯,异硬脂酸单甘油酯等等。还有部分的聚硅氧烷结构的硅油包水乳化剂,在市场上也有很广的应用。主要成分是以烷基聚二 甲基硅氧烷的聚氧乙烷聚氧丙烷的共聚体,以及其在挥发性硅油或二甲基硅油的分散液为主。

油包水的乳化剂,主体除了从结构种类上分类,其分子量的大小也是非常关键的选择参数,一般来讲,分子量越大,乳化剂在界面层上 形成的界面膜的强度和刚度也就越大,体系就跟容易稳定,但同时,也会在涂抹感上略有下降。而小分子量的油包水的乳化剂,在涂膜

感上会略有提升,但整体的相对稳定性能则有下降。因此,通常选用不同分子量油包水的乳化剂进行复配,即会增加体系的稳定性,也 会增加体系的涂摸感。

但是,也并非是乳化剂的分子量越大,体系就越稳定,乳化剂的分子量越小,体系涂抹的肤感就轻盈。乳化剂分子的亲油亲水分界端的 截面积非常关键。这将直接影响到界面层的致密性。如果乳化剂中有多个亲水和亲油的端面,很形象的就像“锚‘一样,将使得界面层的稳 定性,致密性,以及强度都会有极大的提升。如三梨醇倍半硬脂酸酯,聚氧乙烯 30 聚羟基硬脂酸酯,二聚甘油三异硬脂酸制等等。

除了乳化剂中多个亲油亲水平衡点可以增加体系的稳定性外,乳化体系 HLB 的选择也非常有助于体系的稳定和提升。目前,市场上主流 的油包水主乳化剂的 HLB 选择范围控制在 5~6 之间,助乳化剂的范围可能更广些,如 HLB 在 2~8 的范围内选者。由于 HLB 值是随着温 度的变化和体系中反活性基团的含量多少而发生变化的。通常升高温度,体系的 HLB 值会下降,降低温度,体系 HLB 值会上升。如经常 经过由低温到常温的温度变化,油包水的体系发生油水分层进而完全转相的情形,就属于这样的范畴。那么在不影响体系乳化能力的情 形下,适当的添加低 HLB 的油包水乳化剂,如 HLB 在 3~5 之间的失水山梨醇脂肪酸酯,不仅可以降低配方的成本,增强涂抹的轻盈的 感觉,而且将对体系耐寒也有一定的帮助。

在油包水乳化剂中,聚氧乙烯 30 聚羟基硬脂酸酯的乳化能力和抗极性油脂非常强,要远远的优异于其他类型的乳化剂。除了本身的较高 的分子量,双“锚“式界面定型,其较长的聚氧乙烯链式非常关键的。由于乳化剂要在体系中稳定,必须具有强烈的双亲性,对于任何一相, 过弱或过强度不利于体系的稳定。由于聚氧乙烯 30 聚羟基硬脂酸酯因为含有 30 个聚氧乙烯基团,同比于其他的油包水乳化剂,能够承 受的极性油脂的能力和强度要高的多(见下文油脂的极性对配方体系的影响),但并非是无限制的增长。虽然烷基聚二甲基硅氧烷的聚 氧乙烷丙烷的共聚体也有较高的聚氧乙烯基团,但是由于反向的亲油基团很弱,过而对极性油脂的承受能力也是有限的。正是这样的原 因,在油脂极性和乳化剂乳化能力的平衡中(极性油脂很容易降低乳化体系的黏度),聚氧乙烯 30 聚羟基硬脂酸酯可以容易的配制出能 够喷雾的油包水乳化体系。 另外,在油包水的体系中,因为滑爽和轻盈的独特肤感,聚甘油酯类油包水乳化剂也有了一定的潜力和发展,并且在市场上已经占有一 定的份额。但因为其乳化能力的不足,通常较多地被应用为助乳化剂,如三聚甘油双异硬脂酸酯等。目前较为新意的选择也可以是二聚 甘油异硬脂酸酯和二聚甘油三异硬脂酸酯,并且这两个油包水的乳化剂都属于同系物的油包水的乳化剂。如分开分别使用,则乳化效能 都比较低,但是如果复配使用,则会有较大的变化。除两者整体的相容性及配伍性能不错外,两者的分子量也是一高一低的搭配,其 HLB 值也分别是 7 也及 2.5。另外作为粉体的分散处理剂,比较合适的 HLB 值一半都是在 7~9 之间,那么二聚甘油异硬脂酸酯和二聚三甘油 异硬脂酸酯若按 2 比 1 的比例,不仅可以控制整体的 HLB 值在 5~6 之间,而且还可以增强粉体的分散性能。用此两个乳化剂复配使用, 不仅可以作出较为清爽的油包水体系,甚至非常接近水包油的感觉,而同时却无硅油包水和油包水类复配带来的果冻感。因而,可能是 高档眼霜,晚霜,面霜以及大量的抗酸或抗碱,抗离子,抗氧化还原性,以及需要高油性渗透滋养类配方的很好的选择方向。

助乳化剂的选择 助乳化剂通常可作为乳化剂的增效剂。对于两亲的乳化剂,以溶解度较大的相为外相,因此,要增加乳化体系的稳定性, 需要增强油包水乳化剂在油相的溶解度。通常在水相添加 0.5~2%的无机盐,可以很好的降低乳化剂在水相的溶解度。其原因主要是无 机盐在水合时,是通过离子键,其键能要远远大于油包水乳化剂亲水端水合时形成的氢键和共价键,因而在类似于“盐析“效应的影响下, 乳化剂在油相得到了更大的溶解值。

另外,无机盐可以使乳化颗粒带电,形成扩散双电层。大部分稳定的乳状体系因电离或者吸附会产生电荷,这些属性和胶体有类似的性 能。由于乳化剂常带有极性基团,故吸附与电离常同时发生。一般介电常数较高的物质常带正电,介电常数低的物质常带负电。故在 O /W 型乳状液中油滴常带负电荷;在 W/O 型乳状液中,水滴常带正电荷。由于液滴带电而形成双电层,它们之间的相互吸引和排斥, 提高了分散体的稳定性,尤其对于黏度较低的油包水乳化体系更显得重要。

作为常见的山梨醇脂肪酸酯,聚甘油脂肪酸酯以及聚氧乙烯脂肪酸酯等油包水乳化剂,可针对性地在水相添加山梨醇,甘油,聚乙二醇 等对应的亲水性多元醇。由于相应的多元醇在一定的温度下在水相都有一定的溶积值,在水相添加适量的多元醇也可以增加对应的乳化 剂在油相的溶解值,而通常在水相添加无机盐和多元醇,这样的方式往往是同时进行的。同时,由于无机盐和多元醇的加入,油包水乳 化体体的抗寒性能有了极大的提升,使得产品在低温到室温储藏温度的变化中,体系出水或转相的可能性大大降低,这主要归功于无机

盐以及多元醇通过水合作用可以显著降低水的凝固点,故而避免水相凝固造成内相体积过度膨胀而导致破乳。

固体粉末的助乳化作用,许多小粒径固体粉末,请注意是小粒径,当它们处在内外两相界面上时,也能起到良好的乳化作用。细小改性 的固体颗粒,由于本身与界面接触角的原因,会很好的吸附在分散相界面,并对内相有一定的包裹作用,故而是性能不错的助乳化剂, 对提高体系的稳定性帮助很大。如常见的硬脂酸镁,锌,铝等二价碱土或三价碱金属盐,气相二氧化硅等。而一些常见的固体颗粒,需 经过特定的表面处理及改性后,才具有助乳化作用。

因此,适当的选择乳化剂和助乳化剂,进行合理的配对,对油包水体系的稳定性有着至关重要的作用,也是配方成败的关键。对于通常 的乳化体系,乳化剂的用量一般在 3~4%左右,在含极性油或高粉量的乳化体系时,乳化剂用量一般在 4~5%左右,在这里需要指出的 一点是,在乳化体系里,尤其是油包水的乳化体系里,并非是乳化剂用量越高越稳定,当乳化剂的用量高于一定的范围,其体系的稳定 性常常是下降的。其可能的原因一方面是由于乳化界面的空间位阻效应,由于乳化剂相互的作用,当乳化剂的用量超出一定的范围时, 其界面层的致密性会有所下降,另一方面,由于油包水的乳化剂的 hlb 值一般在 3~7 之间,没有强烈的亲水性,故而在油相形成油性胶 团的能力较低。但由于油包水的乳化剂亲油和亲水的两亲性,与强极性油脂属性非常接近,多余的乳化剂在界面层非常活跃,但对界面 层的袭击和穿透影响更多,使得界面层的强度下降和松散性增大,反而可能会让体系破乳或者形成反胶团进而转相。乳化体系中油脂的 选择

在油包水的配方中,油脂的选择对体系的黏度,对体系连续相的配伍性,固体颗粒的分散以及配方的稳定性都有着至关重要的影响。

油脂的极性对黏度的变化 油脂的极性对体系的粘度的影响也是非常明显的,油脂的极性越高,体系的粘度越低,同时体系的稳定性由也会有所降低。所以,在配 方的铺展性和涂抹性作调整时,需要在黏度和稳定性多方面考虑。

油脂的极性除对配方黏度有影响,同时对体系连续相的配伍性影响也非常关键。在油包水的防晒体系,以及油包水和硅油包水体系,油 脂极性的选择和用量的高低会直接对配方体系的稳定性有重要的影响,而在这类配方中,也是最容易因为油脂的极性而是产品表面产生 会果冻感,表面龟裂,有油层析出等现象发生。

油脂的极性对粉体分散性能的影响,油脂的极性对粉体的分散性能影响较为明显,一般来讲在乳化体系中,在水包油的乳化体系里,极 性油更有利于粉体的分散,在油包水的体系里,非极性油更有利于粉体的分散。因此,在油包水的配方设计时,油脂的极性非常关键。 通常如果油相全部为非极性油,那么,在油相中即使未经处理的普通粉体,如普通钛白粉也有较好的分散度,但是随着外相油脂极性的 提高,体系对粉体的表面处理的要求愈来愈高。如果在有极性油分散体系,一般极性较强的油脂在整个油相的比例超过四分之一或三分 之一左右时(具体视油脂的极性和含量而定) ,可以明显增强油相的电极性,使得固体颗粒间的由电极性引起的相互作用力更容易传导, 未经表面处理的固体颗粒更易在油相中向界面相迁移和聚集。如在粉底里常常出现的花色和粉体的集聚就常常属于这个范畴,此时粉体 的表面是否经过与处理就显得非常关键。如果粉体颗粒经过亲油处理,其稳定性和分散都会大大增强。如果体系的极性油含量非常高的 时候,体系本身的稳定性也会有很明显的不稳定趋势,果冻感,表面龟裂,析油将不可避免。

油脂的极性对配方的稳定性的影响,如果要在油包水体系追求涂抹的轻盈和滑爽,在中高端的产品中将不可避免的添加一些中等极性或 者中等以上极性的油脂,那么,此时普通的乳化体系的稳定性能会有很大的下降。其可能的原因是极性油脂一般都有一个或多个极化中 心,而在离子型导电水溶液中,极化的油脂更容易会和水以及界面活性剂产生相互作用。如乳化剂,以通常的亲水端的聚氧乙烯链或者 多羟基端来讲,其亲和水的能力的大小和其聚氧乙烯基团以及多羟基基团的多少有直接的关联。而极性油在某种程度上与乳化剂有类似 的竞争机制,如果体系中,极性油脂的添加量不断的增大,这时乳化剂的效能则会不断的下降。故而,油脂的极性对配方的稳定性的影 响非常关键。油包水含固体颗粒粉末的选择

在油包水乳化体系中,可以选择的固体分类很多,常见的粉体颗粒有二氧化钛,二氧化锌,二氧化硅,高岭土,滑石粉,云母粉,氧化 铁黄,氧化铁红,氧化铁黑,碳黑等。因为二氧化钛的使用最为常见和关键,本文固体颗粒粉末讨论主要围绕二氧化钛展开,讨论粉体

颗粒大小的选择与遮盖能力以及着色影响,固体颗粒的表面处理及固体颗粒的助乳化作用。

二氧化钛是一种多晶型的化合物,在自然界中有三种结晶形态:金红石型,简称 R 型,如 R930,锐钛型,简称 A 型如 A100,以及板钛型。 板钛型不稳定,在 650℃下会向金红石型转化,因而没有工业价值。锐钛型在高温下(700℃)以上能够转变成金红石型,金红石型与锐 钛型相比,因晶格较小而紧密,所以具有较高的折射率。二氧化钛折射率非常高,金红石型 2.71,锐钛型 2.55。因此具有很高的遮盖力 和优良的光学性能。

粉体的颗粒大小的选择,二氧化钛的最佳粒径在 0.2~0.3?m ,在这个粒径之间,二氧化钛具有最佳的反射和散射光的能力,以达到最佳 的遮盖力。在 0.2?m 处,各波长光线散射总和最大,当粒子在 0.25~0.3?m 时,蓝色光线散射减少,其它光线散射相对不变,在 0.15?m 处蓝色光线散射最大,光谱中红色和绿色光线散射显著下降。理想的二氧化钛粒径应为 0.2~0.5?m,由于人们的视觉总认为白色偏蓝比 纯白色更白,所以 0.2?m 粒径的二氧化钛显得更白,并且具有更高的遮盖力。二氧化钛的颗粒大小,颗粒结构和分散程度影响其遮盖力。 通常的钛白粉类固体颗粒的粒径大小如下:

目数 粒度 ?m 目数 粒度 ?m 目数 粒度 ?m 目数 粒度 ?m 目数 粒度 ?m 5 3900 45 350 200 74 800 19 3000 5 10 2000 50 297 230 61 900 15 3500 4.5 16 1190 60 250 270 53 1100 13 4000 3.4 20 840 80 178 325 44 1300 11 5000 2.7 25 710 100 150 400 38 1600 10 6000 2.5 30 590 120 124 460 30 1800 8 7000 1.25 35 500 140 104 540 26 2000 6.5 40 420 170 89 650 21 2500 5.5

在大于可见光半波波长的范围内,粒径越细,颗粒结构越光滑,分散性越大,则遮盖力越大。但有一定的限度,当平均粒径为 0.2?m 时, 遮盖力最大,小于可见光波长一半时,则由于晶体对光的透明性使遮盖力反而下降。所以说,粒子过大过小都不好。

着色力是二氧化钛的重要特性指标,是指二氧化钛与另一种颜料混合后,所得到混合物显示它本身颜料的能力。一般习惯用雷诺值 (Ranolds)来表示着色力。着色力是粉体对光的吸收和散射的结果。二氧化钛是一种白色粉体,对光的吸收非常小,因此其着色力的大 小,主要取决于它对可见光的散射能力,散射力大,着色力就高。 粉体的表面处理,以二氧化钛为例,讨论粉体的表面处理。通常分为无机处理和有机处理以及多重处理。 无机处理,钛白粉的晶型决定其基本品种的性质,而表面处理则对钛白粉的专用品种和性质起主要作用。目前,市场上几乎所有的金红 石型钛白粉的部分特殊用途的锐钛型钛白粉都是经过表面处理后才出售的。 Al2O3 包膜,在 TiO2 粒子表面用 Al2O3 包覆,不仅可显著提高 TiO2 的抗粉化性和保色性,还能提高其分散性能,Al2O3 包膜是所有包 膜工艺中最简单的。 Al2O3/SiO2 包膜,它的应用最为广泛的,目前市场上流通的金红石型钛白粉,绝大部分都含有 Al2O3/SiO2 ,其中 SiO2 能增加 TiO2 的 耐久性,降低 TiO2 的表面活性。 SiO2 包膜,其工艺复杂, SiO2 包膜分为致密膜和多孔膜。致密包膜后 TiO2 的耐候性特别好。常用于高光泽,高耐久性的分散体中。 使用多孔薄膜的 TiO2,能赋予分散体较高的干遮盖力。

有机处理,TiO2 是一种极性很强的物质,为了提高在弱极性介质中的分散性,需要在钛白粉的表面提供一种亲有机物质的表面,基本原 理是加入表面活性剂或其它助剂,借以降低 TiO2 和介质之间的表面张力,使介质容易取代吸附在 TiO2 表面的空气和水,使 TiO2 颗粒实 现分离。比较合适的用于粉体表面处理的界面活性剂通常会有一些严格的要求,这将在以后的文章中加以阐述。粉体的助乳化效果评判,

以常规的 100 目的粉体经过三辊机经过研磨后,主要是粒径的颗粒度细化,约可控制在 1~10 微米左右,也有可控制在 0.5 微米左右, 视设备和工艺而定,再经过胶体磨的匀化便可用于生产。如果直接用胶体磨进行处理,其颗粒一般会在 10~20 个微米左右,有的也可以 达到 5 微米。因此,影响粉体的助乳化效果的因素第一取决于粉体颗粒的大小,第二取决于固体颗粒的表面处理类型。很多资料上写明 细固体颗粒是有助乳化效果的,可能是由于自由能越低越稳定,一般是趋向于在界面分布的,从而有助于界面膜刚度和强度的提高,以 及增强界面膜的致密性,从而提高乳化体系的稳定性。但在这里需要细化的是,通常乳化体系乳化颗粒的大小为 5~200 微米左右,而较 为稳定的乳化体系的颗粒一般在 0.5~5 微米左右,而乳化界面层的厚度一般为 5~25 个纳米,因此只有当固体颗粒的大小在接近或数倍 于界面层的厚度时,更易对乳化体系的界面稳定有促进作用,而当固体颗粒的大小相当于乳化颗粒(界面层的厚度通常与乳化颗粒大小 相差一个到两个数量级)或大于乳化颗粒时,很难判断固体的颗粒是否仍然具有助乳化作用。但是在适当的条件下,加入粉体仍然是可 以增加体系的稳定性的,其原因在于他们或者增加了外相的粘度,或者增加了内外上的比值,这主要取决于粉体的表面处理,故而体系 在一定程度上可趋向稳定。但作为补充的是,高含量大颗粒的未经表面处理的固体颗粒,其粒径大小与乳化颗粒大小相当或远大于乳化 颗粒粒径时,在乳化体系里会对界面活性剂会有较高的吸附,尤其是在作为独立内相分散的未经处理的固体颗粒,在较低乳化剂用量, 体系趋向不稳定,体系很容易变稠以及返粗。一般粉体颗粒在 5%以下时,相对影响较弱,但高含量的固体颗粒情况下,如 10%左右或 更高时,由于强烈的吸附作用,使得乳化剂消耗率非常高,因此,即使在全非极性油的乳化体系,也容易出现析油和粉体的沉降的现象。 其解决方案一般可以通过增大乳化剂的用量,或者改用部分或全部改用经过表面亲油处理的粉体颗粒,不仅可以提高产品的稳定性,而 且还可以提高粉体在皮肤的涂抹性能和着色附着能力。 一般认为未经处理的粉体颗粒的大小高于 0.2 微米时,没有明显的助乳化效果,反而容易引起对乳化剂的吸附而降低乳化效能。当粉体 颗粒的大小接近 5 至 50 个纳米时,需要考虑固体颗粒对乳化体系以及界面层的相互影响。此时如果粉体经过良好的表面处理,如经过亲 油处理,则对于稳定油包水体系有很大的帮助,反之,如经过亲水处理,则对于稳定水包油体系有很大的帮助。相对来讲,高含量的钛 白粉在水相分散和稳定,需要更高的技术和工艺要求,这将在以后的论文里阐述。

油包水中连续相以非极性油作为分散体系时,在分散相中加入普通的未经表面处理的钛白粉,滑石粉,无机色粉(限水的难溶物和不溶 物,如是可溶物,可能需要考虑其对表面活性剂的相关关联作用,如氧化,还原,促进界面活性剂的凝聚和分解等)等,作为固体的极 性物质,在常规显微镜下观察,可以发现作为固体的粉末颗粒并没有分布在油水乳化颗粒界面的周围,而是几乎连续均匀的分布在连续 相油相当中。

当体系的油脂极性处于中等偏弱的时候,经过良好表面处理粉体的亲油粉体,是配方选择的良好方向,反之,经过特殊表面处理粉体的 亲水粉体,对配方的稳定性有负面的影响。因为对于粒径低于与 8000 目以上的粉体(纳米级的粉体经过表面改性后具有一定的助乳化作 用),通常的尺寸和乳化颗粒的尺寸相当,其大小要远高于乳化界面层的厚度,通常是没有明显的助乳化作用的,但是作为内相分散物, 可以调节内外相的比例。但同时由于其较高的比表面积,在连续相分散时,如果表面未经处理,会对乳化剂有明显的吸附作用。出于降 低粉体表面和连续相的界面张力值,乳化剂除分散在水相周围,也会部分迁移至粉体的表面。如果粉体颗粒经过了良好的亲油表面处理, 那么粉体队乳化剂的吸附和消耗相对降低,如果粉体颗粒经过了亲水处理,除非发生反相,否则加剧吸附和迁移更多的乳化剂到粉体表 面,因此此时体系的稳定性能会下降 影响油包水乳化体系的黏度的几个因素

油水相比例对黏度的变化,油水比例是一个影响体系粘度的重要指数,在不考虑油脂极性的影响下,随着不同的油水比例的变化,体系 的粘度随之变化。通常在中等偏弱极性油脂为连续相的乳化体系中,体系粘度随着内外相的比例是一个双峰曲线,并且约在 18~25 之间 及 70~80 左右时达到最高粘度,具体的变化还随着油脂的极性和平均熔点变化而变化。

油脂的极性对黏度的变化,油脂的极性对体系的粘度的影响也是非常明显的,油脂的极性越高,体系的粘度越低,同时体系的稳定性由 也会有所降低。所以,在配方的铺展性和涂抹性作调整时,需要在黏度和稳定性多方面考虑。

油脂的熔点对黏度的变化,油脂的熔点对体系的黏度的影响也非常关键,适当的添加低极性的固态油脂,除了调节体系的黏度外,对于 产品高温的耐热性也很有帮助。最为关键的是对于生产环节,因为温度的变化使的产品的黏度在高温生产时,相对于常温生产时非常低, 这非常有利于增加和控制产品在高温充分的乳化分散充分和长时间均匀的均质,从而使得产品的粒径保持在较细和较窄的范围内分布行,

增加产的稳定性和货架寿命。

油溶性高分子,油溶性高分子可以非常简单方便的增加油包水体系的粘度,在较低的用量下就可以取得明显的效果,但缺点也比较明显, 一方面需要较高的活化温度,通常在 150 度左右,另一方面会影响产品的铺展性和涂膜性能,所以合理的控制此类油性高分子的用量或 采用复合增稠会跟有意义。 适当的乳化剂搭配,不同种类的乳化剂适当的搭配,对体系的稠度是非常有帮助的。选择乳化剂时,除了考虑不同的 HLB 值,不同的结 构种类外,还需还充分考虑不同乳化剂的分子空间排布而带来的位阻问题。而且,在选择了特定的乳化剂种类和比例后,并不是乳化剂 的用量越多就越稳定,有时候当乳化剂超出一定的量时,体系反而更不稳定,甚至于破乳和转相。究其原因,可能是因为油包水的乳化 剂的一些属性和极性油颇为相似。在油包水及相关配方体系中,过多地加入极性油会影响体系的稳定性,已被广为接受。但在油包水体 系中过多地加入油包水的乳化剂,却未必能增强体系的稳定性。由于油包水的乳化剂通常具有亲油和亲水的双亲性,并且其亲水能力相 对较弱,这些性能和强极性油脂的属性较为相似。当油包水乳化剂过多的时候,多余的乳化剂由于自身较弱的亲水性,相互间相对较难 形成胶团,故更容易分散在界面上和连续相,由于空间位阻及乳化剂在界面层的竞争下,分子间的相互作用力的影响下,使得乳化界面 膜更趋向于松散和易于穿透,故而其稳定性可能反会下降而不是提升。 影响油包水体系稳定性的几个因素。

油包水生产工艺的控制,相对于水包油来讲,油包水的生产工艺需要更多的要求和难度,不同的工艺和不同的设备,即使同样的配方, 也有可能在产品黏度,稳定性和使用效果等、方便产生不同的影响。

通常,对于做油包水的乳液以及粉底液等类型的配方,如果产品的最终黏度要求不是很高,一般对设备和工艺的要求相对较低。因为, 在不高的黏度下,产品在乳化的过程中都比较容易的得到均质和分散,并且能够保持较高的均一度。但是若乳液的黏度较高或者做黏度 较高的霜体时,工艺和设备会有一些影响,我们不能不将之纳到讨论的范畴。

一般常见的油包水生产工艺安生产时的温度区分为冷配法和热配法,按生产的连续性分为一锅法,间隙式,以及连续式。

冷配法生产油包水体系,因为生产效率高,能耗小,连续生产的成本低,耗时少,现在被很多人接受。也比较适合做体系黏度不高或中 等粘度的体系。用冷配方法生产黏度较高的配方体系,现在也有很多的公司和相关技术人员也在做很多的基础数据和技术的推广,也取 得了不错的成效和市场的份额,如果在配像体系稳定性考察和生产工艺的操作控制方便性上都没有太大的波动的话,冷配法还是比较值 得推广和应用的。

由于冷配法也分为纯粹的液态油脂直接乳化均质和含蜡类油脂加热溶解降温再乳化均质以及加热油相后直接抽入常温水相进行乳化均质 并同时冷却。其生产工艺的选择主要取决的配方设计的结构。但对于常规的常温直接乳化均质,需要注意两个问题,其一是搅拌和均质 的控制,由于体系的黏度直接是由油水相的比例进行控制的,当水相越高,体系的黏度就越大,但同时,体系能被充分分散和均质的效 能就越低,如因为乳化均质头被过高黏度的乳化体包裹,而引发的均质头空转,进而时的乳化体系的乳化不是很充分或者乳化的颗粒粒 径过大以及分散不均等,这是都是影响油包水体系在生产中因为生产工艺的选择不当而应起的配方的稳定性负面影响。一般在这种情况 下,在保证体系能够充分分散,均质以及体系的均一性为前提,更多的可以选择是,长时间的确保在最大搅拌速度下充分混合,均质的 强度和时间比较适宜渐进式进行。先让物料在中等均质强度下充分均质,然后再提升均质的速度,并且在确保均一和充分的条件下,因 该适当地延长均质时间,这样更有利于体系稳定性的提高。但如果乳化体系在高强度的均质条件下破乳,则更多的可能是因为乳化剂的 添加量或者乳化效能较低。建议增加乳化机的用量或者复配不同类型的乳化剂可以得以改善。其二产品在高温的黏度变化,由于用有水 相比例来孔里体系的稠度,可以显著的降低油腻感,但是产品在经常性的经过高温和室温的转变过程当中,体系的黏度会有不同程度的 下降。尤其是在乳化均质不充分和均一的条件下,这样的乳化体系甚至于发生破乳。其主要原因是因为高温储藏下,油相的黏度会有很 大的下降,这将大大降低内相相对运动所需要的阻力,进而使得内相更容易聚集,碰撞。尤其是在乳化均质不充分的条件下,小颗粒的 乳化颗粒更是容易内聚成大的乳化颗粒,这样乳化颗粒会随着阻力的降低而不断的内聚,长大,而宏观上体系的黏度也会随着不断的变 化,降低直至破乳。

因此,冷配法的关键是在与设计配方的油水相比例,控制生产中工艺使得物料能得以充分的乳化和均质以及降低乳化体系在高低温的粘

度变化值。

含蜡类油脂的油包水配方设计主要是根据选择蜡的种类以及含量的不同而采用不同的工艺。例如凡士林,羊毛脂,蜂蜡,地蜡,微晶蜡, 石蜡等等。如果配方设计的油相加热后冷却,仍然不透明或非常浑浊甚至于有固态析晶,则一般采用加热后冷却,并在室温下均质一段 时间后在抽入水相。如果油相在加热溶解后,冷却至室温人保持通明澄清,则在加热后可以直接抽入水相进行乳化均质并同时冷却。当 然,所有这些配方度可以选择热配,在高温下均质乳化,在不考虑生产能量消耗和减短生产时间的因素,热配法生产,在生产工艺的控 制和产品的稳定性方面要优于冷配法。

热配方生产的油包水乳化体,更适合黏度较高,对稳定性要求更为苛刻的体系。在做油包水的保湿霜时,同一的配方,热配法生产的工 艺简单性和产品稳定性会有明显的差异。其优点是在高温时,由于油相黏度相对较低,能确保体系得以充分的乳化和均质,而当温度降 低时,由于体系外相黏度的增强,可以使得乳化的颗粒细腻和均一性得到很好的保持,进而提升最终产品的稳定性。用热配法一般要求 在生产时只要需要两次均质。一次再在高温时,尽量进行长时间的均质,均质的强度也是先低再高,在保证物料充分均质的条件下,在 提高均质的强度和时间。还有一次在常温,并且在不影响充分均质的条件下,尽量降低均质的温度和延长均质的时间,这些都将有利于 提升配方的稳定性。对于一锅法生产油包水的乳化体系,通常对设备都有很高的要求,并且需要设备短时间内能够输出极高的能量,同 时还要保证物料的上下传质要均匀和有效,并且一般应用在 300 公斤以下的乳化设备中。对于间歇式生产则主要应用在高水相含量以及 高粘度的体系中,这样的体系如果用连续翻操作,需要对水相的输入速度和时间有一定的苛刻要求,这样将会增大生产工艺的难度,可 控制性以及生产的重复性。比较方便的方法是采用间歇式的生产方法,可以更有效的解决问题。其主要的控制点为将水相多次抽入进行 高速搅拌乳化,不不需要考虑抽入的速度的控制,但这样的操作,不建议在水相没有完全抽入前进行均质。常见的是将水相分为三次抽 入,第一次抽入水相的三分之一,连后再高速搅拌下,混合 2~5 分钟,具体是生产的设备的容量和传动效果而定,而后再次抽入三分之 一的水相,连后再高速搅拌下,混合 2~5 分钟,接着抽入余下物料,在搅拌 5~10 分钟后,再开中速均质,等物料充分均质和乳化后, 在逐步身高均质强度。也可以将水相分两次抽入,第一次抽入三分之一,第二次抽入余下,这同样也主要取决于生产设备的容量和传动 效能。 文将以热配间歇生产为例,简单的介绍一下生产操作流程。将油相加热到 80 度,抽入乳化锅,如有粉基料,则可以保持真空,均质数分 钟,同时保持搅拌至最大速度,然后抽入水相的 1/3 后,暂停进水,搅拌 3~4 分钟后再抽入其余的水相。维持在 75~80 度和较高的真空 度,均质 6~15 分钟,连后再高速搅拌下冷却,当物料的温度降至 40 度左右时,可加入温敏性原料,如香精,防腐剂,蛋白以及其他活 性成分等。保持真空度,再次均质,同样也是先进行中等强度的均质,在充分考虑乳化均质的均一性下,适当提高乳化的强度和乳化时 间。对于添加固体油脂的物料,第二次均质时的温度越低,均质时间越长,乳化的膏踢越光亮越稳定。

具体的均质时间需要看生产设备的容量和搅拌均质的传动性能。以 50kG 的乳化锅,均质的传动较好的话,均质约 5~8 钟即可,乳化锅 越大,均质的传动越差(主要是均质转头的刀,壁空隙越小和固定壁的出料空隙越大,越利于高粘度物料的均质和分散) ,需要均质的时间 需相对应延长,每锅的适宜乳化量为实际锅体标注的 2/3~3/4 左右为宜。


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