油包水系统与出水技术的探讨

W/Osystemandquickwaterbreakingtechnologydiscussion

油包水系统与

出水技术的探讨

ConsumerspecialtiesPage2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霜应用效益更节省本钱创新的概念相对清爽的手感水感强烈更有“保湿性〞ConsumerspecialtiesPage3水分快速释放的方案水性凝胶体系W/O乳化体系Lovelywaterdroplet!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。ConsumerspecialtiesPage4W/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

ConsumerspecialtiesPage5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0.5-1g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分那么其出水效果被视为不可接受ConsumerspecialtiesPage6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。要到达水珠状的效果，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ConsumerspecialtiesPage7水相含量的影响讨论组分配比(wt.%)F1F2F3F4F5F6AABIL®EM900.80.80.80.80.80.8ABIL®Wax9801鲸蜡基聚二甲基硅氧烷1.61.61.61.61.61.6TEGOSOFT®DEC碳酸二乙基己酯2.13.54.956.357.810.65环硅烷4.157.059.912.7515.621.3ABIL®350聚二甲基硅氧烷1.051.752.453.23.95.35MagnesiumStearate硬脂酸镁0.30.30.30.30.30.3BWater水83.9578.9573.9568.9563.9553.95Glycerin甘油555555SodiumChloride氯化钠111111Bronopol(Preservative)防腐剂0.050.050.050.050.050.05Waterphasecontent(%)水相含量88.9583.9578.9573.9568.9563.95Breakingeffect出水效果评分532111不同内相含量的出水效果比较ConsumerspecialtiesPage8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ConsumerspecialtiesPage9乳化剂ABIL®

EM90用量的影响组成配比(wt.%)F7F8F9F10F11AABIL®EM900.40.81.21.62ABIL®Wax9801鲸蜡基聚二甲基硅氧烷1.61.61.61.61.6TEGOSOFT®DEC碳酸二乙基己酯22222环硅烷44444ABIL®350聚二甲基硅氧烷11111MagnesiumStearate硬脂酸镁0.30.30.30.30.3BWater水84.784.383.983.583.1Glycerin甘油55555SodiumChloride氯化钠11111Bronopol(Preservative)防腐剂0.050.050.050.050.0524hViscosity(mPas)SP93,4rpm,RT98,000125,000149,000180,000189,000热稳定性(50℃1month)passpasspasspasspass冷热循环(-15℃-RT)breakpasspasspasspass冷稳定性-15℃(4weeks)breakbreakpasspasspass出水效果55443ConsumerspecialtiesPage10ABIL®EM90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®EM90是油包水体系优良的乳化剂聚醚鲸蜡基硅酮链ConsumerspecialtiesPage11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%.ConsumerspecialtiesPage12乳化剂用量对体系粘度的影响分析

0.4%EM901.2%EM902.0%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ConsumerspecialtiesPage13W/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

ConsumerspecialtiesPage14W/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那么的六面体转变，这种形变作用会破坏界面膜。增加乳化剂用量→稳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。ConsumerspecialtiesPage15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：

ConsumerspecialtiesPage16以甘油为例的亲水性物质

对冷稳定性的影响

组分配比(wt.%)F12F13F14F15AABIL®EM900.40.40.40.4ABIL®Wax9801

鲸蜡基聚二甲基硅氧烷2.52.52.52.5TEGOSOFT®DEC

碳酸二乙基己酯2.02.02.02.0环硅烷4.04.04.04.0MagnesiumStearate硬脂酸镁0.60.60.60.6BWater水81.071.061.051.0Glyerin甘油8.018.028.038.0SodiumChloride氯化钠1.51.51.51.5循环试验(-15℃-RT)3次breakbreakpasspass循环试验(-25℃-RT)2次breakbreakbreakpass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：

甘油含量越高那么水珠颗粒越细ConsumerspecialtiesPage17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(34)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%,PEG4003%汉生胶0.3%,酒精6%-25℃

甘油30%,PEG4009%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ConsumerspecialtiesPage18W/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

ConsumerspecialtiesPage19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别离

2.由于外相油脂之间的相容性不好而产生彼此别离的现象

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：ConsumerspecialtiesPage20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，粘度越高那么沉降越慢，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：外相的粘度越大那么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：内相的比例越高那么粘度相应的越高

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％，乳化颗粒越细那么粘度越大

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？简单的方法是：

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。ConsumerspecialtiesPage21油相相容性的影响油相的相容性表达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，相容性还表达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ConsumerspecialtiesPage22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F28F29F30F31F32F33AABIL®EM900.80.80.80.80.80.8鯨蜡基聚二甲基硅氧烷1.61.61.61.61.61.6碳酸二乙基己酯246Uvinul®MC80246环硅烷420420ABIL®350聚二甲基硅氧烷111111硬脂酸镁0.30.30.30.30.30.3B水相90.3590.3590.3590.3590.3590.35外观霜状霜状霜状霜状失败失败热稳定性(50℃,1个月)passpasspasspass──循环测试(-15℃-RT,3次)passpasspasspass──ConsumerspecialtiesPage23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？Formula28的油相Formula30的油相

Formula33的油相

ConsumerspecialtiesPage24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。ConsumerspecialtiesPage25W/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

ConsumerspecialtiesPage26W/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？ConsumerspecialtiesPage27操作工艺——水相参加方法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参加，

边加边提速

WO550rpm(6min)650rpm(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参加，

保持低速搅拌

WO200rpm(16min)W+O200rpm(6min)21100

mPasSP310rpm61000

mPasSP310rpm方法II更为推荐均质ConsumerspecialtiesPage28操作工艺

——均质速度F34F35F36F37F38F39搅拌速度(rpm)7009001,1001,3001,5001,800粘度mPas,(SP93,10rpm)63,00096,000118,000139000183,000228,000离心情況passpasspasspasspasspass热穩定性50℃,1月passpasspasspasspasslittlebreak循环测试(-15℃-RT)3次passpasspasspasspasspass冷稳定性

(-15℃)Failedafter1weekFailedafter1weekPass1weekPass3weeksPass3weeksPass3weeksBreakingeffect555555AABIL®EM900.8ABIL®Wax98011.6TEGOSOFT®DEC2Cyclopentasiloxane&Cyclohexasiloxane4ABIL®3501MagnesiumStearate0.3BWater84.3Glycerin5SodiumChloride1Preservative0.05配方PW-WO90-2出水效果并不单纯随乳化颗粒的大小而变化！

ConsumerspecialtiesPage29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ConsumerspecialtiesPage30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

ConsumerspecialtiesPage31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，在二者乳化剂用量根本一致的前提下，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，宏观上那么表现为粘度的降低。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ConsumerspecialtiesPage32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？ConsumerspecialtiesPage33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？ConsumerspecialtiesPage34新技术的操作性研究工艺:将水相在500rpm搅拌速度下参加油相中，完成后1300rpm下均质3分钟AABIL®EM90鲸蜡基PEG/PPG-10/1聚二甲基硅氧烷0.5TEGOSOFT®DEC碳酸二乙基己酯10.0TEGOSOFT®PBEPPG-14丁基醚10.0ABIL®Wax9814鲸蜡基聚二甲基硅氧烷2.0AEROSIL®R812甲硅烷基化硅烷1.5BGlycerin甘油25.0NaCl氯化钠0.5Water水50.5Preservative防腐剂q.s新出水霜配方例如WO500rpm(小于5分钟)W+O均质〔1300rpm〕稳定性情況