各种卡波(carbomer)的流变特性及应用

选择创造美感

卡波聚合物的流变及肤感特征FormulatewithConfidence™

主旨及内容主旨开发一种能帮助我们的客户在护肤配方设计中选择合适的卡波聚合物的工具了解不同的卡波聚合物在配方中及涂抹在皮肤上的性能表现的基本区别内容凝胶及乳液配方条件下的数据总结包括：基本物理性能（粘度，屈服值，透明度），基本的流变性能

，感官性能评估流变性能和感官表现的联系应用配方举例2凝胶体系的实验凝胶配方的比较PartIngredientsINCI%WeightA

CarbopolUltrez10polymerCarbomer0.23

CarbopolUltrez20polymerAcrylatesC10-C30AlkylAcrylateCrosspolymer

0.60

CarbopolUltrez21polymerAcrylatesC10-C30AlkylAcrylateCrosspolymer

0.23

Carbopol940polymerCarbomer

0.20

Carbopol980polymerCarbomer

0.25

Carbopol934polymerCarbomer0.45

DeionizedWater

Qsto100

BTEA(99%)TriethanolamineQStopH=6.0–6.5

CGlydantPlusLiquidDMDMHydantoin(&)IodopropynylButylcarbamate0.400.400.400.400.400.404离子对粘度的影响U10=Carbopol®Ultrez10polymerU20=Carbopol®Ultrez20polymerU21=Carbopol®Ultrez21polymer940=Carbopol®940polymer980=Carbopol®980polymer934=Carbopol®934polymer

当离子存在或增加时，耐离子的卡波聚合物能提供相对更高的粘度，如：Carbopol®Ultrez20polymer。(mPa•S)5离子对屈服值的影响U10=Carbopol®Ultrez10polymerU20=Carbopol®Ultrez20polymerU21=Carbopol®Ultrez21polymer940=Carbopol®940polymer980=Carbopol®980polymer934=Carbopol®934polymer当离子存在或增加时，耐离子的卡波聚合物能提供相对更高的屈服值，如：Carbopol®Ultrez20polymer。6离子对透明度的影响离子对透明度的影响很小。U10=Carbopol®Ultrez10polymerU20=Carbopol®Ultrez20polymerU21=Carbopol®Ultrez21polymer940=Carbopol®940polymer980=Carbopol®980polymer934=Carbopol®934polymer7凝胶配方体系中的物理特性总结Carbopol®Ultrez20

聚合物表现出最好的耐离子性

较高的粘度较高的屈服值优异的透明度在离子浓度较低时，Carbopol®

934和980聚合物表现出较好的耐离子性，其保持粘度和屈服值的能力相对较高

Carbopol®980聚合物大于80%透过率的透明度Carbopol®934的透明度相对较低Carbopol®Ultrez10,Ultrez21

和940聚合物在凝胶配方体系里有中等的耐离子性8低剪切力时的流变曲线离子的存在会影响凝胶体系对外力的响应：在很低的剪切速率下，耐离子的聚合物需要相应更高的剪切力来产生流动，即其粘度相对更高。Viscosity(Pa•S)Viscosity(Pa•S)9高剪切力时的流变曲线在较高的剪切速率下，0.05wt%的盐会使体系产生不同的流变特征：耐离子的聚合物同样拥有相对更高的粘度，即其需要相应更高的剪切力来产生流动，且差距交剪切速率下低更大。Viscosity(Pa•S)Viscosity(Pa•S)10应力的动态振荡测试0.10001.00010.00100.01000osc.stress(Pa)0.0100.1001.00010.00100.01000Carbopol®Ultrez10Polymer+NaClCarbopol®Ultrez20Polymer+NaClCarbopol®Ultrez21Polymer+NaClCarbopol®940Polymer+NaClCarbopol®980Polymer+NaClCarbopol®934Polymer+NaCl0.10001.00010.00100.01000osc.stress(Pa)0.0100.1001.00010.00100.01000G‘弹性模量(Pa.s)Carbopol

Ultrez10PolymerCarbopolUltrez20polymerCarbopolUltrez21Polymer

Carbopol940PolymerCarbopol980PolymerCarbopol

934Polymer

屈服应力较低，意味着凝胶结构更容易被破坏；较长的弹性模量保持区间，则表示需要较高的应力才能破坏凝胶的结构。屈服应力RestplateauRestplateau屈服应力G‘弹性模量(Pa.s)11凝胶体系中聚合物流变性能总结当体系含有0.05%的盐时，在高或低的剪切速率下，卡波聚合物

表现出不同的流变行为：含耐离子性较强的聚合物的凝胶体系拥有更高的抵抗形变的能力。Carbopol®Ultrez20聚合物显示了相对较硬的弹性结构无论剪切速率的高低，它都表现出较慢的形变反应。Carbopol®Ultrez10和Carbopol®Ultrez21聚合物表现为相对较低的粘度无论剪切速率的高低，两者都对剪切表现为较高的形变。Carbopol

980和934聚合物在应力的动态振荡下表现出了弹性相对Carbopol®Ultrez10和21聚合物而言，它们拥有更长的弹性模量保持时间。12肤感评估–专家小组排序法每个聚合物的皮肤感觉不尽相同。HSD95*有显著不同****13凝胶配方的肤感分布曲线最初涂抹涂后肤感HighLowIntensity(AverageRank)14卡波聚合物的凝胶肤感坐标图数据由专家小组排序法而来LightHeavy

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Ultrez10Ultrez21980Ultrez20Carbopol®PolymersUltrez10=Carbopol®Ultrez10polymerUltrez21=Carbopol®Ultrez21polymer980=Carbopol®980polymerUltrez20=Carbopol®Ultrez20polymer15凝胶配方的感官评估总结Carbopol®Ultrez20聚合物提供奢华、厚稠的肤感，适用于感觉丰厚、富有弹性，非水感的凝胶配方。

Carbopol®Ultrez10和

andCarbopol®Ultrez21聚合物在最初的涂抹时能提供十分清新的肤感，适用于清爽型配方。

Carbopol®980聚合物的肤感介于上述两者之间，在最初涂抹时拥有轻微的弹性并且肤感滑爽。适用于中等或偏向感觉丰厚的配方，同时用后不粘腻。16乳液体系的实验乳液配方的比较PartTradeNameINCI%weightA

CarbopolUltrez10polymerCarbomer0.40

CarbopolUltrez20polymerAcrylatesC10-C30AlkylAcrylateCrosspolymer

0.75

CarbopolUltrez21polymerAcrylatesC10-C30AlkylAcrylateCrosspolymer

0.38

Carbopol940polymerCarbomer

0.30

Carbopol980polymerCarbomer

0.40

Carbopol934polymerCarbomer

0.50

DeionizedWater

Q.S.to100BC1215AlkylBenzoateC12-15AlkylBenzoate10.0010.0010.0010.0010.0010.00

Cremophor®A6Ceteareth-6andStearylAlcohol1.801.801.801.801.801.80

Cremophor®A25Ceteareth-251.201.201.201.201.201.20CTEA(99%)TriethanolamineQStopH=6.0–6.5DGlydant®PlusLiquidDMDMHydantoin(&)IodopropynylButylcarbamate0.400.400.400.400.400.4018离子对粘度和屈服值的影响与传统的卡波聚合物相比，Carbopol®Ultrez20聚合物提供了更好的耐离子性能。U10=Carbopol®Ultrez10polymerU20=Carbopol®Ultrez20polymerU21=Carbopol®Ultrez21polymer940=Carbopol®940polymer980=Carbopol®980polymer934=Carbopol®934polymer19流变曲线（剪切速率由低到高）0.10001.00010.00100.01000shearrate(1/s)0.10001.00010.00100.01000CarbopolUltrez10Polymer+NaClCarbopolUltrez20Polymer+NaClCarbopolUltrez21Polymer+NaClCarbopol940Polymer+NaClCarbopol980Polymer+NaClCarbopol934Polymer+NaCl0.10001.00010.00100.01000shearrate(1/s)0.10001.00010.00100.01000CarbopolUltrez10PolymerCarbopolUltrez20PolymerCarbopolUltrez21PolymerCarbopol940polymerCarbopol980polymerCarbopol934Polymer几乎类似的流变曲线当剪切速率由几乎零提升到较高值，0.05wt%的盐会使乳液体系产生不同的流变特征：乳液含有耐离子性强的聚合物，则拥有相对更高的粘度，即较高的内部抵抗力。不同的流变曲线Viscosity(Pa•S)Viscosity(Pa•S)不含盐的流变曲线含盐的流变曲线20应力的动态振荡测试

不含盐时（包装中的状态），乳液表现为较为类似的流变性能，唯有CarbopolUltrez20聚合物表现出很强的弹性；含盐时（应用时的状态），乳液的流变行为反应了盐的影响，表现出不同程度的弹性特征。WithoutNaClWith0.05wt%NaCl不含盐的曲线含盐的曲线21肤感评估–专家小组打分法HSD95*****22乳液配方的肤感分布曲线最初涂抹涂后肤感HighLowIntensity(AverageRating)23卡波聚合物的乳液肤感坐标图LightHeavy

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Ultrez10Ultrez21980Ultrez20Carbopol®PolymersUltrez10=Carbopol®Ultrez10polymerUltrez21=Carbopol®Ultrez21polymer980=Carbopol®980polymerUltrez20=Carbopol®Ultrez20polymerLightHeavyLowresidualfeelHighresidualfeel

Non-lingeringafterfeelLingeringafterfeelUltrez10980Ultrez21Ultrez20Carbopol®Polymers最初至中期涂抹阶段涂抹中期到涂后肤感阶段数据由专家小组打分法而来24乳液配方的感官评估总结在相对复杂的乳液体系中，卡波聚合物仍旧能够提供不同的肤感影响Carbopol®Ultrez20聚合物提供奢华、丰厚的涂抹感，拥有较重的涂后肤感。Carbopol®Ultrez21聚合物提供轻质溶化般的涂抹感，以及中等到清爽的涂后肤感。Carbopol®Ultrez10聚合物提供清新、易抹开的涂抹感，以及清爽的涂后肤感。Carbopol®980聚合物提供轻质、滋润的涂抹感，以及丝滑的涂后肤感。25流变性能和

感官表现的联系凝胶及乳液体系

粘着感Cohesiveness*将产品放在两指之间，分开两指的力量感越大，粘着感越强。

*包装中的状态临界屈服应力

定义：最小的能使体系产生流动的应力。屈服应力越高，配方的粘着感越强。凝胶体系

屈服应力和粘着感（YieldStressvs.Cohesiveness）27屈服应力和粘着感CarbopolPolymersYieldStress(Pa.)(withNaCl)Cohesiveness(Mean)Ultrez100.01561.05Ultrez210.02302.009400.03233.759800.03684.509340.03894.63Ultrez200.04234.87粘着感高的凝胶更趋于粘在一起，要求更高的屈服应力来破解凝胶的结构。28乳液体系

粘度和厚稠感-Viscosityvs.Cushion(Thickness)粘度流体在剪切应力下抵抗形变产生的能力。通常被理解为厚度或对流动的抵抗程度。厚稠感(粘稠度)涂抹时在手指和皮肤间能感受到的产品的量。感受的到量越高，产品厚稠感越强。数值越低，产品感觉相对清爽，容易涂抹。29粘度（较低剪切速率下）和厚稠感CarbopolPolymersMax.Vis.(Pa•S)(NearZero)WithNaClCushion(Mean-Rating)Ultrez10349.03.34Ultrez21475.63.85940130.33.48980270.43.82934186.23.80Ultrez20713.85.05Max.Viscosity(Pa•S)(LowShearRate)乳液丰厚的涂抹感觉一般来自于产品最初的厚度

和对剪切变稀的抵抗力。30流变性能和感官表现联系的总结卡波聚合物极大的影响了凝胶或乳液配方的流变性能和感官表现；不同的卡波聚合物能提供不同的肤感和涂抹时的流变特征。虽然乳液产品中的其它成分对其整体的肤感有影响，但基于卡波聚合物建立起来的流变性能和感官表现的联系对于乳液和凝胶都能成立。这些能够联系涂抹时的流变性能和感官表现的初步结果可以帮助配方师选择正确的卡波聚合物来满足凝胶或乳液配方的基本肤感要求。31应用配方举例凝胶配方例举

RefreshingSkinHydratorandHydratingSleep-OnFacialSerum项目概述:开发两个含有植物活性及美白成分的配方，其市场宣称如下：清爽的补水乳液，能很快的涂抹开，白天使用，作为护肤乳液或爽肤水。护肤乳液精华素，涂抹时间较长，最初的涂抹感为中等偏向较为丰富的不粘腻的感觉。作为晚霜使用，提供修复及滋养的护肤作用。要求条件:两个配方含有等量的传统中药成分。采用等量的卡波聚合物成分。产品的目标规格：pH~5.5粘度12,000–18,000mPa•S33RefreshingSkinHydrator–F0078(AP)INCINameTradeNameFunction%WeightSpecificationA1.DeionizedwaterDiluent89.41pH5.25-5.752.DisodiumEDTAChelatingAgent0.02Viscosity(mPa·s)S#612,000-18,0003CarbomerCarbopolUltrez10PolymerRheologyModifier0.35YieldValue(dyn/cm2)500-7004.Methylgluceth-20Glucam™E-20humectantHumectant1.00StabilityPassed(45°C/25°C/5freeze-thawcycles)B5.Neopentylglycoldiethylhexanoate

Schercemol™NGDOesterEmollient3.006.Dimethicone(and)cetearyldimethiconecrosspolymer(VelvesilDM)VelvesilDMFilmFormer0.307.Methylglucosesesquistearate

Glucate™SSemulsifierEmulsifier0.258.PEG-20methylglucosesesquistearate

Glucamate™SSE-20emulsifierEmulsifier0.759.BHTAntioxidant0.02C10.Sodiumhydroxide(18%)Neutralizer0.40*D11.Glycyrrhiza

glabra(licorice)rootextract,

propyleneglycol,waterExtrapone

Licorice

Root607646Botanical:SkinBrightener0.4012.Chrysanthemumindicumflowerextract,

propyleneglycol,water

ExtraponeWildChrysanthemumBotanical:Calming0.3013.Lonicerajaponica(honeysuckle)flowerextract,

propyleneglycol,waterExtraponeHoneysuckleBotanical:Soothing0.3014.DeionizedwaterDiluent3.00E15Phenoxyehthanol,methy-,Ethyl-,Butyl-,Propyl-,(and)IsobutylparabenPhenonipPreservative0.5034HydratingNighttimeFacialSerumF-0082(AP)INCINameTradeNameFunction%WeightSpecificationA1.DeionizedwaterDiluent89.41pH5.25-5.752.DisodiumEDTAChelatingAgent0.02Viscosity(mPa﹒s)S#614,000-18,0003Acrylates/C10-30alkylacrylatecrosspolymerCarbopolUltrez20PolymerRheologyModifier0.35YieldValue(dyn/cm2)720-9004.Methylgluceth-20Glucam™

E-20humectantHumectant1.00StabilityPassed(45°C/25°C/5freeze-thawcycles)B5.NeopentylglycoldiethylhexanoateSchercemol™NGDOesterEmollient3.006.Dimethicone(and)cetearyldimethiconecrosspolymer(VelvesilDM)VelvesilDMFilmFormer0.307.MethylglucosesesquistearateGlucate™SSemulsifierEmulsifier0.258.PEG-20methylglucosesesquistearate

Glucamate™SSE-20emulsifierEmulsifier0.759.BHTAntioxidant0.02C10.Sodiumhydroxide(18%)Neutralizer0.40*D11.Glycyrrhiza

glabra(licorice)rootextract,

propyleneglycol,waterExtrapone

LicoriceRootExtractBotanical:SkinBrightener0.4012.Chrysanthemumindicumflowerextract,

propyleneglycol,water

ExtraponeWildChrysanthemumBotanical:Calming0.3013.Lonicerajaponica(honeysuckle)flowerextract,propyleneglycol,waterExtraponeHoneysuckleBotanical:Soothing0.3014.DeionizedwaterDiluent3.00E15Phenoxyethanol,methy-,Ethyl-,Butyl-,Propyl-,(and)Isobutylparaben(Phenonip)PhenonipPreservative0.50350.10001.00010.00100.01000shearrate(1/s)0.10001.00010.00100.01000viscosity(Pa•s)RefreshingskinhydratorHydratingsleep-onserum两个凝胶配方的流变曲线比较

霜肤水含Carbopol®Ultrez10polymer剪切变稀，易涂抹，粘度较低，感觉更为清新。精华素含Carbopol®Ultrez20polymer较高的粘度，剪切变稀，厚稠的肤感Slightincreaseinviscosityfurthersignifiesincreaseinresistance(richness)With0.05wt%NaCl36AcknowledgmentDanHasmanLiuXinChristinaHeKweSungTjoJeffCareyGaryYaoRainShen37TrademarksAllusionisatrademarkofAntariaLtd.ArlacelandBrijaretrademarksofCrodaInc.Carbopol,andNoveonareregisteredtrademarksofTheLubrizolCorporation.Glucam,Glucate,Glucamate,Promulgen,andSchercemolaretrademarksofTheLubrizolCorporation.CremophorisregisteredtrademarkofBASFCorporation.DowCorningisaregisteredtrademarkofDowCorningCorporation.ExtraponeisaregisteredtrademarkofSymriseCompanyGlydantPlusisaregisteredtrademarkofLonzaGroupLtd.KeltrolisaregisteredtrademarkofHuberCompanyLiposphereisatrademarkofLipoTechnologiesInc.MerquatisaregisteredtrademarkofNalcoCompanyNaturechemisaregisteredtrademarkofVertellusPerformanceInc.PhenonipisaregisteredtrademarkofClariant