mercoledì 5 ottobre 2011

COS'E' UN EMULSIONE

COS'E' UN'EMULSIONE?
Le emulsioni sono miscele omogenee formate da due sostanze che non si possono mescolare tra loro: acqua e grassi. Prendiamo ad esempio acqua e olio. Se agitiamo vigorosamente l’olio nell’acqua le goccioline di olio si disperdono in acqua, ma lasciando a riposo la miscela ecco che lentamente le due fasi si separano di nuovo. Per ottenere una emulsione stabile nel tempo dobbiamo aggiungere una sostanza chiamata “emulsionante” che stabilizza la miscela ed impedisce la separazione tra le due fasi.  La ricetta per preparare un’emulsione è perciò:
Fase acquosa +emulsionante + fase grassa

VARI TIPI DI EMULSIONI:
In campo cosmetico si utilizzano diversi tipi di emulsioni, che differiscono tra loro per la composizione delle fasi, per i sistemi emulsionanti utilizzati oppure, semplicemente, per le sostanze funzionali in esse incorporate.
Emulsione primaria contenente una fase interna:
- Olio-in-acqua (o / w) HLB 8-16
- Acqua-in-olio (w / o) HLB 3-8
Emulsione secondaria  = emulsioni multiple
- Contiene due fasi interne, per esempio, o/w/o w/o/w.
- Può essere usata per ritardare il rilascio o per aumentare la stabilità dei composti attivi.

COME RICONOSCERE IL TIPO DI EMULSIONE
Metodo della diluizione: 
Si distende sul palmo di una mano una piccola quantità di emulsione e si aggiungono alcune gocce di acqua. Se queste si diluiscono immediatamente si tratta di un’emulsione O/A, in caso contrario si tratta di un’emulsione A/O.
Metodo dei coloranti: 
E' più complesso e si basa sul principio secondo cui l’aggiunta di un colorante idrosolubile in polvere determina una colorazione uniforme nelle emulsioni O/A e disomogenea nelle emulsioni A/O. La situazione si inverte nel caso di un colorante liposolubile.
Metodo della conducibilità:
Si tratta di un metodo strumentale che sfrutta il principio secondo cui l’acqua presenta una maggiore conducibilità elettrica rispetto all’olio. Per questo, se attraverso un’emulsione si registra passaggio di corrente, si tratta di un sistema O/A.

L’aspetto delle emulsioni dipende dalle dimensioni della fase dispersa: nelle emulsioni comuni, che appaiono bianche od opache, il diametro delle goccioline disperse varia tra 0,5 e 20 µm. Quando le goccioline assumono dimensioni colloidali (da 1 nm a 1 µm), non si osservano più fenomeni di rifrazione della luce, di conseguenza le emulsioni appaiono trasparenti e si parla di micro-emulsioni.

EMULSIONI O/A (olio in acqua)
Fase disperdente: acqua 75%
Fase dispersa: olio 20%
Emulsionanti: 5%
Le emulsioni O/A possono essere composte indicativamente da un 5% di sistema emulsionante, un 20% di fase lipidica ed un 75% di fase acquosa. Da queste percentuali possono derivare diversi prodotti, come formulazioni a bassa viscosità - quali latti o lozioni - ma anche formulazioni più viscose, come le creme da vaso. Sono la forma chimico-fisica più nota e diffusa, soprattutto per le caratteristiche sensoriali e la facile applicabilità; consentono inoltre di ottenere un effetto idratante veloce, con il vantaggio di una sensazione poco untuosa ed effetto rinfrescante dovuto all'evaporazione di parte dell'acqua presente nella fase esterna.
Metodo continentale
Viene usato per preparare l'emulsione primaria iniziale o di olio, acqua, gomma ed emulsionante. L'emulsione primaria, o nucleo emulsione, è formato da 4 parti di olio, 2 parti di acqua, e 1 parte emulsionante.
Pestare in un mortaio, una parte di gomma, con quattro parti di olio, finchè la polvere sia completamente bagnata, poi aggiungere due parti di acqua tutte in una volta, e la miscela viene vigorosamente e continuamente triturata fino ad ottenere l'emulsione primaria.
Ulteriori acqua o soluzioni acquose possono essere incorporate dopo chel'emulsione primaria si è formata. Sostanze solide (per esempio, ingredienti attivi, conservanti, colori, aromi) sono generalmente sciolti e aggiunti in soluzione nell'emulsione primaria.
Sostanze solubili in olio, in piccole quantità, possono essere incorporate direttamente nella emulsione primaria. Qualsiasi sostanza che potrebbe ridurre la stabilità fisica dell'emulsione, come l'alcol, dovrebbe essere aggiunta alla fine del processo, per evitare di rompere l'emulsione.
Quando tutti gli agenti sono stati inseriti, l'emulsione deve essere trasferita in un contenitore calibrato, portato a volume finale con acqua, quindi omogeneizzato o mescolate per assicurare una distribuzione uniforme degli ingredienti.
Metodo inglese (ONE-POT)
L'emulsionante è disperso in una parte dell'acqua, quindi vengono fatte piccole aggiunte di acqua e di olio fino ad ottenere l'emulsione completa .In questo metodo, le proporzioni di olio, acqua, e emulsionante sono uguali (04:02:01), ma l'ordine e le tecniche di miscelazione sono diverse. 1 parte di gomma viene idratata con 2 parti di acqua, poi vengono aggiunte lentamente 4 parti di olio, a porzioni, mentre si mescola. Poi viene aggiunto tutto l'olio e la fase viene miscelata per alcuni minuti per formare l'emulsione primaria. Poi  possono essere aggiunti altri ingredienti come nel metodo continentale. In generale, il metodo inglese è più difficile da eseguire con successo, specialmente con oli più viscosi, ma può tradursi in una emulsione più stabile.
Metodo bottle (Forbes)
Questo metodo può essere utilizzato per preparare emulsioni con oli volatili, o sostanze oleose con viscosità molto basse. Non è adatto per gli oli molto viscosi, poiché non possono essere sufficientemente agitati in una bottiglia. Questo metodo è una variante del metodo continentale. La gomma viene posta in un flacone asciutto e vengono aggiunte quattro parti di olio. La bottiglia viene scossa completamente. L'acqua viene aggiunta tutta in una volta, e la miscela viene agitata accuratamente fino formare emulsione primaria. È importante ridurre al minimo la quantità di tempo iniziale quando vengono mescolati la gomma e olio. La gomma tenderà ad assorbire l'olio, e sarà sempre più impermeabile.
Metodo becker
Quando emulsionanti sintetici o non-gum vengono utilizzati, le proporzioni indicate nei metodi precedenti perdono di significato. Il metodo più appropriato per la preparazione di emulsioni di tensioattivi o altri non-gum emulsionanti è quello di iniziare dividendo componenti componenti solubili in acqua e olio solubili. Tutti i componenti solubili in olio sono disciolti nella fase oleosa in un becker e tutti i componenti solubili in acqua vengono disciolti in acqua in un becker separato. Componenti oleosi sono fusi e entrambe le fasi sono riscaldati a circa 70 ° C a bagnomaria. La fase interna viene quindi aggiunto alla fase esterna con agitazione fino a quando il prodotto raggiunge la temperatura ambiente. La miscelazione di tali emulsioni può essere effettuata in un becker, malta, o frullatore, oppure, nel caso di creme e pomate, nel vaso in cui verrà erogata.
Metodo diretto
L'emulsionante è sciolto in olio poi si versa il tutto in acqua dove si disperde subito frullando.
Metodo ad inversione di emulsione
Gli emulsionanti vengono sciolti nella fase oleosa poi si versa a filo l'acqua nell'olio. Dapprima si forma una A/O che all'aumentare dell'acqua diventa una O/A. Con questo metodo si ottengono le emulsioni più fini e stabili.

EMULSIONI A/O (acqua in olio)
Fase disperdente: olio 30-40%
Fase dispersa: acqua 50-65%
Emulsionanti: 5-10%
Le emulsioni A/O possono essere composte da un 5-10 % di sistema emulsionante, da un 30-40 % di fase lipidica e da un 50-65 % di fase acquosa. I prodotti che si possono ottenere sono latti o creme.
Le emulsioni acqua in olio garantiscono una notevole emollienza: il fatto che si tratti di gocce di acqua immerse nell'olio fa sì che, una volta stese sulla pelle, formino una barriera continua, semi-occlusiva, che impedisce l'evaporazione dell'acqua dagli strati profondi della pelle.
Le emulsioni A/O risultano più untuose al tatto e manifestano un ottimo effetto emolliente grazie alla fase disperdente lipofila che forma un sottile film sulla pelle e manifesta proprietà occlusive e idratanti a lungo termine.
In virtù della loro composizione, queste emulsioni consentono di incorporare e proteggere sostanze liposolubili come le vitamine.
In generale le emulsioni A/O risultano particolarmente scorrevoli, lubrifi canti e adatte al massaggio, tuttavia la fase disperdente (grassa) le rende suscettibili a fenomeni di ossidazione in seguito all’esposizione ad agenti esterni (luce...).
Sebbene la cosmetologia moderna abbia a disposizione oli più leggeri, rispetto a quelli utilizzati nel passato, le emulsioni A/O sono poco indicate per le pelli particolarmente grasse e nelle zone in cui il clima è eccessivamente caldo e umido.

EMULSIONI A/O/A e O/A/O
Infine esistono le emulsioni multiple, complessi indicati come A/O/A o O/A/O a seconda delle percentuali delle fasi. Queste emulsioni tecnologicamente avanzate consentono un rilascio protratto delle sostanze funzionali in esse contenute, inoltre permettono di incorporare in un’unica preparazione ingredienti tra loro incompatibili, migliorandone la stabilità.

INSTABILITA' FISICA DELLE EMULSIONI
La stabilità delle emulsioni è fondamentale per garantire l’efficacia degli ingredienti, il mantenimento delle proprietà organolettiche e, più in generale, la conservazione del prodotto nel tempo.
Tuttavia può capitare di osservare contro luce il contenitore di un cosmetico e di vedere che all’interno il contenuto non appare omogeneo, ma si presenta sedimentato o diviso in due fasi.
In questo caso, ovviamente, il prodotto non deve essere utilizzato e la prima cosa da fare è cercare di capire la causa di questo fenomeno, che può essere il risultato dello stoccaggio del prodotto in un luogo non adatto (ad esempio, in presenza di fonti di calore) oppure di un difetto di formulazione.
Le cause che provocano l’instabilità di un’emulsione possono dipendere dalla scelta sbagliata del tipo e della quantità di emulsionante, ma anche dall’errata valutazione del rapporto tra la fase acquosa e quella oleosa. Errori comuni, che tuttavia possono costare molto cari alle aziende e ai professionisti.
Esistono poi altre cause che possono portare alla “rottura” delle emulsioni, tra cui: reazioni di incompatibilità tra i componenti, temperature eccessive durante le fasi di riscaldamento e raffreddamento, ecc.
E' bene saper riconoscere le principali modificazioni strutturali che si possono osservare nelle emulsioni.
La flocculazione: 
Le goccioline della fase discontinua iniziano a coalescere (questo stadio è reversibile);
La scrematura: 
Il flocculato sale in superficie (stadio reversibile, ma più difficile da trattare);
La separazione delle fasi: 
L'emulsione si "rompe" definitivamente ed irreversibilmente.
Il cremaggio: 
Indica una situazione piuttosto comune nelle emulsioni fluide O/A e prende il nome dal comportamento del latte, che in alcuni casi presenta uno strato di grasso in superficie.
Per quanto riguarda le emulsioni A/O si osserva una situazione particolare, definita sedimentazione, in cui le goccioline della fase dispersa tendono ad aggregarsi verso il basso.
Questi fenomeni sono conseguenti all’azione della forza di gravità, che agisce diversamente sulle due fasi, favorendone la separazione.
Generalmente il cremaggio e la sedimentazione sono processi reversibili ed è possibile ripristinare la struttura dell’emulsione agitando il prodotto.
Talvolta, tuttavia, l’agitazione non è sufficiente a far tornare l’emulsione nelle condizioni iniziali, in quanto ha avuto inizio il processo della flocculazione, attraverso il quale le particelle della fase dispersa si uniscono a gruppi tra loro separati da un sottile strato di fase disperdente.
Questa situazione anticipa la “rottura” irreversibile dell’emulsione.
In seguito alla flocculazione gli agglomerati della fase dispersa possono unirsi tra loro e formare un unico aggregato di dimensioni maggiori; questo processo, definito coalescenza, può continuare fino alla rottura totale dell’emulsione e alla sua separazione definitiva nelle due fasi.
Oltre alla giusta percentuale delle fasi e alla scelta del miglior sistema emulsionante, esistono alcuni additivi fondamentali ad assicurare la buona conservazione delle emulsioni, tra questi:
Antiossidanti: 
Proteggono le emulsioni e le sostanze funzionali in esse contenute dai fenomeni di ossidazione. Inoltre, molti di essi svolgono un’azione antiossidante a livello cutaneo, catturando i radicali liberi e contrastando lo stress ossidativo;
Umettanti: 
Riducono l’evaporazione dell’acqua non solo nel contenitore (evitando che il prodotto si disidrati e si secchi), ma anche in seguito ad applicazione cutanea (aumentando la durata dell’effetto del trattamento);
Preservanti: 
Le emulsioni O/A risultano più facilmente inquinabili, in quanto presentano un maggior contenuto di acqua (terreno di crescita per i microrganismi). È bene tenere presente che l’inquinamento microbico del prodotto può verificarsi tutte le volte che lo si utilizza, prelevandolo dal contenitore con le mani. Per questo il sistema preservante risulta particolarmente importante.
Teoria di Ostwald : 
Se una fase è presente a concentrazione inferiore al 25.98% può esistere solo come fase dispersa, dal 25.98% sia come fase dispersa che come fase continua, dal 74,02% solo come fase continua.
Ecco spiegato come mai le cold cream (A/O) reggono fino al 25% di acqua, e come mai le nostre creme (O/A) sono facili da emulsionare solo fino al 25% di grassi.
Teoria del complesso molecolare di Shulman:
In una O/A ci deve essere una coppia emulsionante con emulsionante lipofilo ed uno idrofilo, e che sarà stabile solo se l'emulsionante idrofilo sarà presente in misura maggiore di quello lipofilo (ecco spiegato il perchè noi mettiamo meno cetilico dell'emulsionante vero e proprio).
L'emulsionante riduce la tensione interfacciale formando un film attorno ad ogni gocciolina di olio, e ogni sua molecola si dispone con i gruppi lipofili dentro la fase oleosa e i gruppi lipofili dentro la fase acquosa. Se usiamo un solo emulsionante il film formato è omogeneo ma molto debole, se usiamo un emulsionante di contrasto (lipofilo) si ottiene un'interfacies più forte.
Per aiutare la stabilità la fase disperdente deve essere addensata ( xantana per le O/A, cera d'api nelle A/O, che altrimenti si separerebbero molto prima).
Stabilità delle emulsioni (legge di Stokes):
Perchè un'emulsione sia stabile nel tempo occorre badare al raggio delle particelle disperse: più le particelle sono piccole + la velocità di sedimentazione sarà bassa (ma c'è sempre, nessuna emulsione è eterna e tende, nel lungo o lunghissimo periodo, a separarsi). Per agire sul diametro delle micelle si usa agitare velocemente l'emulsione (in poche parole: un minipimer darà emulsioni con micelle più piccole del mescolare con un cucchiaino, quindi l'emulsione sarà più liscia a vedersi e più stabile nel tempo).
Più la viscosità della fase esterna è alta meno l'emulsione ha tendenza a separarsi (ecco spiegata l'aggiunta di addensanti e gelificanti, che intrappolano le micelle e impediscono loro di aggregarsi)

http://forum.saicosatispalmi.org/viewtopic.php?t=9061
http://pharmlabs.unc.edu/labs/emulsions/intro.htm
http//drtedwilliams.net/kb/index.php?pagename=Emulsions:
http://www.errepieffe.it/cosmetici-integratori-automedicazione/it/magazine/165-le-emulsioni-in-cosmetica.html

3 commenti:

  1. scusami, ma nell'ultima frase "intrappolano le micelle e impediscono loro di aggregarsi", forse volevi scrivere "disgregarsi". è così o mi sbaglio?
    Grazie per la risposta che spero vorrai darmi: ottime spiegazioni, chiare e riassuntive, non dispersive

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    1. Ciao Lulù58,
      no, intendiamo dire proprio "aggregarsi"! Puoi dare un'occhiata ai link sopra per avere chiarimenti!

      Grazie per i complimenti!

      *Ele*

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  2. Ciao, ma le emulsioni sono "sistemi dispersi", cioè eterogenei, e non omogenei... perchè costituiti da due fasi liquide immiscibili tra loro, di cui una è dispersa nell'altra sotto forma di goccioline.
    . Nel momento in cui si aggiunge il tensioattivo adatto, abbiamo un mescolamento delle fasi che risulta quindi omogeneo.. Sono sistemi termodinamicamente instabili,ciò è dovuto all'aggragarsi naturalmente delle goccioline di fase dispersa. Hanno elevata estensione dell'area interfacciale a causa dell'eccesso di energia libera del sistema.
    Il tensioattivo non fa altro che abbassare la tensione interfacciale diminuendo l'energia libera del sistema, stabilizzando l'emulsione.

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