(Poli)akrilatni zgoščevalci vodne faze – Carbomer in Carbopol

(Poli)akrilatni zgoščevalci vodne faze – Carbomer in Carbopol

Carbomer in Carbopol sta imeni, ki se pogosto uporabljata za označevanje različnih vrst poliakrilatnih zgoščevalcev. To poimenovanje bi lahko označili skorajda kot “ponarodelo”, saj gre pravzaprav za komercialno ime zgoščevalcev, izdelanih na osnovi poliakrilatne kisline.

Poliakrilatnih zgoščevalcev z različnimi lastnostmi in učinki je precej več kot pa samo Carbomer ali Carbopol, pa tudi posamezna “družina” poliakrilatnih zgoščevalcev (npr. družina Carbomerjev) šteje kar celo vrsto članov. Vsi si delijo isto “genetsko zasnovo”, so pa kot člani velike družine različni med seboj.

Akrilatni zgoščevalci so najbrž edini primer kozmetičnih sestavin, ki jih zaradi praktičnih razlogov pri pisanju receptov nikoli ne poimenujemo z njihovim mednarodnim INCI imenom temveč samo in zgolj po komercialnem imenu. INCI ime dveh akrilatnih zgoščevalcev je namreč lahko popolnoma enako (npr. Acrylates/C10-30 alkyl acrylate crosspolymer), vendar pa je to lahko komercialno Carbomer Ultrez 20 ali pa Carbopol SC 200. Prvi je primeren za uporabo v gelih in emulzijah, drugi pa prenaša visoke koncetnracije mila. Njuna uporaba in tudi lastnosti so povsem različne.

V tej objavi se bomo posvetili predvsem tistim poliakrilatnim zgoščevalcem, ki jih uporabljamo za zgoščevanje emulzij oz. za izdelavo gelov. Zgoščevalce, ki so kompatibilni s površinsko aktivnimi snovmi ter emulgirajoče poliakrilate bomo tokrat pustili ob strani.

Kaj so poliakrilatni zgoščevalci?

Poliakrilati ali poliakrilatni zgoščevalci so polimeri z visoko molekulsko maso, izdelani na osnovi poliakrilatne kisline. Po svoji obliki so to lahko homopolimeri (torej se v verigi polimerov ponavlja le en tip polimera) ali pa so križani polimeri (ti. crosslinked polymer, torej imamo v verigi navzkriž vezanih več polimerov ali več različnih polimerov z različnimi lastnostmi). Križanje polimerov navadno izboljša lastnosti polimerov, najsi bo to stabilnost, preprostost uporabe, hitrost nabrekanja itd. Spadajo med anionske reološke modifikatorje vodne faze.

Poliakrilatni zgoščevalci imajo nizko stopnjo škodljivosti in dražljivosti. So sintetičnega izvora in kot taki niso dovoljeni v izdelavi certificirane kozmetike.

Zakaj jih uporabljamo v kozmetiki?

Poliakrilatne zgoščevalce se v kozmetiki uporablja predvsem kot reološke modifikatorje – torej za zgoščevanje. So ena izmed najboljših rešitev za dobro disperzijo, suspenzijo in – v nekaterih primerih – za emulgiranje.

V primerjavi z naravnimi reološkimi modifikatorji akrilati dajejo povsem prozorne in kompaktne gele. Tako kompaktne, kot je recimo gel iz aloje znamke Fruit of the Earth, če imate predstavo. Ta je pravzaprav zgoščen z akrilati. Kljub svoji visoki viskoznosti pa se gel iz akrilatov na koži skorajda ne čuti – edini občutek, ki ga imamo, je pravzaprav ta, da v dotiku s kožo gel izgine in se na kožo sprosti voda, kar se do neke meje dejansko tudi zgodi. Akrilati so namreč občutljivi na soli in se v dotiku s kožo (na kateri je vedno nekaj elektrolitov) dobesedno razvodenijo. Od tu tudi občutek, kot da bi v kožo “pljusknila” voda.

Z uporabo akrilatov lahko dosegamo izredno lahke izdelke, primerne tudi za najbolj mastno, nečisto, mešano kožo, saj akrilati v nasprotju z naravnimi reološkimi modifikatorji (npr. ksantan) ne puščajo filma na koži. Prav tako lahko z akrilati izdelujemo prave osvežilne in hladilne gele (ravno zaradi njihove lastnosti, da se v kontaktu s kožo “razblinijo” in sprostijo vodo). Akrilati nam poleg tega omogočajo izdelavo izredno stabilnih emulzij kljub nižji ali zelo nizki maščobni fazi.

Za optimalen občutek na koži se v emulzijah navadno akrilate kombinira s ksantanom.

Kako poliakrilatni zgoščevalci delujejo?

Poliakrilatni zgoščevalci se v vodi ne topijo, temveč le nabreknejo. Za svojo aktivacijo potrebujejo alkalno snov, zato jih definiramo tudi kot ASE – alkali-swellable emulsions. To pomeni, da je disperzija akrilatnega zgoščevalca v vodi brez dodane alkalne sestavine samo disperzija – tekoča voda z delci lebdečega akrilata, ki pa je povsem zaprt vase, kot klobčič volne ali kot popek dalije. Ko tej zmesi dodamo alkalno sestavino (trietanolamin ali raztopina NaOH) se klobčiči razvijejo in nastane gel – kot bi se volna popletla v gosto majico ali cvet dalije povsem razprl.

Poleg ASE akrilatnih zgoščevalcev imamo tudi HASE akrilate. Kratica HASE pomeni hydrophobically modified alkali-swellable emulsions, torej hidrofobno spremenjeni ASE. To so akrilatni zgoščevalci, katerim dodajo hidrofobične funkcionalne skupine. Po domače povedano to pomeni, da akrilatnim polimerom dodajo “lipofilne” skupine, ki se lažje povežejo z oljnatimi delci, zato nekateri HASE lahko emulgirajo ali dobro suspendirajo manjše ali večje količine oljnatih delcev in/ali oljne faze.

Katere so skupne lastnosti akrilatnih zgoščevalcev? Na kaj so občutljivi?

Velika večina poliakrilatnih reoloških modifikatorjev je dobavljivih v obliki belega prahu, izjema so tisti Carbopoli, ki so namenjeni uporabi s površinsko aktivnimi snovmi. Poliakrilatni prah se zlahka navzame vlage in se zato sprime v kepe, potrebno ga je hraniti v dobro zaprti embalaži na suhem mestu.

Vsi poliakrilatni zgoščevalci, ki se uporabljajo v kozmetiki, potrebujejo za oblikovanje gela nevtralizacijo oz. dodatek neke bazične spojine. Za nevtralizacijo se v domači kozmetiki uporablja 20% raztopina NaOH, v industrijski rabi pa navadno posegajo po trietanolaminu. Največjo viskoznost imajo akrilatni geli okoli pH 6-7, prenizek in previsok pH pa povzroči ponovno (delno) zvodenitev.

Carbomerji, Carbopoli in drugi akrilatni zgoščevalci so izredno občutljivi na kisline, bazične snovi ter soli (elektrolite). Pri preveliki količini elektrolitov se gel preprosto razvodeni, pri čemer moramo upoštevati vse, kar je s kemijskega stališča sol ali pa jo vsebuje. Tako npr. vitamin C v obliki Sodium ascorbyl phosphate vpliva na stabilnost Carbomerja, enako natrijev hialuronat in drugi. Prav tako dodatek kislih ali bazičnih snovi povzroči, da gel zvodeni. Akrilati so občutljivi tudi na pantenol. Kljub temu se da s premišljenim formuliranjem vključiti vse sestavine v odstotkih, ki gela ne bodo prekomerno poškodovale.

Ker so Carbomerji in Carbopoli anionski, so nezdružljivi s kationskimi sestavinami.

Različni tipi Carbomerjev, Carbopolov ter njihove lastnosti

Kot sem že omenila, sta družini Carbomerjev in Carbopolov izjemno številčni. Seveda to nista edini komercialni imeni, pod katerimi se akrilatni zgoščevalci prodajajo, vendar pa so ti v različnih spletnih trgovinah najbolj dobavljivi, zato bom opisala zgolj tiste, ki jih je mogoče bolj pogosto zaslediti.

Carbomer 840, Carbomer 940, Carbomer 941

Vsi našteti so ASE poliakrilatni zgoščevalci, ki dajejo bolj ali manj viskozne gele. Uporablja se jih v razponu od 0,25 do 1%. Vsi so precej občutljivi na elektrolite, kisline ter problematične sestavine, ki carbomerje in carbopole izvodenijo. Zaradi številnih šibkosti so jih pri domači izdelavi skoraj povsem nadomestili Carbopoli Ultrez.

Carbopol Ultrez 10

Carbopol Ultrez 10 je križani (crosslinked) poliakrilatni zgoščevalec. Njegovo INCI ime je preprosto Carbomer. Zelo hitro nabrekne in je dokaj preprost za uporabo. Daje izredno kompaktne gele, ki pa niso povsem prozorni. Je precej občutljiv na elektrolite in problematične sestavine. Primeren je za izdelavo vodno-alkoholnih gelov, za stabilizacijo in zgoščevanje emulzij. Zaradi svoje kompaktnosti e zelo dobra osnova za disperzijo manjše količine maščobne faze brez uporabe emulgatorja, vendar Carbopol Ultrez 10 ne emulgira. Uporabljamo ga v količinah od 0,2 do 1%.

Carbopol Ultrez 21

Tudi Carbopol Ultrez 21 spada med križane (crosslinked) poliakrilatne zgoščevalce, vendar pa so njegovi strukturi dodani hidrofobični repi, zato spada med HASE. Njegovo INCI ime je Acrylates/C10-30 alkyl acrylate crosspolymer. Zelo hitro nabrekne, je dokaj preprost za uporabo in daje kompaktne, prozorne gele. V primerjavi s Carbopol Ultrez 10 ima boljšo odpornost na elektrolite in na problematične sestavine. Primeren je za izdelavo raznoraznih vrst gelov in stabilizacijo emulzij. Deloma je kompatibilen tudi s površinsko aktivnimi snovmi, v kolikor je njihov odstotek uporabe nizk in imajo nizko vsebnost soli. V primerjavi z drugimi Carbopoli je na koži manj lepljiv. Zaradi svoje kompaktnosti tudi Ultrez 21 lahko supsendira oz. dispergira določeno količino olj. Kljub temu, da spada med HASE akrilatne zgoščevalce pa je njegova emulgirna moč daleč od najboljših HASE emulgirajočih zgoščevalcev. Uporabljamo ga v količinah od 0,05 do 1,5%, pri čemer je najvišji odstotek namenjen predvsem formulam s površinsko aktivnimi snovmi in višjim količinam elektrolitov.

Carbopol Ultrez 30

Carbopol Ultrez 30 je križan (crosslinked) poliakrilatni zgoščevalec. Njegovo INCI ime je Carbomer. V primerjavi z njunima predhodnikoma nekoliko počasneje nabreka, vendar je kljub temu zelo preprost za uporabo. Daje kompaktne in izredno prozorne gele. Je najmanj občutljiv na elektrolite in je stabilen tudi v kislih pH okoljih. Dobro zadržuje viskoznost gela tudi pri pH med 4 in 5,5. Primeren je za izdelavo različnih izdelkov, ki lahko vsebujejo elektrolite ali sestavine s kislim pH. Tako kot Ultrez 21 in Ultrez 10 zaradi kompaktnosti gela lahko zadrži določeno količino olja, vendar pa ne emulgira. Uporabljamo ga v količinah od 0,1 do 1%.

Kako se uporabljajo akrilatni zgoščevalci?

Načina sta dva. Prvi je ti. direktni (ali neposredni), drugi pa nedirektni oz. posredni.

Direktni ali neposredni način uporabe akrilatov je ta, da prah poliakrilatnega zgoščevalca dodamo vodi oz. vodni fazi emulzije. Najboljša izbira je ta, da prah enostavno posujemo po vodni površini in ne mešamo. Pustimo, da se povsem sam namoči. Če bomo mešali, se bo čas nabrekanja podaljšal, poleg tega pa se bo prah hitro zlepil v grudice in prilepil na naše orodje – najsi bo to žlička ali steklena paličica ali karkoli drugega. Ko se akrilat povsem namoči, lahko v primeru izdelave preprostega gela naš Carbopol nevtraliziramo z 20% raztopino NaOH (dodajamo po kapljicah, dokler ne dosežemo optimalne gostote). Najboljša viskoznost je pri pH 6 do 7. Obvezno uporabljamo pH lističe. V primeru, da bomo akrilat uporabili v emulziji, je priporočljivo, da izdelek nevtraliziramo šele po postopku emulgiranja, torej v fazi C.

Nedirektni oz. posredni način uporabe akrilatov se uporablja predvsem takrat, ko akrilatne modifikatorje želimo uporabiti v emulziji, vendar zahteve emulgatorjev ne dopuščajo, da bi jih uporabili v fazi A. V tem primeru prah zelo dobro vmešamo v estre ali druga sintetična olja (npr. coco caprylate, dicaprylyl ether itn), ki jih želimo uporabiti v naši emulziji ter zmes dodamo emulziji takoj po emulgiranju. Še enkrat dobro premešamo in nevtraliziramo z raztopino NaOH. Prednost takšne uporabe je v tem, da ni potrebno čakati, da Carbomer ali Carbopol nabrekne, omogoča pa tudi izdelavo emulzij z emulgatorji kot npr. Cetearyl glucoside, ki ne prenese nobenih reoloških modifikatorjev v A fazi. Tak postopek priporočam samo izkušenim izdelovalcem domače kozmetike. Za indirekten postopek proizvajalci akrilatnih zgoščevalcev odsvetujejo uporabo rastlinskih olj.