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Formulación de Shampoo & selección de tensoactivos
SHAMPOO (CHAMPÚ)El champú es un producto para el cuidado del cabello, usado para limpiarlo de suciedad, la grasa formada por las glándulas sebáceas, escamas de piel y en general partículas contaminantes que gradualmente se acumulan en el cabello.
Shampoo
Cabello dañado
ChampúChampúEl propósito del shampoo es limpiar el cabello.
El usuario además espera una densa y abundante espuma.
Los tensoactivos básicos o primarios son el constituyente principal de los productos de limpieza, son indispensables.
ShampoosShampoosPueden presentarse en varias formas físicas:
• Líquidos, cremas, pasta y en aerosol • La mayoría son líquidos, tanto claros o aperlados
Los principales constituyentes de la mayoría de los champúes líquidos, pueden clasificarse como:
• Detergentes primarios• Detergentes secundarios• Espesantes
– Espumantes
– Estabilizadores de espuma
– Perfumes
– Conservadores
– Diluentes (usualmente agua)
– Acondicionadores
Shampoos (con.)Shampoos (con.)
– Otros aditivos (funcionales)
– Nacarantes / opalescentes– Colorante
Aclaración : Muchos ingredientes son multifuncionales y por lo tanto, no caen
claramente dentro de una categoría
Shampoos (con.)Shampoos (con.)
Viscosidad
Suavidad
EspumaClaridad
Acondicionador
Estabilizante
CostoDetergencia
LimpiezaPersonal
Consideraciones de Formulación
Los tensoactivos usados en un shampoo necesitan ser seleccionados con base en un amplio intervalo de propiedades, que incluye:
Shampoos (con.)Shampoos (con.)
•Costos•Altura de espuma•Textura de espuma•Detergencia•Irritabilidad
•Facilidad de manejo y mezclado•Compatibilidad con otros ingredientes•Color•Olor•Pureza•Biodegradabilidad
Tensoactivos
+
+
-
Aniónico
Catiónico
Amfotérico
Non-iónico
Hidrófobo Hidrófilo
-Típico Hidrófilo
Amina cuaternaria
EO (óxido poli-etileno)
Amina cuaternaria /carboxilopH dependiente
Sulfato/sulfonato/Carboxilato
• Tensoactivos aniónicos básicos
(Tensoactivos aniónicos primarios)
• Tensoactivos aniónicos suaves (Tensoactivos aniónicos secundarios)
Tensoactivos
HidrofóbicoHidrofílico
Son los tensoactivos más usadosExhiben propiedades bien balanceadosExcelente espumanteBajo CMC (concentración micelar crítica) ideal para la limpieza
Lauril éter sulfato / Lauril éter sulfato sódico
1. Sulfatos 1. Sulfatos ééter Alquter Alquíílicoslicos(R(R-- (OCHCH(OCHCH22))xxSOSO44MM))
Tensoactivos Primarios
Comportamiento ideal considerando espuma y detergenciaEs fácilmente espesado con salTiene buena solubilidad acuosaSu compatibilidad con la piel y ojos son aceptables
Tensoactivos primarios (con.)Tensoactivos primarios (con.)
2. Alquil sulfatos (R-SO4m)
El primer tensoactivo sintético
Todavía el más popular
Excelente espumante
Produce espuma densa y cremosa
Derivados de alcohol láurico y mirístico
3. Sulfonatos de α- Olefina
• Una mezcla de sulfonatos de alqueno y de sulfonatosde hidroxialcanos
• Más suave que el sulfonato de alquilo
• Similar irritación al sulfato de éter alquílico
• Estable a valores de pH ácidos y alcalinos
CH3(CH2) n - CH = CH - CH2 - SO3 Na
Tensoactivos aniónicos suaves(Tensoactivos secundarios)Tensoactivos aniónicos suaves(Tensoactivos secundarios)
El objetivo es mejorar la compatibilidad con la piel y los ojos.
Los tensoactivos suaves usualmente reducen la espuma y limpieza comparado con los tensoactivos primarios.
1. SulfosuccinatosROCOH-SO3CH2-CH2-CO2 2Na)
Derivados del ácido sulfosuccínico ambos mono y diésteresEl derivado más popular usado en Europa es el lauril éter sulfosucinato disódicoBuen espumante y relativamente baratoInestabilidad tanto a bajos como a valores altos de pHEstable a pH 6-6.5
2. Cocoil isetionato(RCOOH-CH2-CH2-SO3Na)
Principalmente usado como tensoactivo en barras “syndet”
Mejora la compatibilidad con la piel
Excelentes propiedades emolientes
Usado en productos para bebes y lavados faciales
Máxima estabilidad a pH 5-7
3.Carboxilatos éter alquílicos(R-(OCH2-CH2)x-OCH2-COOM)
Tensoactivo suave, reductor de espuma y limpieza
Compatible con la piel
Estable a pH bajos
4. Tensoactivos de Mg
Tienen mejor compatibilidad con la piel >
Amm de Na, y amina neutralizada
Forma mucha espuma y tiene excelentes propiedades de limpieza.
El ion Mg incrementa la resistencia a los moos.
5. Alquil fosfato
Mono alquil fosfato es un buen tensoactivo
Espumante y con suavidad a la piel
Disponible para shampoo suaves
Di y tri son conocidos como emulsificantes
Tensoactivos AmfotéricosTensoactivos AmfotéricosLa carga cambia en función del pH de la formulación.
Forma complejos con los tensoactivos aniónicos
Tiene propiedades suaves
Alquil betaínasPuede ser catiónico o aniónico dependiendo del pHA pH 5-7 como en un shampoo, forman complejos iónicos con TAMejora la compatibilidad con la piel de una formulación aniónicaEl tamaño de micela viscosidadMejora la espuma de una formulación (espesante de la formulación), haciéndola fina y cremosa
RN+
O
O-CH3
CH3
Alquilamida betaínas
Son más suaves que las betaínas alquílicas
Bajo costo
Mucho más usado en cosméticos
Acilamfoglicinatos y acilamfopropionatos
Los productos más importantes son los derivados de coco
Buena compatibilidad con la piel
Muestra propiedades acondicionadoras en shampoo
Excelente espumante pero no es estable en agua dura
Amino óxidos
Los amino óxidos nunca son aniónicosSon catiónicos, no dependiente al pH, en combinación con los TA pueden actuar como un potenciador de la espuma al mejorar su estructuraBuen espesante para tensoactivos iónicosBuen acondicionador en el enjuague del cabello
Tensoactivos no-iónicosTensoactivos no-iónicos
Pobre formador de espuma en shampoos
Usualmente adicionado como solubilizante para elperfume
Extraordinaria suavidad, usado como el principal tensoactivo en shampoo para bebes
ProductosProductos EtoxiladosEtoxilados
Alquil poliglicósido (APG)No tan bueno como los tensoactivos aniónicos
Presenta buenas propiedades espumantes
Excelente compatibilidad con la piel
Normalmente usado como tensoactivo secundario
Los shampoos de“uso frequente” contienen niveles altos de tensoactivos secundarios suaves
• Muchos tensoactivos secundarios exhiben poca irritación a piel y ojos
• Pequeña adición de tensoactivos secundarios provocan disminución significativa de la irritación
Shampoos (con.)
Evaluación de detergentes como bases en ShampooEvaluación de detergentes como bases en Shampoo
• Facilidad de extenderse
• Poder espumante
• Eficiencia en remover suciedad
• Facilidad de enjuagar
Evaluación de las BasesEvaluación de las Bases• Facilidad de peinar en cabello húmedo• Lustre del cabello• Rapidez de secado• Facilidad de peinar y arreglar el cabello seco• Seguridad del shampoo
DetergenciaDetergencia
Detergencia : La remoción de suciedad, involucrando los siguientes procesos:
• Capacidad de mojar tanto la mugre como al sustrato.
• Reducir la tensión interfacial
• Dispersar las partículas de mugre
Aditivos de shampoosAditivos de shampoos
Es muy importante la viscosidad alta, esto para que:Estabilidad del productoManejo
El producto deberá tener una viscosidad entre 400 y 4000 m Pas
EspesantesEspesantes
Productos nacarantes deberán tener una viscosidad mínima de 2,000 mPas para evitar la precipitación.
Éter sulfato + electrolitos (Cl-) viscosidad por el tamaño de la micela
Alcanolamida el punto de enturbamiento de la formulación
Espesantes (con.)Espesantes (con.)
Usando un espesante de peso molecular adecuado; PEG 6,000, PEG 120
Es cualquier producto que permanece estable a la hidrólisis a temperaturas altas o pH extremos
Espesante Polimérico
Goma natural
Derivados de Celulosa
Espesantes (con.)
Estabilizante de la espuma• En presencia de aceite, como la secreción
sebácea.
Monoetanolaminas son los más eficientes.
Agentes nacarantesAgentes nacarantes
Mono Etilenglicol y ditearato (EGMS,EGDS) son los más utilizados.
Tienen que ser incorporados a temperaturas altas (70 -75)
Bases nacarantes líquidos (Ready – made) son actualmente los más populares
Shampoo con TA dejan el cabello difícil de peinar aún mojado, y deja el cabello suelto cuando se peina después de secarse.
Adición de los acondicionadores
Húmedo – peinabilidad
Carga estática
Acondicionadores
Los TC muestran buenas propiedades pero incompatibles con los TA
Usando polímeros cuaternizados
: Hidroxietil celulosa cuaternizado(Poli cuaternizado 10) compatible con la
mayoría de los TA
Muestra excelentes propiedades acondicionantes
Acondicionadores (con.)
Imparte manejabilidad y cuerpo al cabello, muy bajas concentraciones son suficientes (0.5%).
Concentraciones altas pueden llevar a un sobreacondicionado y un aumento en el cabello
Acondicionadores (con.)
Pequeñas cantidades de componentes grasos: alcohol graso, monoglicérido pueden aumentar el efecto acondicionante del shampoo
Silicones pueden ser acondicionadores muy efectivos, pero difíciles de incorporar y pueden actuar como antiespumantes.
Acondicionadores (con.)
Espesantes y estabilizadores de espumaEspesantes y estabilizadores de espuma
Alcanonamidas o sus derivadosMateriales Poliméricos Electrolitos
Mucho de estos ingredientes son multifuncionales, y la mayoría de los productos usan más de uno.
Algunos tensoactivos son difíciles de espesar, no responden adecuadamente a la adición de electrolitos
La mayoría de los tensoactivos son no-Newtonianos, exhiben:
Adelgazamiento al corteEspesamiento al corteTiempo – dependientesTiempo – independientesPunto de cedenciaetc.
Espesantes (con.)Espesantes (con.)
La prueba de viscosidad debe ser considerada cuidadosamente
Varias materias primas han sido desarrolladas
Derivados de PEG
Material Polimérico : Gomas naturales
Un producto goma-espesante tiene una Reología diferente a un producto similar electrolito-espesante
Espesantes (con.)Espesantes (con.)
El efecto de la temperatura es menor para las gomas que para un sistema electrolito-espesante
Esto puede ser útil cuando se formula en climas donde el producto deberá estar sujeto a variaciones altas de temperatura en el almacenamiento, distribución y uso.
Espesante (con.)Espesante (con.)
La goma estabilizará a menudo la espuma, fortaleciendo la película en la interfase aire/líquido en la matriz de las burbujas
Haciendo sentir la espuma más densa (cremoso) en el uso
A veces es evidente tan pronto como el shampoo esta en las manos
Espesantes (con.)Espesantes (con.)
Algunas desventajasAlgunas desventajas
Costo altoEl proceso es prolongado (con alto consumo de energía, si el proceso utiliza calor)Dificultad para ajustar la viscosidad
Este problema a menudo puede superarse usando una pequeña cantidad de electrolito para ajustar la viscosidad.
Efecto del electrolito en la viscosidad de los tensoactivosEfecto del electrolito en la viscosidad de los tensoactivos
Densidad iónica de la solución
El efecto consecuente en el tamaño y forma de la micela
Adicionando un electrolito con el mismo catión que el TA primario en el sistema
e.g: cloruro.amm lauril sulfato amm.
cloruro Na. lauril éter sulfato Na.
Adición del electrolito más allá de un cierto punto causará adelgazamiento, muy rápido y ↑El máximo en la viscosidad depende de:
ConcentraciónPresencia de alcalonamidasNivel de alcohol graso libreEfecto de los perfumes
Efecto del electrolito (con.)
La máxima viscosidad ocurre a baja concentración de electrolito cuando están presentes éter graso libre y alcalonamidasDebido a la formación de micelas mezcladasDeberá haber experimentos para la relación de viscosidad y la concentración de electrolito
Efecto del electrolito (con.)
ConservadoresConservadores
Asegurar que los productos no contengan patógenos …
Existen varios conservadores:
Parabenos
Imidazolidinil ureas
2-Bromo-2-nitropropano-,1,3-diol
5-Bromo-5-nitro-1,3-dioxano
Dimetil dimetilol (DMDM) hidantoina
Metil cloroisotiazodliona y
metilisotiazodliona
Pohenoxetanol
Drazolidinil urea
Meti dibromoglutatonitrilo
Questernium – 15
Iodato sódico
Glutaraldehido
Conservadores (con.)
Muchos tensoactivos usados en champúes ya tienen propiedades antimicrobianasLa adición de conservadores deberá tomarse en cuentaDeberán realizarse pruebas al producto terminado
Conservadores (con.)
Opacificación de champúes usualmente es por una razón estética
Es una técnica útil para cuando no se puede tener un producto claro.
Opalescentes y nacarantesOpalescentes y nacarantes
Adición de pequeños finos, dispersión de polímero intensamente blanco
Para facilitar la dispersión y subsiguiente estabilidad del producto, diluir el opacificante al 10% con agua antes de agregarlo a la mezcla principal.
OpacificaciOpacificacióón n puedepuede lograrselograrse simplementesimplementeporpor
OpacificantesOpacificantes (con.)(con.)
Comprar una base nacarante listo para usarse(necesario diluir antes de adicionar)
Agregando los agentes comúnmente etilenglicolmono-disperso)
Nacarantes elegidos a la mezcla caliente (Comprando un agente nacarante altamente concentrado en forma líquida o semilíquida que pueda agregarse como mezcla fría
Tres maneras habituales para lograr el nacarado usando estearatoTres maneras habituales para lograr el nacarado usando estearato
1. Composición del estearato
2. Presencia de alcanolamidas y otros materiales
3. Velocidad de enfriamiento
4. Velocidad de corte de la agitación
5. Composición de la base
Factores que afectan la apariencia del nacaradoFactores que afectan la apariencia Factores que afectan la apariencia del nacaradodel nacarado
La mayoría de los acondicionadores activos son tensoactivos catiónicos, incompatible con tensoactivos aniónico que son la base de casi todos los champús
Las propiedades de ambos catiónico y aniónico pueden modificarse
AcondicionadoresAcondicionadoresAcondicionadores
Materiales que han sido usados como acondicionadores en shampoos
Aceites vegetales
Vitaminas
Lanolina y sus derivados
Extractos de plantas
Algunas silicones especiales
ColorColor• Usar colorantes que cumplen con las característica
técnicas requeridas para CEE y de EE.UU. siempre que sea posible
• Colorantes de alta purezas son más caros que los de calidades técnicas
• La estabilidad del color debe ser considerada
• La oxidación del colorante puede disminuirse agregando un absorbente de UV adecuado
Agua• Los absorbentes solubles normalmente
funcionan mejor en los champúes
• La Benzofenona-4 y 2 (0.05-0.1%)
• El color debe agregarse en la solución, no en el material sólido
• La solución del colorante acuosa requiere de conservador
QuelantesQuelantes
• Como las sales de EDTA (ácido etilendiaminotetraacético) se adicionan en baja concentración
• Para ayudar al enjuague en agua dura
• Para incrementar la eficacia del conservador