24 octombrie 2013 Contact Autor Mike J. Fevola, Johnson & Johnson
Închide

Sponsorizat

Wellness și Nutricosmetics: Ebook gratuit - Sabinsa

7 Formulări care se aliniază la nevoile de siguranță ale consumatorului COVID-19 - BASF

Încă trăiești frumos în fața unei pandemii. - Brenntag America de Nord

Innospec: lider în surfactanți fără 1,4-dioxan - Innospec Performance Chemicals

Organic vs. Mineral: Unde se îndreaptă protecțiile solare și de ce. - Tehnologii cosmetice sensibile

Autor:

Cifre
Mese

Cele mai populare în reologie/modificator de viscozitate

  1. 1 Profilul distearatului PEG-150
  2. 2 Profilul Carbomer
  3. 3 O abordare cuprinzătoare pentru înlocuirea DEA în formulări
  4. 4 Alegerea agenților de îngroșare pentru emulsii, Partea I: Îngroșători în fază de apă
  5. 5 Emulgatori neetoxilați pentru produse naturale, derivați în mod natural
  6. 6 Comparativ vorbind: Newtonian vs. Lichide non-newtoniene
  7. 7 Dr. Straetmans introduce îngroșător natural pentru ulei și emulgator procesabil la rece
  8. 8 geluri fluide pe bază de polimeri naturali pentru aplicații cosmetice
  9. 9 Sisteme de surfactant provocatoare de îngroșare
  10. 10 Echilibrarea texturii cu rezistența la electroliți pentru o îngroșare îmbunătățită

Carbomerii, o familie de polimeri de acid acrilic reticulat, sunt ingrediente esențiale în numeroase produse, inclusiv: produse farmaceutice; Produse cosmetice și de îngrijire personală; produse pentru îngrijirea gospodăriei, industriale și instituționale; cerneluri de tipar; adezivi și acoperiri. De mai bine de 50 de ani, formulatorii din mai multe industrii s-au bazat pe diferiți carbomeri pentru a construi vâscozitatea, a forma geluri, a stabiliza emulsiile și a suspenda particulele. Atunci când sunt utilizați corect, carbomerii ajută la construirea esteticii dorite de consumatori în produse, permițând simultan stabilitatea pe termen lung a raftului. Datorită utilității, fiabilității și abilității ocazionale de salvare a lansărilor de produse condamnate prin stabilizarea formulelor prost concepute împotriva separării, carbomerii au fost descriși de dezvoltatorii de produse experimentați ca „cel mai bun prieten al formulatorului”. Această coloană va explora chimia și proprietățile carbomerilor care le-au câștigat această reputație binemeritată.

pentru produce

Chimie și fabricație

Monomeri: Componenta principală a carbomerului este acidul acrilic, un produs petrochimic derivat din materiile prime de propilenă. Sinteza comercială a acidului acrilic implică de obicei o oxidare catalitică în două etape în care propilena este reacționată cu aerul pentru a produce acroleină ca intermediar, care este apoi oxidată în continuare pentru a produce acid acrilic. 3-4 Eterii polialilici folosiți ca monomeri de reticulare în sinteza carbomerului sunt preparați prin reacția catalizată de bază a unui compus funcțional polihidroxi, de exemplu, zaharoză sau pentaeritritol, cu un exces de clorură de alil pentru a produce eteri polialilici cu grade diferite de substituție. 5 În alilarea zaharozei, în medie cinci până la șase din cele opt grupe hidroxil de pe molecula zaharozei sunt de obicei convertite în alil eteri, după cum se arată în Figura 2b.

Polimerizarea precipitațiilor: Carbomerii sunt sintetizați prin polimerizarea prin precipitare a radicalilor liberi efectuată în solvenți organici. 5-8 Solvenții pentru acest proces sunt selectați astfel încât monomerii, inițiatorii și alți aditivi să fie solubili în mediul de reacție, dar produsul polimeric rezultat nu este. Din punct de vedere istoric, benzenul a fost procesul de solvent preferat pentru sinteza comercială a carbomerilor; cu toate acestea, din cauza problemelor de sănătate și siguranță asociate cu benzenul, sisteme alternative de solvenți, cum ar fi n-hexan sau amestecuri de acetat de etil și ciclohexan, sunt utilizate astăzi în locul benzenului. 8, 9 Reacțiile sunt de obicei inițiate termic folosind peroxizi organici ca inițiatori, deși pot fi folosiți și inițiatori azo solubili în ulei.

O sinteză tipică de carbomer este prezentată în Figura 3. 8 Acidul acrilic și cantități mici de TAPE și carbonat de potasiu (K2CO3) sunt dizolvate inițial în co-solventul acetat de etil/ciclohexan. K2CO3 este adăugat pentru a neutraliza un procent mic (de obicei ≤ 3%) din grupele de acid acrilic, probabil pentru a ajuta la promovarea precipitării polimerului rezultat în sistemul cosolvent. Amestecul este încălzit la 50 ° C sub atmosferă de azot și un inițiator peroxic, cum ar fi di (2-etilhexil) peroxidicarbonatul (predisolvat în cosolvent) este adăugat încet în vasul de reacție pe o perioadă de șase ore. Pe măsură ce reacția de polimerizare se desfășoară, produsul carbomer insolubil precipită din solvent și se formează o suspensie de particule de carbomer din solvent. La finalizarea reacției, carbomerul este izolat din suspensie și solidele polimerice sunt uscate pentru a produce produsul carbomer sub formă de pulbere.

Reticulare și microgeluri: În timpul reacției, monomerii polifuncționali de reticulare se copolimerizează cu lanțuri multiple de acid poliacrilic liniar (PAA) pe măsură ce se propagă, ducând la formarea unei rețele tridimensionale de PAA reticulat. În procesele convenționale de polimerizare în vrac sau soluție, monomerii de reticulare ar determina gelarea mediului de reacție într-o masă continuă de PAA reticulat la atingerea unei conversii mari a monomerului. Cu toate acestea, în polimerizarea prin precipitare, PAA reticulat precipită sub formă de particule fine și previne apariția gelificației macroscopice. Astfel, reticularea este limitată la particule de polimer individuale de dimensiuni submicronice. Fiecare particulă carbomer este de fapt o macromoleculă mare care cuprinde multe lanțuri liniare de PAA care sunt reticulate între ele. Dimensiunea extraordinară a acestor polimeri împiedică determinarea greutății moleculare (MW) a carbomerilor utilizând tehnici convenționale, deși s-a estimat că MW-urile carbomerilor sunt de ordinul 108-109 g/mol. 10

O altă consecință importantă a reticulării în carbomeri este că aceste macromolecule nu sunt cu adevărat solubile în apă. În schimb, masa lanțurilor PAA hidrofile reticulate este numai dispersabilă în apă și umflabilă în apă. Spre deosebire de PAA necrucișat, care se dizolvă pentru a forma soluții de bobine de polimer care se suprapun și se încurcă cu o concentrație crescândă, carbomerii se dispersează în apă și se umflă la neutralizare pentru a forma soluții de microgeli care nu se încurcă cu o concentrație crescândă, ci formează în schimb o rețea de microscopice strâns împachetate. bureți. ” 11

Proprietăți

Carbomerii sunt de obicei furnizați sub formă de pulberi pufoase, albe, hidroscopice, care pot avea un ușor miros de acid acetic. O varietate de carbomeri sunt disponibili comercial, diferind în principal de tipul solventului de proces utilizat (adică, benzen vs. non-benzen), de tipul și nivelul de reticulant utilizat și de adăugarea de aditivi opționali pentru a îmbunătăți umectarea și dispersabilitatea. 12 Carbomerii pot fi, de asemenea, furnizați în forme preneutralizate, de exemplu, ca sare de sodiu (INCI: Sodium Carbomer). Carbomerii sunt considerați a fi netoxici și prezintă un potențial de iritare redus sau deloc pentru piele și ochi la concentrațiile utilizate în produsele cosmetice și de îngrijire personală. 13-14 Impuritățile din acești polimeri pot include solvenți reziduali de polimerizare, monomeri care nu au reacționat (de exemplu, acid acrilic), acid acetic, acid proprionic, subproduse inițiator de polimerizare și urme de metale grele.

Carbomerii sunt ușor dispersabili în apă și în amestecuri de solvenți organici polari cu apă, cum ar fi soluție de etanol-apă 70% g/g. Când sunt preparate inițial, dispersiile apoase de particule de carbomer hidratate sunt acide și prezintă în mod obișnuit valori ale pH-ului de 2,5-3,5, în funcție de concentrația de polimer. Înainte de neutralizare cu un ajustator de pH bazic, de exemplu, hidroxid de sodiu sau trietanolamină, aceste dispersii nu posedă vâscozitate semnificativă și pot fi tulburi. După neutralizarea grupurilor de acid carboxilic, carbomerul devine ionizat și se umflă de câteva sute de ori volumul său inițial datorită repulsiilor electrostatice între grupurile carboxilate încărcate negativ și umflăturii osmotice datorită contraionilor captivi. Dispersiile rezultate de microgel, uneori denumite mucilagii, sunt fluide limpezi care prezintă vâscozități ridicate și prezintă, de asemenea, o valoare ridicată a randamentului.

Tehnologie și aplicații

Carbomerii sunt eficienți la construirea vâscozității în sistemele apoase la niveluri de utilizare relativ scăzute. De exemplu, majoritatea carbomerilor enumerați în tabelul 1 sunt capabile să construiască vâscozități de 10.000-60.000 cP atunci când sunt utilizate la doar 0,5% g/g. Astfel, carbomerii sunt folosiți în mod obișnuit ca agenți de îngroșare a fazelor apoase într-o varietate de produse. Cu toate acestea, adevărata utilitate a carbomerilor rezultă din capacitatea lor de a conferi formulări o valoare mare a randamentului.