Zentrifugiertechnik

Emulgieren für die Kosmetik

Ohaus erläutert Näheres zum Herstellen von Emulsionen, dem Emulgiervorgang, und stellt eine dafür geeignete Laborzentrifuge vor.

Emulsionen sind klassische Basis von Kosmetikprodukten für Hautschutz und -pflege. © Ohaus

Von Lotionen zur Hautpflege hin zu Feuchtigkeitsspendern für eine erfrischende Gesichtswäsche – Emulsionen sind wesentliche Basis für zahlreiche Kosmetika für Schutz und Pflege der Haut. Eine Emulsion entsteht, wenn zwei oder mehr Flüssigkeiten, die sich normalerweise nicht gut miteinander vermischen lassen, erfolgreich vereint werden. Das Verfahren des Vermischens der Flüssigkeiten wird als Emulgierung bezeichnet. Sowohl Lotionen als auch Cremes und Feuchtigkeitsspender sind kosmetische Emulsionen, d. h. leichte, nicht klebrige Mischungen auf Wasserbasis aus Öl, Fett, Wachs und anderen Rohstoffen. Da es sich dabei um Emulsionen auf Wasserbasis handelt, unterstützen sie die Haut dabei, ihren Feuchtigkeitsgehalt zu erhalten und Feuchtigkeitsverlust zu vermeiden.

Beim Emulgiervorgang von kosmetischen Lotionen, Cremes und Feuchtigkeitsspendern werden sehr kleine Fett-, Öl- oder Wachströpfchen in einer Flüssigkeit (normalerweise Wasser) suspendiert und gleichmäßig verteilt. Diese inkompatiblen Flüssigkeiten werden dann in Schichten aufgeteilt. Substanzen mit geringerer Dichte, wie Öl oder Wachs, befinden sich in der oberen Schicht, während sich Wasser, das die höchste Dichte hat, in der unteren Schicht befindet. Wenn die richtigen oberflächenaktiven Substanzen zur Mischung hinzugefügt und kräftig umgerührt werden, wird das Öl oder Wachs in Wasser dispergiert und bildet die Emulsion.

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Die Bedeutung von Ausrüstung, Temperatur und Zeit beim Emulgiervorgang
Als wichtigsten Faktor beim Emulgieren „inkompatibler“ Flüssigkeiten nennt Ohaus die Art der Ausrüstung. Unabhängig davon, ob es sich um einfache oder komplexe Emulgiergeräte handelt, werden die Substanzen während der internen Phase zerkleinert und während der externen Phase dispergiert. Dabei sorgen die Geräte dafür, dass kleine Partikel gebildet werden und stellen sicher, dass sich während der stabilen Phase kein Öl absetzt oder es zu einer Schichtbildung kommt.

Gegenwärtig gibt es drei Arten von Emulgatoren: Rührwerk, Kolloidmühle und Homogenisator. Die Ergebnisse variieren je nach Größe, Struktur und Leistung dieser Geräte, was sich im Allgemeinen auf die Dispersion und Stabilität des Endprodukts auswirkt. Anders ausgedrückt, hängen die Größe der Partikel in der Emulsion und die Qualität der Emulsion selbst stark davon ab, wie die Komponenten von diesen Geräten verarbeitet und stabilisiert werden. Von den drei Emulgatoren zeigt das Rührwerk laut Ohaus die schlechtesten Ergebnisse im Vergleich zu Kolloidmühle und Homogenisator, die sich beide besser für das Emulgieren "inkompatibler" Substanzen eignen. In den letzten Jahren haben Verbesserungen in der Emulgiertechnologie zur Entwicklung von Vakuum-Emulgatoren geführt. Diese Geräte sind in der Lage, Emulsionen mit ausgezeichneter Dispersion und Stabilität herzustellen, so dass Lotionen und Cremes entstehen, die noch glatter und geschmeidiger sind. Neben der Ausrüstung spielen Temperatur und Zeit beim Emulgiervorgang ebenfalls eine wichtige Rolle. Diese beiden Faktoren wirken sich auf die Qualität des Endprodukts aus.

Im Allgemeinen wird der temperaturbeeinflusste Teil des Vorgangs typischerweise in zwei Phasen durchgeführt. In Phase 1 geht es um den höchsten Schmelzpunkt aller Substanzen und in Phase 2 um die Löslichkeit. In beiden Phasen muss die Temperatur genauestens überwacht werden. Steigt beispielsweise die Viskosität während des Emulgiervorgangs stark an, kann die Temperatur entsprechend erhöht werden. Die für den Emulgiervorgang benötigte Zeit hängt vom Volumenverhältnis der Öl-Wasser-Phase, der in den beiden Temperaturphasen erreichten Viskosität und der resultierenden Emulsion ab.

Zentrifuge FC5706 von Ohaus. © Ohaus

Zentrifugenversuche
Da kosmetische Emulsionen direkt auf die Haut aufgetragen werden, muss die Qualität dieser Produkte strengen Tests und Analysen unterzogen werden. Dies wird durch Versuche zur zentrifugalen Trennung erreicht, bei denen die Stabilität und Haltbarkeit von kosmetischen Emulsionen wie Gesichtswasser, Hautlotion und Haarfärbemittel geprüft wird. Diese Versuche werden mit einer langsam laufenden Zentrifuge und einem Thermostat durchgeführt. Die Anzahl der Umdrehungen und die Zeit hängen vom Produkt ab. Wird nun eine Probe in die Zentrifuge gegeben, wird diese z. B. 30 Minuten lang mit einer Drehzahl zwischen 2 000 und 4 000 Umdrehungen pro Minute in Rotation versetzt. Hierbei lässt sich eine Trennung und Schichtung des Produkts beobachten. Bei einfachen Gesichtsreinigungsprodukten muss die Probe beispielsweise mit einer Drehzahl von 2 000 Umdrehungen pro Minute über einen Zeitraum von 30 Minuten zentrifugiert werden. Bei Hautlotionen wird die Qualität in Abhängigkeit von der Trennung bestimmt. Bei qualitativ hochwertigen Lotionen tritt nach Zentrifugieren mit 4 000 Umdrehungen pro Minute über einen Zeitraum von 30 Minuten keine Emulgierung auf. Je geringer die Anzahl der Umdrehungen ist, desto geringer ist die Qualität des Endprodukts.

Eine Zentrifuge für Emulsionskosmetika
Als ein Gerät, das sich gut bei der Entwicklung von Emulsionskosmetika einsetzen lässt, nennt Ohaus die Zentrifuge FC5706. Sie wurde speziell für die Kosmetikindustrie entwickelt. Diese leichte und kompakte Zentrifuge von Ohaus mit niedriger und mittlerer Drehzahl hat einen ergonomischen Drehknopf, ein intuitives Bedienfeld und eine doppelte Sicherheitssteuerung, mit der das System und seine Drehzahl überwacht werden. Beim Zentrifugiervorgang arbeitet das Gerät nach Herstellerangaben geräuschlos im Hintergrund – für eine ruhige Laborumgebung. Es ist mit drei Rotortypen und sieben Zentrifugenröhrchen mit einem Fassungsvermögen zwischen 1,5 und 50 Millilitern ausgestattet. Die Zeit kann auf bis zu „99 Stunden und 99 Minuten“ eingestellt werden.

Quelle: Ohaus Corporation

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