Что такое ПАВ и эмульгаторы

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) и эмульгаторы – это различные по химическому составу соединения, характеризующиеся способностью концентрироваться на границах фаз (например, воды и масла) и снижать поверхностное (межфазное) натяжение (из-за которого вода и масло отталкиваются друг от друга). Особенность химического строения ПАВ – наличие в их молекулах гидрофобного (гидро- вода, фобос- бояться, т.е. боящегося воду, а значит любящего масло) хвоста и гидрофильной (т.е. любящей воду) полярной группы, значит молекулы ПАВ являются дифильными (любят и воду и масло).

Из-за дифильности строения молекулы ПАВ обладают высокой адсорбционной способностью. Любящие воду головы эмульгатора всегда разворачиваются к воде и «цепляют» воду, любящие масло хвосты всегда разворачиваются к маслу и удерживают масло. При этом межфазное натяжение снижается, что обеспечивает стабилизацию капель масла в воде.
raspolozhenie-pav-v-emulsii-maslo_voda
Схема расположения и ориентации молекул ПАВ в двухфазной системе вода/масло
Под ПАВ в обиходе мы понимаем вещества, образующие пену в моющих средствах. Под эмульгаторами вещества для создания эмульсий. Хотя с химической точки зрения оба класса веществ имеют одинаковую дифильную природу.

Моющее действие ПАВ связано с тем, что поверхностно-активные ингредиенты мыл, шампуней, лосьонов адсорбируются на поверхности загрязнений (твердые частицы, жир и прочее), обволакивают их, отделяя от поверхности, и стабилизируют в моющем растворе. Уменьшая межфазное натяжение, ПАВ облегчает растекание воды или композиции на ее основе по поверхности кожи.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Гидрофильные (они же липофобные) группы молекулы ПАВ образованы полярными структурными элементами, которые могут быть электрически заряженными или незаряженными, поэтому, исходя из гидрофильной функциональности группы, можно провести разделение на ионогенные (заряженные) и неионогенные (незаряженные) эмульгаторы. Неионогенные (неионные) в воде не диссоциируют (не распадаются) на ионы, а ионогенные (ионные) в зависимости от заряда, образующегося при диссоциации в воде, подразделяют на: анионные, катионные и амфотерные.
pavy
Анионные (анионактивные) ПАВ при растворении в воде образуют отрицательно заряженные ионы, т.е. имеют отрицательный заряд. Вместе с мылом АПАВ занимают три четверти мирового рынка ПАВ.
Анионные ПАВ-эмульгаторы очень эффективны при создании прямых эмульсий «масло-в-воде».
Некоторые анионные ПАВ — активные ингредиенты пеномоющих средств, которые обеспечивают высокое пенообразование даже в жесткой воде, их иногда называют детергентами, чем подчеркивается их роль как базового компонента очистки.

Применение мыл для очистки кожи оказывается целесообразным не прилюбом состоянии кожи. К тому же мыла в жесткой воде образуют водонерастворимые металлические (кальциевые) мыла, которые могут отлагаться в порах кожи. Вызываемые таким образом кожные реакции могут простираться от легкого раздражения до так называемой «щелочной экземы».

Отчасти анионный характер имеют смешанные эфиры глицерина с пищевыми жирными кислотами и лимонной или молочной кислотой. Являются разрешенными пищевыми эмульгаторами.

Катионные или катионноактивные ПАВ при растворении в воде образуют положительно заряженные ионы, т.е. имеют положительный заряд.
У катионных соединений высокая адсорбционная способность по отношению к коже и волосам обусловлена электростатическим притяжением между разноименными зарядами отрицательной поверхности кожи/волос и катионом эмульгатора. Вследствие этого гидрофобный остаток молекулы направлен наружу. В результате образуется гидрофобизированная поверхность кожи, которая кажется эластичной и мягкой. Эмульсии на основе катионных эмульгаторов на коже очень легко разрушаются, что можно объяснить сильным взаимодействием с поверхностью кожи (что вредно для кожи, поэтому катионые ПАВ предназначены в первую очередь для волос). Также катионные ПАВ могут взаимодействовать с клеточными белками бактерий, проявляя при этом бактерицидную активность.

Анионные и катионные ПАВ (и не только ПАВ, а вообще любые компоненты) в эмульсии вступают во взаимодействие между собой, что негативно сказывается на стабильности эмульсии и может ее полностью развалить.

Амфотерные ПАВ способны в зависимости от pH вести себя как анионактивные (в щелочной среде) или как катионактивные (в кислой среде) ПАВ, причем некоторые из них проявляют двойственность свойств вне зависимости от pH среды. В молекулах амфотерных ПАВ присутствуют функциональные группы, способные нести и отрицательный, и положительный заряд. Они хорошо совместимы с анионными и катионными ПАВ, сохраняя свои потребительские свойства при изменении pH. Амфотерные ПАВ обладают высоким пенообразованием, мягким дерматологическим действием на кожу и широко применяются в шампунях “без слез”, в пеномоющих средствах для детей и для людей с чувствительной кожей. Амфотерные ПАВ практически полностью нивелируют недостатки анионоактивных ПАВ.

В качестве важнейших представителей амфотерных эмульгаторов можно назвать лецитины или фосфолипиды. Среди ПАВ это бетаины.

В отличие от обычных амфолитов ПАВ типа бетаинов не меняют своей растворимости и потребительских свойств с изменением pH среды, в щелочных и минерализованных средах. Они хорошо совместимы в водной среде с большинством анионных и катионных ПАВ. Сырьем для получения амфотерных ПАВ обычно служат жирные кислоты кокосового, пальмоядрового, подсолнечного, соевого и рапсового масел, а также гидролизаты коллагена, эластина и других белков.

Лецитин получают из яичного желтка или растительного материала (соевых бобов). Фосфолипиды как натуральные поверхностно-активные соединения способны стабилизировать эмульсии различного типа и могут служить вспомогательными диспергирующими (распределяющими) веществами в суспензиях. Особый интерес на фоне создания гидролипидных систем, подобных существующим в коже, представляет прежде всего их способность образовывать везикулы в форме липосом, а в более высоких концентрациях – ламеллярные жидкокристаллические фазы. Фосфолипиды могут образовывать как с маслами, так и с водой очень стабильные жидкокристаллические ламеллярные фазы, которые представляют некоторый простор в отношении содержания масла и воды. К тому же липиды нетоксичны, не вызывают аллергии, акне и раздражения. Способность к связыванию и удержанию воды может сделать фосфолипиды увлажняющими веществами, причем влияние на влажность кожи зависит от типа фосфолипидов.

Если молекулы ПАВ при растворении в воде не образуют ионов, то такие ПАВы называют неионными или неионогенными. Неионные ПАВ имеют более слабую пенообразующую способность, чем анионные ПАВ, но их действие на кожу значительно мягче. Они широко применяются в качестве эмульгаторов, диспергаторов, солюбилизаторов, а также в качестве со-ПАВ, стабилизаторов пены, смачивателей и т. п.

Простейшими представителями являются жирные спирты (цетиловый спирт, цетиариловый спирт), стерины (холистерин) и неполные эфиры жирных кисот (моноглицерилстеарат). Эмульгирующее действие незначительно из-за высокой липофильности.

Для получения более водорастворимых неоиногенных эмульгаторов, необходимо повысить их гидрофильность введением полярныхгрупп, в частности полиэтилегликолевой структуры. Нередко она оспаривается ввиду возможного остаточного содержания диоксана или свободного этиленоксида (признанные сильные канцерогены).
К этоксилатам относятся: все ПЭГ, стеареты, полисорбаты.
Этоксилаты в основном получают присоединением этилеоксида (ЕО) к соединениям с подвижным атомом водорода. Эта реакция идет в присотствии катализаторы. Как правило, на моль исходного вещества, на пример жирного спирта, присоединяется несколько молей этиленоксида. Отношение числа молей ЕО к первому веществу характеризует степень оксиэтилирования.
Т.е. у стеарета 2 было присоеденено 2 моля ЕО, у стеарета 3 соответственно 3 моля.
ПЭГ- продукт реакции полиэтиленгликоля с жирными кислотами разной цепи.
Чем больше цифра рядом с ПЭГ, тем крупнее молекула ПЭГ, тем он безопаснее. Т.е. ПЭГ 150 безопаснее, чем ПЭГ 4.
Этерификацией ЕО всех гидроксильных групп сложного эфира сорбината и жирной кислоты получают гидрофильные поверхностно-активные вещества- полисорбаты.
Чем больше цифра рядом с полисорбатом, тем выше степень оксиэтилирования.

Сорбитаны- производные простых эфиров с замкнутым циклом, образуются из сорбита с отщеплением воды. Это сорбитанстеарат, цетеарилглюкозид, стеарат сахарозы.
Из группы ПАВ на основе сахаров, содержащих (поли)глюкозы в качестве гидрофильной части молекулы, можно лазвать лаурилклюкозид, цереарилглюкозид и полиглицерил-3- метилглюкозы дистеарат.

Так же к неионогенным эмульгаторам относятся кремнийорганические соединения, необходимые для эмульгиторания силиконов. Производятся из невозобновляемых источников сырья.

Неионогенные эмульгаторы не образуют ионов в водной среде, поэтому они обладают некоторыми преимуществами по сравнению с ионными эмульгаторами. Электролиты не влияют на их потребительские свойства, и они ведут себя в высшей степени индифферентно по отношению к химическим влияниям в рецептуре.

primery-stroeniya-i-shemy-pav-raznogo-tipa
По материалам книг:
1. Под общей редакцией Татьяны Пучковой “Основы косметической химии. Базовые положения и современные
ингредиенты”
2. Герд Кутц “Косметические кремы и эмульсии. Состав, методы получения и испытаний”
3. М.Ю.Плетнев “Поверхностно-активные вещества и композиции”

Все Статьи