El nombre caolín proviene de la aldea de Gaoling, cerca de Jingdezhen, en la provincia china de Jiangxi. Durante las dinastías Ming y Qing, Jingdezhen fue la famosa capital de la porcelana en China. La arcilla blanca esencial para la producción de porcelana se extraía principalmente de la zona de Gaoling, de ahí el nombre "Gaoling Tu", que significa "tierra de Gaoling". Posteriormente, misioneros y académicos occidentales transliteraron este nombre a caolín. En Epic Powder, nuestro clasificador de aire HTS315 está diseñado para ofrecer una precisión inigualable en la clasificación de caolín. La precisión en la clasificación de caolín es fundamental para lograr las propiedades cosméticas deseadas. Las técnicas modernas de clasificación de caolín, en particular la clasificación avanzada por aire, han superado los métodos tradicionales en eficiencia y precisión, permitiendo la producción de distribuciones de tamaño de partícula estrictamente controladas, cruciales para aplicaciones de alto rendimiento.
I. Propiedades del caolín
1. Estructura del caolín
El caolín es un mineral arcilloso representativo del grupo de las caolinitas, con una estructura cristalina estratificada 1:1. Cada capa está formada por una lámina tetraédrica de sílice (T) unida a una lámina octaédrica de alúmina (O), denominada capa TO.
Las capas cristalinas individuales están estrechamente unidas mediante láminas tetraédricas de sílice y octaédricas de alúmina. Estas capas están conectadas por enlaces de hidrógeno, lo que impide la fácil inserción de moléculas de agua entre ellas. En consecuencia, el caolín no se hincha y presenta una baja capacidad de intercambio catiónico (CIC).
Los cristales de caolín suelen ser plaquetas finas, laminares o hexagonales, que presentan una anisotropía distintiva. En cuanto a las características superficiales, la cara tetraédrica de sílice contiene aniones de oxígeno, generalmente con carga negativa por encima de pH 4. La cara octaédrica de alúmina expone grupos hidroxilo, con carga positiva por debajo de pH 6 y con transición a carga negativa por encima de pH 8.
Caolín vs. Montmorillonita
| Tipo de mineral | Características de la estructura | Propiedades | Escenarios de aplicación |
| Caolín (1:1, TO) | Estructura en capas, no se hincha. | CEC baja, tixotropía leve | Mascarillas de barro, polvos sueltos, labiales mate. |
| Montmorillonita (2:1, TOT) | Las capas pueden admitir agua e iones, capaces de hincharse. | CEC alto, hinchazón fuerte, engrosamiento significativo | Espesantes potentes, aplicaciones antisedimentación coloidal |
Imagen SEM de caolín
Imagen SEM de partículas de caolín que muestra la típica estructura en capas. morfología en forma de placaEsta estructura laminar imparte excelentes propiedades de cobertura y adsorción al caolín, al tiempo que confiere un comportamiento tixotrópico a sus suspensiones acuosas. Nota: Las estructuras en forma de placa en la imagen no son capas TO individuales sino pilas de muchas capas TO paralelas.
La diversa funcionalidad del caolín en la cosmética, desde la adsorción de aceite hasta la mejora de la textura, se rige fundamentalmente por su distribución granulométrica, definida con precisión mediante rigurosos procesos de clasificación. Esto hace que una clasificación eficaz del caolín sea el primer paso fundamental para adaptar el caolín a formulaciones cosméticas específicas.
2. Propiedades fisicoquímicas
Hidrofilicidad/Hidrofobicidad
El caolín natural posee una superficie altamente hidrófila, que se humedece fácilmente con el agua. Esta afinidad con el agua se debe a los grupos hidroxilo expuestos en las superficies cristalinas y a las cargas negativas dentro de las capas. Por el contrario, los polvos hidrófobos, como el talco, tienden a flotar y a resistir la humectación en agua.
El caolín puede modificarse mediante un tratamiento superficial. Por ejemplo, la sililación (p. ej., con trietoxicaprililsilano) puede conferirle hidrofobicidad, lo que lo hace adecuado para su dispersión en sistemas a base de aceite. El caolín calcinado, con grupos hidroxilo superficiales reducidos, presenta una hidrofobicidad ligeramente mayor, pero en general se mantiene hidrofílico.
Valor de absorción de aceite y absorción de agua
El caolín posee excelentes propiedades capacidad de absorción de aceite, muy valorado en cosméticos de color por su capacidad para controlar la grasa. El valor de absorción de aceite se mide comúnmente mediante el método ASTM D281, expresado como la cantidad de aceite absorbido por 100 g de polvo. El caolín fino suele tener un rango de absorción de aceite de 45 a 60 g/100 g. El caolín calcinado, que desarrolla una estructura porosa, puede presentar valores de absorción de aceite aún mayores.
En cuanto a la absorción de agua, el caolín puede absorber aproximadamente de 0,3 a 0,5 veces su propio peso en agua, formando una pasta plástica. Esta propiedad facilita su aplicación en mascarillas de barro sin que gotee. En comparación, la bentonita tiene una capacidad de absorción de agua mucho mayor (capaz de hincharse varias veces su volumen).
Es importante tener en cuenta que la capacidad de adsorción del caolín se ve significativamente influenciada por el tamaño de partícula y la superficie específica; los polvos más finos suelen tener una mayor demanda de aceite. Por lo tanto, la selección debe equilibrar la absorción de aceite con la sensación en la piel (una absorción excesiva puede provocar una sensación de sequedad y tirantez).
Blancura y Cobertura
El caolín es inherentemente un polvo blanco, pero su blancura depende del contenido de impurezas (p. ej., óxidos de hierro) y de la pureza del procesamiento. El caolín de grado cosmético suele blanquearse y purificarse, alcanzando una blancura (luminosidad ISO) de 85-95%. Por ejemplo, un caolín indio presenta un valor L de 95 ± 0,5 y un índice de blancura de 87 ± 1.
El caolín tiene un contenido relativamente moderado. índice de refracciónLos principales índices de refracción del cristal monoclínico son aproximadamente 1,56 (nα ≈ 1,553–1,565, nγ ≈ 1,569–1,570), cercanos al del estrato córneo de la piel (~1,55). En consecuencia, el polvo de caolín aplicado a la piel presenta cierto grado de transparencia. Carece de la fuerte cobertura proporcionada por pigmentos de alto índice de refracción como TiO₂ (n ≈ 2,7).
Sin embargo, la morfología laminar de las partículas de caolín proporciona protección y dispersión de la luz. Incorporar cierta cantidad de caolín en cimentaciones o compactos puede mejorar cobertura/mate efectos sin el pronunciado blanqueamiento causado por el dióxido de titanio.
Además, el caolín también puede actuar como ajagente matificante En formulaciones, reduce el brillo del producto. Al evaluar la cobertura, se puede medir la diferencia en la reflectancia del polvo en las tarjetas de contraste blanco y negro. El caolín generalmente se encuentra entre el talco (más transparente) y el dióxido de titanio (fuerte cobertura).
Densidad y gravedad específica
La densidad real del caolín es de aproximadamente 2,6–2,63 g/cm³. En cosmética, su densidad aparente suele caracterizar la esponjosidad del polvo. El caolín ligero, a menudo obtenido mediante procesos avanzados de clasificación, como la clasificación por aire, tiene una densidad aparente menor, de alrededor de 0,3–0,5 g/cm³, mientras que el caolín pesado sin procesar puede ser >0,8 g/cm³. En formulaciones de polvos sueltos, la densidad aparente afecta la esponjosidad y la sensación en la piel. Normalmente, los polvos más esponjosos se sienten más ligeros, pero requieren una mayor fuerza de compresión para compactarlos. Durante la formulación experimental, se deben observar las variaciones de densidad aparente entre diferentes lotes de caolín, ajustando las proporciones de volumen si es necesario para asegurar una compactación uniforme.
Valor de pH (suspensión)
El caolín forma suspensiones ligeramente ácidas en agua. Normalmente, el caolín natural sin calcinar en una suspensión de agua pura 20% p/v tiene un pH de entre 4 y 6. Esta acidez se debe a los iones H⁺ liberados desde la superficie del caolín a la fase acuosa.
Debido a la deshidroxilación, las suspensiones de caolín calcinado a menudo tienen un pH ligeramente más alto, más cercano al neutro (6-7).
El pH del sistema de formulación afecta de forma crucial la dispersión y estabilidad del caolín: alrededor de un pH de ~4–6, el caolín tiende a flocular (atracción positiva entre los bordes y las caras), formando un gel tixotrópico. En condiciones alcalinas (pH >9), todas las superficies de las partículas de caolín presentan cargas negativas y se repelen entre sí, lo que resulta en suspensiones más estables, pero con menor viscosidad. Por lo tanto, en formulaciones ligeramente ácidas (p. ej., mascarillas de barro ácidas), el caolín puede espesarse fácilmente, por lo que se debe evaluar previamente el grado de floculación. En formulaciones alcalinas (p. ej., limpiadores a base de jabón), el caolín podría sedimentar con mayor facilidad, lo que requiere la adición de agentes de suspensión.
Nota: “Floculación” aquí se refiere a la red de partículas sueltas y reversibles formada por atracción de borde positivo ↔ cara negativa bajo condiciones iónicas y de pH específicas, lo que hace que el sistema se espese en reposo y se vuelva fino por cizallamiento.
Comportamiento reológico
Las dispersiones de caolín en agua presentan pseudoplástico y tixotropía. A concentraciones más altas de caolín (>10–151 TP₃T p/p), la pasta desarrolla una tensión de fluencia en reposo, lo que requiere la aplicación de cierta tensión para iniciar el flujo. Esto se debe a la estructura reticular laxa formada por las interacciones electrostáticas entre las caras de las partículas de caolín en condiciones estáticas.
• Estrés de fluencia
◦ Definición: La tensión mínima requerida para iniciar el flujo en un fluido o pasta.
◦ Comprensión intuitiva: Es como si la pasta de dientes se mantuviera sobre un cepillo sin hundirse, esto se debe a la tensión de fluencia; fluye solo cuando se aprieta.
◦ Importancia: Un mayor límite elástico permite que el material mantenga su forma en reposo, resistiendo el asentamiento o el flujo.
• Tixotropía
◦ Definición: Propiedad donde la viscosidad de un material disminuye bajo esfuerzo cortante (agitación, aplicación) y se recupera gradualmente al reposar.
◦ Comprensión intuitiva: Al igual que las mascarillas de miel o barro, se sienten más líquidas cuando se revuelven, pero se espesan nuevamente después de reposar.
◦ Importancia: La tixotropía hace que los cosméticos sean fáciles de aplicar pero les permite permanecer en su lugar después de la aplicación sin correrse inmediatamente.
• Los datos experimentales muestran que el límite elástico aumenta aproximadamente de manera exponencial con el contenido de sólidos; por ejemplo, una pasta de caolín 30% tiene un límite elástico significativamente mayor que una pasta 20%.
Además, el pH y la fuerza iónica afectan significativamente la reología: el límite elástico y el área de bucle tixotrópico alcanzan su punto máximo a un pH bajo (p. ej., alrededor de 4). La floculación se debilita y el límite elástico disminuye a medida que el pH supera 8.
Simultáneamente, los electrolitos (especialmente los cationes polivalentes como Ca²⁺ y Mg²⁺) comprimen la doble capa eléctrica, lo que induce una rápida agregación de partículas y aumenta significativamente la tensión de fluencia y la viscosidad. Por lo tanto, las formulaciones con altas concentraciones de sal (p. ej., electrolitos en astringentes o tónicos hidratantes) requieren precaución debido a su potencial para espesar las pastas de caolín.
Añadiendo espesantes o estabilizadores coloidales (por ejemplo, goma xantana, derivados de celulosa) pueden ajustar aún más el límite elástico y la tasa de recuperación tixotrópica de las suspensiones de caolín para satisfacer diferentes necesidades de aplicación (por ejemplo, las máscaras requieren una aplicación sin goteo pero una fácil esparcimiento. Las bases líquidas pueden requerir un límite elástico menor para una fácil dispensación).
3. Origen y clasificación
El mineral de caolín crudo generalmente requiere purificación y clasificación Para cumplir con las especificaciones de grado cosmético. Los procesos comunes incluyen:
(1) Lavado:Utilizando las diferencias en la gravedad específica entre el caolín y el cuarzo/feldespato para eliminar material arenoso mediante sedimentación en agua.
(2) Molienda/desaglomeración: uso de molinos o trituradoras para descomponer agregados grandes en cristales primarios.
(3) Clasificación centrífuga: Separación de productos en diferentes tamaños de partícula (p. ej., D50 2 µm, 5 µm, 10 µm) según la velocidad de sedimentación. Los sistemas modernos de clasificación por aire, como el clasificador por aire HTS315, son muy eficaces para lograr cortes precisos de tamaño de partícula, esenciales para aplicaciones cosméticas específicas, lo que influye directamente en propiedades como el tacto, la opacidad y la absorción de aceite. La correcta clasificación del caolín es un paso crucial en el control de calidad.
(4) Blanqueamiento químico: uso de agentes reductores como hidracina o dióxido de azufre para eliminar las impurezas de óxido de hierro, mejorando la blancura.
(5) Calcinación: Calentar el caolín a 500–800 °C para eliminar el agua de cristalización, produciendo metacaolín o caolín calcinado amorfo.
(6) Tratamiento de superficies: Como se mencionó, utilizar silanos o jabones metálicos para mejorar la hidrofobicidad o mejorar la compatibilidad con las fases oleosas.
Impacto de las diferencias de procesamiento: El caolín lavado (sin calcinar) conserva su estructura cristalina, lo que le confiere mayor plasticidad, ideal para máscaras de lodo y sistemas que requieren esparcibilidad. El caolín calcinado, debido a su estructura reticular colapsada, forma partículas frágiles y porosas con mayor absorción de aceite, pero con una estabilidad de suspensión ligeramente inferior (sin red tixotrópica). La siguiente tabla resume los parámetros físicos típicos de los caolines de diferentes orígenes y tratamientos.
Tabla 1: Comparación de parámetros físicos para caolines de diferentes orígenes/métodos de procesamiento
| Tipo / Origen | Características clave | D50 (µm) | Área de superficie específica (m²/g) | Blancura (ISO %) | Absorción de aceite (g/100g) | pH (Pasta 5%) |
| Jiangxi, China (Lavada) | Tamaño de partícula fina natural, pequeñas impurezas de hierro. | ~2–4 | 15–25 | 85–90 | 45–55 | 4.0–5.5 |
| Georgia, EE. UU. (Suave) | Plaquetas de pequeño tamaño y alto brillo. | ~1–3 | 20–26 | 90–93 | 50–60 | 5.0–6.0 |
| Georgia, EE. UU. (Calcinado) | Poroso, alto brillo, mayor dureza. | ~1–2 | 30–50 | 93–95 | 80–90 | 6.0–7.0 |
| Brasil, Amazonas | Muy bajas impurezas, “Arcilla Blanca Amazónica” | ~3–5 | 10–20 | >93 | 40–50 | 5.0–6.0 |
| Caolín ligero USP | Molienda ultrafina, puede contener dispersantes. | ~1 | 20–30 | 85–90 | ~60 | 4.5–7.5 |
| Superficie tratada (por ejemplo, silano) | Modificado con silano, hidrofóbico, lipofílico | Dependiente de la base | Similar al material base | 85–92 | Similar al material base | – |
Nota: Datos recopilados de información pública y literatura de diversos proveedores. La blancura se calcula según el brillo ISO o el valor Hunter L convertido. Para grados específicos, consulte las fichas técnicas de los proveedores.
Optimización del rendimiento del caolín mediante una clasificación precisa
La selección del grado correcto de caolín depende de la comprensión de sus propiedades, las cuales se ven profundamente influenciadas por la distribución del tamaño de partícula. La implementación de rigurosos protocolos de clasificación de caolín, posiblemente utilizando equipos como el clasificador de aire HTS315, garantiza la consistencia entre lotes y permite a los formuladores identificar atributos de rendimiento específicos, ya sea para el control de la grasa, la textura o la cobertura del producto cosmético final.
II. Aplicación del caolín en cosmética
El caolín tiene una amplia aplicación en cosmética, que abarca desde la cosmética de color hasta el cuidado de la piel y el cuidado personal. Sus principales funciones incluyen: Absorbe aceite/sudor, mejora la textura y la sensación de la piel, mejora la cobertura y los efectos mate y estabiliza las suspensiones..
1. Aplicación en diferentes productos
Cosméticos de color
En polvos sueltos y fijadores, el caolín se utiliza a menudo en concentraciones de 5-15% como relleno absorbente de grasa, proporcionando control de la grasa, larga duración y efectos mate difuminados. Sus finas partículas absorben el exceso de sebo de la superficie de la piel, reduciendo el brillo. Gracias a su índice de refracción cercano al de la piel, evita la aparición de un tono blanco tiza.
El caolín también se utiliza en polvos compactos y bases de maquillaje, generalmente añadido en una proporción de 10 a 301 TP3T, actuando como relleno y como coadyuvante de cobertura. En comparación con el talco, el caolín tiene una mayor absorción de grasa, lo que mejora la sensación de control de la grasa en pieles grasas. Sin embargo, una cantidad excesiva puede resecar demasiado los polvos y hacer que sean menos sedosos. Por lo tanto, a menudo se combina con mica o sílice.
Los cosméticos de color cremoso, como los correctores y los productos de contorno, a veces contienen caolín 3–10%, que aprovecha sus propiedades de absorción de aceite para evitar la migración de aceite y aumentar la consistencia de la pasta para evitar que se asiente.
Nota: En el maquillaje de ojos, como las sombras de ojos, el contenido de caolín generalmente se mantiene por debajo de 5–8% para evitar afectar el resultado del color y la adherencia a la piel, aunque su absorción de aceite puede ayudar a prevenir las arrugas en los párpados grasos.
Productos de limpieza
Las mascarillas limpiadoras/mascarillas de barro son una de las aplicaciones más clásicas del caolín. En formulaciones típicas, el caolín se mezcla con otras arcillas (p. ej., bentonita, montmorillonita), con contenidos que pueden alcanzar hasta 20–401 TP3T (en forma de pasta acuosa). Actúa como el principal adsorbente en las mascarillas de barro, capaz de penetrar los poros para absorber grasa, suciedad e impurezas, logrando así la limpieza y el desengrasado de los poros.
En los exfoliantes, el polvo fino de caolín puede servir como un abrasivo suave, ayudando a eliminar las células muertas de la piel mientras absorbe el sebo, sin causar microarañazos como algunas cáscaras de nueces.
En los limpiadores faciales de uso diario, a veces se agrega caolín 1–5% para mejorar el poder de limpieza y la textura: el caolín puede actuar en sinergia con los surfactantes para eliminar el aceite y la grasa y brindar una sensación suave y rica a la crema.
Algunas lociones/primers de control de grasa contienen trazas de caolín (1–3%) para una absorción de sebo duradera y mantener un acabado mate, al mismo tiempo que proporcionan cierto deslizamiento para una fácil aplicación.
Cuidado del cabello y el cuerpo
El caolín se utiliza cada vez más en champús secos en aerosol o en polvo. Se puede añadir en concentraciones de 10 a 301 TP3T, mezclado con almidón de maíz, sílice, etc. Como base del champú seco, absorbe eficazmente la grasa del cabello y del cuero cabelludo, dejando el cabello voluminoso y fresco. Las partículas de caolín son más pequeñas que las del talco, lo que deja menos residuos blancos y es más fácil de eliminar con el cepillo. Esto lo hace popular en muchos champús sin agua.
En productos antitranspirantes/desodorantes (p. ej., polvos para la zona íntima, polvos desodorantes para pies), el caolín ayuda a reducir el olor corporal al absorber la humedad del sudor y adsorber las moléculas de olor (p. ej., ácidos grasos de cadena corta). El uso típico es 15–30%, combinado con bicarbonato de sodio, óxido de zinc, etc., para lograr una doble adsorción física y un efecto antibacteriano.
Cabe destacar que, gracias a su capacidad para absorber amoníaco y aminas orgánicas, el caolín puede ayudar a mitigar el sudor y el mal olor de pies. En comparación con absorbentes de olores como la tierra de diatomeas, el caolín es suave y tiene un bajo potencial de irritación cutánea.
Protección solar
El caolín en sí no es un filtro UV primario, pero puede actuar como un agente opacificante físico. Estudios demuestran que la incorporación de caolín fino en formulaciones de protectores solares puede aumentar la dispersión y absorción de los rayos UV. Al mismo tiempo, el caolín proporciona una sensación de sequedad en la piel, reduciendo la sensación grasosa de las fórmulas con FPS alto.
Sin embargo, el efecto protector del caolín es mucho menor que el de los pigmentos UV especializados (TiO₂, ZnO), y su inclusión es más por su función de asistencia y por consideraciones de textura.
Lápiz labial
En labiales mate, lodos labiales y otros sistemas de pasta con alto contenido de aceite, el caolín se utiliza a menudo como estructurante y polvo matificante. Su uso habitual es de 3–10%. Absorbe parte del aceite de la pasta, evitando la exudación de aceite, y aumenta su dureza para evitar su deformación. El caolín también proporciona un acabado mate, reduciendo el brillo inherente del labial. Debido a su finura, las partículas de caolín pueden dar una sensación ligeramente áspera; por lo tanto, se recomienda su uso con polvos suaves como el talco y la mica para garantizar una aplicación uniforme.
Cremas y lociones
En formulaciones para el cuidado de la piel, como cremas y lociones, el caolín se utiliza en concentraciones bajas (generalmente <2%), principalmente para modificar la textura y favorecer la espesación y la suspensión. Además, sus propiedades adsorbentes se pueden utilizar en cremas para el acné para absorber los exudados inflamatorios de la superficie cutánea, lo que ayuda a secar y cicatrizar las imperfecciones (algunas zonas con acné utilizan este principio de absorción de fluidos por la arcilla).
2. Consideraciones clave sobre la formulación y el proceso
Orden de dispersión y prehumectación
El caolín es un polvo fino propenso a aglomerarse y aglutinarse si se añade directamente a la fase acuosa. La clasificación del caolín y la secuencia y el método de dispersión correctos son cruciales.
Generalmente se recomienda prehumedecer El caolín se mezcla con una pequeña cantidad de líquido para formar una suspensión antes de incorporarlo al lote principal. En sistemas acuosos, se puede usar glicerina o propilenglicol en una proporción de 1:1 a 1:2 con caolín para premezclar, asegurando que la superficie de cada partícula se humedezca primero, evitando así el contacto directo con el agua que causa aglomeración.
Si la predispersión no es factible, el caolín puede tamizarse lentamente en la fase acuosa con agitación moderada a alta, manteniendo la agitación suficiente para deshacer los aglomerados iniciales. Para reducir el polvo, considere añadir el caolín como una suspensión preparada (p. ej., pasta de sólidos 50%).
Además, en términos de secuencia, el caolín debe dispersarse antes de agregar espesantes primarios y electrolitos, ya que la alta viscosidad o la alta fuerza iónica pueden dificultar la desaglomeración de la arcilla.
Condiciones de corte
Las partículas de caolín pueden existir inicialmente como agregados débiles, que requieren un esfuerzo mecánico suficiente para su descomposición.
Una combinación de agitación y homogeneización con hélice Se suele usar: primero, agitar a baja velocidad con una pala para humedecer y dispersar el polvo, y luego, agitar a velocidad media-alta (p. ej., 300-800 rpm, según la escala) durante más de 5 minutos para uniformizar la suspensión. Si es posible, un tratamiento posterior de alto cizallamiento (p. ej., homogeneizador de rotor-estator a 3000-5000 rpm) durante 1-3 minutos puede reducir significativamente los aglomerados finos y mejorar la estabilidad de la suspensión.
Si la viscosidad del sistema es demasiado alta para una homogeneización efectiva, un calentamiento suave (por ejemplo, 40 °C) o la adición previa de algunos surfactantes pueden ayudar a la humectación y la dispersión.
Generalmente, no se utilizan equipos de molienda (p. ej., molino de bolas o molino coloidal) para la dispersión de caolín en cosméticos, ya que un cizallamiento excesivo puede reducir el tamaño de las partículas y aumentar la viscosidad. En general, una humectación y expansión completas mediante agitación a velocidad media-alta, complementada con una homogeneización de corta duración a alto cizallamiento, es un procedimiento operativo estándar eficaz para la dispersión de caolín.
3. Compatibilidad con los componentes de la formulación
Compatibilidad con surfactantes
El caolín interactúa de manera diferente con surfactantes de diferentes cargas, lo que requiere consideración durante el diseño de la formulación.
Tensioactivos aniónicos (p. ej., SLS, bases de jabón): Generalmente buena compatibilidad. Los iones negativos de los tensioactivos aniónicos en agua pueden adsorberse en los bordes con carga positiva del caolín, pero dado que el caolín tiene carga negativa a un pH alcalino típico y los propios tensioactivos aniónicos proporcionan estabilidad dispersiva, el caolín suele permanecer bien suspendido en sistemas tensioactivos aniónicos.
Tensioactivos anfotéricos/no iónicos (p. ej., óxido de cocamidopropilamina, APG): Generalmente no afectan considerablemente la dispersión del caolín. Los tensioactivos anfóteros pueden tener diferentes cargas según el pH, pero generalmente tienen un impacto limitado en la red arcillosa a bajas concentraciones y pueden utilizarse como humectantes auxiliares. Los tensioactivos no iónicos reducen principalmente la tensión superficial del agua para facilitar la humectación y no causan floculación; incluso pueden ayudar a estabilizar la suspensión.
Tensioactivos catiónicos (p. ej., agentes acondicionadores de amonio cuaternario): Requieren especial atención. Los surfactantes catiónicos son fuertemente adsorbidos por el caolín (debido a la carga generalmente negativa en sus superficies e intercapas). Esto conlleva dos posibles problemas: 1) La concentración efectiva del surfactante catiónico en la formulación disminuye (es absorbido por la arcilla), lo que podría afectar su eficacia. 2) Los cationes pueden formar puentes entre las partículas de arcilla, causando floculación y un aumento brusco de la viscosidad. Estudios demuestran que en sistemas de caolín y surfactante catiónico se forma una red compuesta de arcilla y surfactante, lo que aumenta el límite elástico.
Por lo tanto, en formulaciones que requieren tanto surfactantes catiónicos (por ejemplo, emulsionantes catiónicos, acondicionadores para el cabello) como caolín, el sistema puede espesarse y la estabilidad puede verse afectada. Si es necesaria la coexistencia, se recomienda: (1) Minimizar el contacto directo, por ejemplo, dispersar el caolín en la fase acuosa y agregar el surfactante catiónico preemulsionado con la fase oleosa a baja temperatura. (2) Probar previamente el impacto de diferentes secuencias de adición en la viscosidad del sistema. (3) Si es necesario, utilizar secuestrantes (por ejemplo, polifosfatos) para pretratar la superficie del caolín, ocupando sitios para evitar la adsorción catiónica.
Efecto de los electrolitos, iones multivalentes
Muchas formulaciones contienen electrolitos, cuyos iones pueden debilitar la repulsión de carga entre las partículas de caolín, provocando floculación. cationes divalentes Al igual que el Ca²⁺, el Mg²⁺ es particularmente eficaz, ya que puede formar puentes entre las partículas de caolín, neutralizando las cargas negativas en las caras de silicato y los surfactantes aniónicos, convirtiendo la suspensión en un gel. La experiencia demuestra que una concentración >0,11 TP⁺ de sales divalentes puede aumentar significativamente la viscosidad y el límite elástico de las pastas de caolín.
Los iones monovalentes como el Na⁺ tienen un impacto relativamente menor, pero las altas concentraciones de NaCl (>11TP₂T) también pueden comprimir la doble capa, induciendo una floculación leve. Por lo tanto, al usar caolín en formulaciones que contienen sales (p. ej., MgCl₂ en mascarillas de barro del Mar Muerto), considere reducir otros espesantes para evitar una viscosidad excesiva o introducir caolín con tratamiento hidrófobo (menos sensible a los iones) como sustituto parcial.
El pH también afecta los estados iónicos: a un pH alto (>8), la mayoría de los iones metálicos forman precipitados o complejos de hidróxido, y el caolín con carga negativa puede ser más estable; en un pH entre neutro y ligeramente ácido, los iones metálicos existen y promueven la floculación. Por lo tanto, al ajustar el pH, se recomienda buscar un pH entre neutro y ligeramente alcalino para una dispersión estable del caolín (a menos que las características específicas del producto requieran acidez).
Coloides poliméricos
El caolín a menudo coexiste con polímeros espesantes para lograr la textura deseada, pero pueden interactuar de forma sinérgica o competitiva, lo que requiere un análisis específico.
Goma guar, goma xantana (polisacáridos aniónicos): Estas gomas pueden enredar partículas de caolín, aumentando la resistencia de la red, lo que se manifiesta en un aumento de la viscosidad y la tixotropía (un efecto espesante sinérgico). Las soluciones de goma xantana son inherentemente tixotrópicas; la adición de caolín superpone las redes, formando un gel más resistente en reposo. Esta sinergia es beneficiosa en las mascarillas: una pequeña cantidad de goma xantana (0,2-0,51 TP3T) puede evitar que las mascarillas de barro de caolín se escurran y mejorar su aplicación. Sin embargo, es importante controlar la cantidad de goma, ya que un exceso puede reducir el efecto tensor de la mascarilla al secarse.
Derivados de celulosa (HEC, CMC, etc.): Los polímeros de celulosa no iónicos o aniónicos estabilizan principalmente las suspensiones de caolín al aumentar la viscosidad de la fase continua. No existe una incompatibilidad específica, pero altas concentraciones de celulosa podrían encapsular partículas de arcilla, retrasando la sedimentación y debilitando la tixotropía inherente de la arcilla. Se recomienda añadir soluciones de celulosa después de que el caolín esté completamente disperso; de lo contrario, el entorno de alta viscosidad dificulta la desaglomeración.
Modificadores de la reología acrílica (p. ej., carbómero, aniónico): En su estado no neutralizado, el carbómero es un gel débil, y la adición de caolín lo espesa ligeramente. Sin embargo, una vez neutralizado (pH ~7), las cadenas de carbómero se expanden, liberando aniones que pueden interactuar electrostáticamente con los bordes cargados positivamente del caolín, lo que podría causar floculación o separación de fases. Por lo tanto, se requiere precaución al añadir caolín a cremas a base de carbómero; es necesario realizar pruebas previas para ajustar los niveles de carbómero o considerar espesantes alternativos (p. ej., copolímero de acrilatos/metacrilato de esteareth-20, más tolerante a los iones).
Arcillas Montmorillonita/Bentonita: El caolín se combina a veces con una pequeña cantidad de bentonita (5–10%) en las máscaras de lodo, aprovechando la alta capacidad de hinchamiento de la bentonita para formar la estructura y mejorar la viscosidad y la estabilidad del sistema. Los sistemas mixtos de caolín y bentonita forman una estructura jerárquica: la bentonita proporciona la viscoelasticidad esquelética, y el caolín rellena y refuerza la estructura.
Partículas coloidales orgánicas (por ejemplo, microesferas de emulsión, microcápsulas): el caolín generalmente no tiene interacción directa, pero tenga en cuenta que el caolín puede adsorber surfactantes o moléculas cargadas del material de la pared de la microcápsula, lo que podría causar la agregación de la microcápsula.
Combinación con pigmentos/polvos con filtro UV
El caolín se combina a menudo con otros polvos en cosméticos de color y protectores solares. Las combinaciones racionales pueden producir efectos sinérgicos.
Con dióxido de titanio/óxido de zincLos protectores solares físicos tienden a aglomerarse y sedimentarse en altas concentraciones. Añadir caolín ayuda a separar estas partículas de alto índice de refracción, lo que promueve una dispersión uniforme y reduce las diferencias de densidad para evitar la sedimentación. El caolín también puede adsorber parte de la fase oleosa, reduciendo la tendencia a la aglomeración del ZnO, etc., en los aceites.
Con pigmentos de color (Óxidos de hierro, ultramarinos, etc.): El caolín es inorgánico y estable, y es poco probable que reaccione químicamente con los pigmentos de color. Sin embargo, su adsorción podría capturar agentes orgánicos de tratamiento de superficies. Por ejemplo, los pigmentos tratados (p. ej., óxido de hierro negro tratado con silano) podrían perder sus agentes de tratamiento en la arcilla al contacto, lo que reduce la afinidad superficial del pigmento y dificulta su dispersión. Por lo tanto, si se utiliza una cantidad considerable de caolín, es mejor elegir pigmentos de color. sin tratamiento o pre-recubiertos con tipos de resina para evitar efectos mutuos en la intensidad del color.
Con pigmentos perladosLos pigmentos perlados (mica/vidrio recubierto con TiO₂) son comunes en los iluminadores. Se debe tener cuidado al introducir caolín, ya que su naturaleza mate puede disminuir el brillo perlado. Por lo tanto, se suele evitar el caolín en los iluminadores o se usa en cantidades mínimas para ajustar el tacto. Si se desea un ligero control sobre la aplicación, se puede usar caolín de mayor tamaño de partícula para minimizar el impacto en el brillo.
Con polvos de relleno esféricos (PMMA/Polvo de nailon, etc.): El caolín puede usarse junto con microesferas orgánicas para mejorar la densidad del polvo y el control de la grasa. Sin embargo, el caolín es más denso y tiende a sedimentarse en la botella, mientras que las microesferas orgánicas son más ligeras y pueden flotar. Podrían ser necesarios agentes de suspensión o tratamientos de superficie para igualar las densidades.
Optimización de la clasificación del caolín para mejorar su rendimiento
La eficacia del caolín en estas diversas aplicaciones depende de su distribución granulométrica. La clasificación precisa del caolín durante el procesamiento, posiblemente utilizando sistemas avanzados como el clasificador de aire HTS315, garantiza un rendimiento constante. Una correcta clasificación del caolín influye directamente en propiedades clave como la absorción de aceite, la textura, la cobertura y la estabilidad de la suspensión, lo que permite a los formuladores seleccionar el grado ideal para cada aplicación cosmética específica, desde polvos ligeros hasta mascarillas de barro denso.
III. Lista de verificación de calidad y seguridad
Para garantizar la calidad y seguridad de las materias primas de caolín y de los productos terminados que contienen caolín, los puntos de inspección clave se enumeran a continuación:
Control de pureza de la materia primaCada lote de caolín debe ir acompañado de un certificado de análisis que confirme la ausencia de impurezas que excedan los límites. En particular, sílice cristalina libre El contenido de cuarzo debe ser muy bajo (casi inexistente en los grados lavados) para evitar los riesgos del polvo de sílice respirable. Las impurezas de metales pesados (Pb, As, Cd, Hg, etc.) deben cumplir con la normativa.
Riesgo y control microbiológicoAunque es un mineral inorgánico, el caolín puede contener esporas bacterianas resistentes a los desecantes. Se requiere un recuento total viable <1000 UFC/g, mohos y levaduras <100 UFC/g y ausencia de patógenos específicos al momento de la compra. Caolín tratado con gamma irradiación (gamma) Se puede optar por calcinación a alta temperatura. En las formulaciones terminadas, tenga en cuenta la posible adsorción de conservantes por el caolín (algunos conservantes, como los compuestos de amonio cuaternario, pueden ser adsorbidos e inactivados por la arcilla).
Consistencia de la eficacia del productoDado que el caolín es un mineral natural, el tamaño de partícula, la blancura y el valor de absorción de aceite pueden variar ligeramente entre lotes. Establezca estándares de calidad internos, por ejemplo, rango de variación de D50 ±X µm, blancura ±Y, para garantizar un rendimiento consistente del producto en todos los lotes.
Siguiendo la lista de verificación anterior, se puede garantizar un control de calidad sistemático desde la adquisición de materia prima, las operaciones de producción hasta la seguridad del producto terminado, haciendo que los cosméticos que contienen caolín sean seguros, efectivos y cumplan con los requisitos reglamentarios.
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Lograr la distribución precisa del tamaño de partícula, fundamental para el caolín cosmético de alto rendimiento, requiere tecnología avanzada. Polvo épicoNuestro clasificador de aire HTS315 está diseñado para ofrecer una precisión inigualable en la clasificación de caolín. Podemos procesar eficientemente caolín de malla 400 en polvo ultrafino D97 de 5,80 µm y D50 de 15,20 µm. Este control preciso mejora directamente propiedades clave como la sensación en la piel, la opacidad y la absorción de grasa. Esto le permite desarrollar productos cosméticos de calidad superior.
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