Il nome "Caolino" deriva dal villaggio di Gaoling, vicino a Jingdezhen, nella provincia cinese di Jiangxi. Durante le dinastie Ming e Qing, Jingdezhen era la rinomata capitale cinese della porcellana. L'argilla bianca essenziale utilizzata per la produzione di porcellana veniva estratta principalmente nella zona di Gaoling, da cui il nome "Gaoling Tu", che significa "terra di Gaoling", a questo minerale. Successivamente, missionari e studiosi occidentali traslitterarono questo nome in "Caolino". Presso Epic Powder, il nostro classificatore ad aria HTS315 è progettato per offrire una precisione ineguagliabile nella classificazione del caolino. La precisione della classificazione del caolino è fondamentale per ottenere le proprietà cosmetiche desiderate. Le moderne tecniche di classificazione del caolino, in particolare la classificazione avanzata ad aria, hanno superato i metodi tradizionali in termini di efficienza e precisione, consentendo la produzione di distribuzioni granulometriche rigorosamente controllate, cruciali per applicazioni ad alte prestazioni.
I. Proprietà del caolino
1. Struttura del caolino
Il caolino è un minerale argilloso rappresentativo del gruppo della caolinite, con una struttura cristallina a strati 1:1. Ogni strato è costituito da un foglio tetraedrico di silice (T) legato a un foglio ottaedrico di allumina (O), denominato strato TO.
I singoli strati cristallini sono saldamente legati tramite i fogli tetraedrici di silice e ottaedrici di allumina. Questi strati sono collegati da legami a idrogeno, impedendo il facile inserimento di molecole d'acqua tra di essi. Di conseguenza, il caolino non si rigonfia e ha una bassa capacità di scambio cationico (CSC).
I cristalli di caolino sono tipicamente sottili piastrine piatte/esagonali, che presentano una spiccata anisotropia. Per quanto riguarda le caratteristiche superficiali: la faccia tetraedrica in silice trasporta anioni di ossigeno, solitamente con carica negativa a pH superiore a 4. La faccia ottaedrica in allumina espone gruppi ossidrilici, con carica positiva a pH inferiore a 6 e in transizione a carica negativa a pH superiore a 8.
Caolino contro montmorillonite
| Tipo di minerale | Caratteristiche della struttura | Proprietà | Scenari applicativi |
| Caolino (1:1, TO) | Struttura stratificata, non rigonfiante | CEC basso, tissotropia lieve | Maschere di fango, ciprie libere, rossetti opachi |
| Montmorillonite (2:1, TOT) | Gli strati possono ammettere acqua e ioni, capaci di gonfiarsi | CEC elevato, forte gonfiore, ispessimento significativo | Potenti addensanti, applicazioni colloidali anti-sedimentazione |
Immagine SEM del caolino
Immagine SEM di particelle di caolino che mostrano la tipica stratificazione morfologia a piastraQuesta struttura lamellare conferisce al caolino eccellenti proprietà di copertura e di adsorbimento, conferendo inoltre un comportamento tissotropico alle sue sospensioni acquose. Nota: le strutture a forma di piastra nell'immagine non sono singoli strati TO ma pile di molti strati TO paralleli.
Le diverse funzionalità del caolino nei cosmetici – dall'assorbimento degli oli al miglioramento della texture – sono fondamentalmente regolate dalla distribuzione granulometrica delle particelle, definita con precisione attraverso rigorosi processi di classificazione del caolino. Questo rende un'efficace classificazione del caolino il primo passo fondamentale per adattare il caolino a specifiche formulazioni cosmetiche.
2. Proprietà fisico-chimiche
Idrofilia/Idrofobicità
Il caolino naturale ha una superficie fortemente idrofila, facilmente bagnabile dall'acqua. Questa affinità per l'acqua deriva dai gruppi ossidrilici esposti sulle superfici cristalline e dalle cariche negative all'interno degli strati. Al contrario, le polveri idrofobiche come il talco tendono a galleggiare e a resistere alla bagnatura in acqua.
Il caolino può essere modificato tramite trattamento superficiale. Ad esempio, la sililazione (ad esempio, con trietossicaprililsilano) può conferire idrofobicità, rendendolo adatto alla dispersione in sistemi a base oleosa. Il caolino calcinato, avendo gruppi ossidrilici superficiali ridotti, mostra un'idrofobicità leggermente superiore, ma generalmente rimane complessivamente idrofilo.
Valore di assorbimento dell'olio e assorbimento dell'acqua
Il caolino possiede eccellenti capacità di assorbimento dell'olio, molto apprezzato nei cosmetici colorati per il controllo del sebo. Il valore di assorbimento del sebo viene comunemente misurato con il metodo ASTM D281, espresso come quantità di sebo assorbita per 100 g di polvere. Il caolino di grado fine ha in genere un intervallo di assorbimento del sebo compreso tra 45 e 60 g/100 g. Il caolino calcinato, che sviluppa una struttura porosa, può presentare valori di assorbimento del sebo ancora più elevati.
Per quanto riguarda l'assorbimento d'acqua, il caolino può assorbire circa 0,3-0,5 volte il suo peso in acqua, formando una pasta plastica. Questa proprietà lo rende facile da applicare nelle maschere di fango senza sgocciolare. Al contrario, la bentonite ha una capacità di assorbimento d'acqua molto più elevata (in grado di gonfiarsi fino a diverse volte il suo volume).
È importante notare che le prestazioni di adsorbimento del caolino sono significativamente influenzate dalla granulometria e dall'area superficiale specifica: le polveri più fini hanno generalmente una maggiore richiesta di olio. Pertanto, la selezione dovrebbe bilanciare le esigenze di assorbimento dell'olio con la sensazione sulla pelle (un assorbimento eccessivamente elevato può causare una sensazione di secchezza e attrito).
Bianchezza e copertura
Il caolino è intrinsecamente una polvere bianca, ma la sua bianchezza dipende dal contenuto di impurità (ad esempio, ossidi di ferro) e dalla purezza di lavorazione. Il caolino di grado cosmetico viene solitamente sbiancato e purificato, ottenendo un grado di bianchezza (luminosità ISO) di 85–95%. Ad esempio, un caolino indiano riporta un valore L di 95±0,5 e un indice di bianchezza di 87±1.
Il caolino ha una consistenza relativamente moderata indice di rifrazioneGli indici di rifrazione principali per il cristallo monoclino sono circa 1,56 (nα ≈ 1,553–1,565, nγ ≈ 1,569–1,570), prossimi a quelli dello strato corneo della pelle (~1,55). Di conseguenza, la polvere di caolino applicata sulla pelle mostra un certo grado di trasparenza. È priva della forte copertura fornito da pigmenti ad alto indice di rifrazione come TiO₂ (n ≈ 2,7).
Tuttavia, la morfologia lamellare delle particelle di caolino garantisce schermatura e dispersione della luce. L'incorporazione di una certa quantità di caolino in fondi o compatti può migliorare copertura/opaco effetti senza il marcato effetto sbiancante causato dal biossido di titanio.
Inoltre, il caolino può anche agire come ajagente opacizzante nelle formulazioni, riducendo la lucentezza del prodotto. Quando si valuta la copertura, è possibile misurare la differenza di riflettanza della polvere su cartoncini di contrasto bianchi e neri. Il caolino si colloca generalmente tra il talco (più trasparente) e il biossido di titanio (elevata copertura).
Densità e peso specifico
La densità effettiva del caolino è di circa 2,6–2,63 g/cm³. In cosmetica, la sua densità apparente caratterizza spesso la sofficità della polvere. Il caolino leggero, spesso ottenuto attraverso processi avanzati di classificazione del caolino come la classificazione ad aria, ha una densità apparente inferiore, intorno a 0,3–0,5 g/cm³, mentre il caolino pesante non trattato può essere >0,8 g/cm³. Nelle formulazioni in polvere libera, la densità apparente influisce sulla spolveratura della polvere e sulla sensazione sulla pelle. In genere, le polveri più soffici risultano più leggere, ma richiedono una maggiore forza di compressione per essere pressate in compatti. Durante la formulazione sperimentale, è necessario notare le variazioni di densità apparente tra diversi lotti di caolino, regolando i rapporti di volume se necessario per garantire una compattazione uniforme.
Valore pH (sospensione)
Il caolino forma sospensioni leggermente acide in acqua. In genere, il caolino naturale non calcinato in una sospensione di acqua pura 20% p/v ha un pH compreso tra 4 e 6. Questa acidità deriva dagli ioni H⁺ rilasciati dalla superficie del caolino nella fase acquosa.
A causa della deidrossilazione, le sospensioni di caolino calcinato hanno spesso un pH leggermente più alto, più vicino alla neutralità (6–7).
Il pH del sistema di formulazione influenza in modo cruciale la dispersione e la stabilità del caolino: a pH intorno a ~4–6, il caolino tende a flocculare (attrazione tra i bordi positivi e le superfici negative), formando un gel tissotropico; in condizioni alcaline (pH >9), tutte le superfici delle particelle di caolino presentano cariche negative e si respingono a vicenda, dando luogo a sospensioni più stabili ma con una viscosità inferiore. Pertanto, nelle formulazioni debolmente acide (ad esempio, maschere di fango a base acida), il caolino può facilmente addensarsi e il grado di flocculazione deve essere valutato in anticipo. Nelle formulazioni alcaline (ad esempio, detergenti a base di sapone), il caolino potrebbe depositarsi più facilmente, richiedendo l'aggiunta di agenti sospendenti.
Nota: in questo caso, per "flocculazione" si intende la rete di particelle reversibili e lasche formata dall'attrazione bordo positivo ↔ faccia negativa in condizioni specifiche di pH e ioniche, che provoca l'ispessimento del sistema a riposo e l'assottigliamento per taglio.
Comportamento reologico
Le dispersioni acquose di caolino presentano assottigliamento per taglio e tissotropia. A concentrazioni di caolino più elevate (>10–15% p/p), la pasta sviluppa uno sforzo di snervamento a riposo, che richiede l'applicazione di un certo sforzo per avviare il flusso. Ciò deriva dalla struttura reticolare lassa formata dalle interazioni elettrostatiche bordo-faccia tra le particelle di caolino in condizioni statiche.
• Stress di snervamento
◦ Definizione: Lo stress minimo richiesto per avviare il flusso in un fluido o in una pasta.
◦ Comprensione intuitiva: come il dentifricio che rimane sullo spazzolino senza piegarsi: ciò è dovuto allo stress di snervamento; scorre solo quando viene premuto.
◦ Significato: un maggiore limite di snervamento consente al materiale di mantenere la sua forma a riposo, resistendo all'assestamento o allo scorrimento.
• Tissotropia
◦ Definizione: Proprietà per cui la viscosità di un materiale diminuisce sotto sforzo (agitazione, applicazione) e si ripristina gradualmente una volta lasciato riposare.
◦ Comprensione intuitiva: come le maschere al miele o al fango, risultano più liquide quando vengono mescolate, ma tornano dense dopo essere state in piedi.
◦ Importanza: la tissotropia rende i cosmetici facili da applicare ma consente loro di rimanere in posizione dopo l'applicazione senza che colino immediatamente.
• I dati sperimentali mostrano che lo stress di snervamento aumenta in modo approssimativamente esponenziale con il contenuto solido; ad esempio, una pasta di caolino 30% ha uno stress di snervamento significativamente più alto di una pasta 20%.
• Inoltre, il pH e la forza ionica influenzano significativamente la reologia: lo stress di snervamento e l'area del ciclo tissotropico raggiungono il picco a pH bassi (ad esempio, intorno a 4). La flocculazione si indebolisce e lo stress di snervamento diminuisce quando il pH sale sopra 8.
• Allo stesso tempo, gli elettroliti (in particolare i cationi polivalenti come Ca²⁺, Mg²⁺) comprimono il doppio strato elettrico, inducendo una rapida aggregazione delle particelle, aumentando significativamente lo stress di snervamento e la viscosità. Pertanto, le formulazioni contenenti elevate concentrazioni di sale (ad esempio, elettroliti in astringenti o toner idratanti) richiedono cautela riguardo al loro potenziale di addensare le paste di caolino.
Aggiunta addensanti o stabilizzanti colloidali (ad esempio, gomma di xantano, derivati della cellulosa) possono ulteriormente regolare lo stress di snervamento e il tasso di recupero tissotropico delle sospensioni di caolino per soddisfare diverse esigenze applicative (ad esempio, le maschere richiedono un'applicazione senza gocciolamento ma una facile spalmabilità. I fondotinta liquidi potrebbero richiedere uno stress di snervamento inferiore per una facile erogazione).
3. Origine e classificazione
Il minerale di caolino grezzo in genere richiede purificazione E classificazione per soddisfare le specifiche di qualità cosmetica. I processi comuni includono:
(1) Lavaggio: Sfruttando le differenze di gravità specifica tra caolino e quarzo/feldspato per rimuovere il materiale sabbioso tramite sedimentazione in acqua.
(2) Macinazione/Deagglomerazione: utilizzo di attritori o mulini per scomporre grandi aggregati in cristalli primari.
(3) Classificazione centrifuga: separazione dei prodotti in diverse granulometrie (ad esempio, D50 2 µm, 5 µm, 10 µm) in base alla velocità di sedimentazione. I moderni sistemi di classificazione ad aria, come il classificatore ad aria HTS315, sono altamente efficaci per ottenere tagli granulometrici precisi, essenziali per specifiche applicazioni cosmetiche, con un impatto diretto su proprietà come sensazione al tatto, opacità e assorbimento di olio. Una corretta classificazione del caolino è un passaggio fondamentale nel controllo qualità.
(4) Sbiancamento chimico: utilizzo di agenti riducenti come idrazina o anidride solforosa per rimuovere le impurità di ossido di ferro, migliorando la bianchezza.
(5) Calcinazione: riscaldamento del caolino a 500–800°C per rimuovere l'acqua di cristallizzazione, producendo metacaolino o caolino calcinato amorfo.
(6) Trattamento superficiale: come accennato, utilizzo di silani o saponi metallici per migliorare l'idrofobicità o la compatibilità con le fasi oleose.
Impatto delle differenze di lavorazione: il caolino lavato (non calcinato) mantiene la sua struttura cristallina, offrendo una maggiore plasticità, adatto per maschere di fango e sistemi che richiedono spalmabilità. Il caolino calcinato, a causa della struttura reticolare collassata, forma particelle fragili e porose con un maggiore assorbimento di olio ma una stabilità della sospensione leggermente inferiore (assenza della rete tissotropica). La tabella seguente riassume i parametri fisici tipici dei caolini di diverse origini e trattamenti.
Tabella 1: Confronto dei parametri fisici per caolini di diverse origini/metodi di lavorazione
| Tipo / Origine | Caratteristiche principali | D50 (µm) | Superficie specifica (m²/g) | Bianchezza (ISO %) | Assorbimento di olio (g/100g) | pH (pasta 5%) |
| Jiangxi, Cina (lavato) | Granulometria fine naturale, piccole impurità di ferro | ~2–4 | 15–25 | 85–90 | 45–55 | 4.0–5.5 |
| Georgia, USA (Soft) | Piastrine di piccole dimensioni, elevata luminosità | ~1–3 | 20–26 | 90–93 | 50–60 | 5.0–6.0 |
| Georgia, USA (Calcinato) | Poroso, elevata luminosità, durezza aumentata | ~1–2 | 30–50 | 93–95 | 80–90 | 6.0–7.0 |
| Brasile, Amazzonia | Argilla bianca amazzonica con bassissime impurità | ~3–5 | 10–20 | >93 | 40–50 | 5.0–6.0 |
| Caolino leggero USP | Macinazione ultrafine, può contenere disperdenti | ~1 | 20–30 | 85–90 | ~60 | 4,5–7,5 |
| Superficie trattata (ad esempio, silano) | Modificato con silano, idrofobico, lipofilo | Base mat. dipendente | Simile al materiale di base | 85–92 | Simile al materiale di base | – |
Nota: dati ricavati da varie informazioni pubbliche e dalla letteratura del fornitore. Il grado di bianco è espresso in base alla luminosità ISO o al valore Hunter L convertito. Per gradazioni specifiche, fare riferimento alle schede tecniche del fornitore.
Ottimizzazione delle prestazioni del caolino attraverso una classificazione precisa del caolino
La scelta del giusto grado di caolino dipende dalla comprensione delle sue proprietà, che sono profondamente influenzate dalla distribuzione granulometrica. L'implementazione di rigorosi protocolli di classificazione del caolino, potenzialmente utilizzando apparecchiature come il classificatore ad aria HTS315, garantisce la coerenza tra i lotti e consente ai formulatori di puntare su attributi prestazionali specifici, che si tratti di controllo dell'oleosità, consistenza o copertura del prodotto cosmetico finale.
II. Applicazione del caolino nei cosmetici
Il caolino trova ampia applicazione in ambito cosmetico, spaziando dai cosmetici colorati alla cura della pelle e alla cura della persona. Le sue funzioni principali includono: assorbendo olio/sudore, migliorando la consistenza e la sensazione sulla pelle, aumentando la copertura e gli effetti opachi e stabilizzando le sospensioni.
1. Applicazione in diversi prodotti
Cosmetici colorati
Nelle ciprie libere e nelle ciprie fissanti, il caolino viene spesso utilizzato a 5–15% come riempitivo assorbente, garantendo controllo del sebo, lunga durata ed effetti opachi soft-focus. Le sue particelle fini assorbono il sebo in eccesso dalla superficie cutanea, riducendo la lucidità. Poiché il suo indice di rifrazione è vicino a quello della pelle, evita una patina biancastra.
Il caolino viene utilizzato anche in ciprie compatte e fondotinta, in genere aggiunto a 10–30%, agendo come riempitivo volumizzante e coadiuvante della coprenza. Rispetto al talco, il caolino ha un maggiore assorbimento del sebo, migliorando la sensazione di controllo del sebo per le pelli grasse, ma quantità eccessive possono rendere la cipria troppo secca e meno setosa. Pertanto, viene spesso combinato con mica o silice.
I cosmetici colorati in crema, come i correttori e i prodotti per il contouring, a volte contengono caolino 3–10%, sfruttando le sue proprietà assorbenti per impedire la migrazione dell'olio e aumentando la consistenza della pasta per evitare che si depositi.
Nota: nel trucco per gli occhi, come gli ombretti, il contenuto di caolino è generalmente mantenuto al di sotto di 5–8% per evitare di compromettere la resa del colore e l'aderenza sulla pelle, anche se il suo assorbimento di olio può aiutare a prevenire la formazione di pieghe sulle palpebre unte.
Prodotti per la pulizia
Le maschere detergenti/maschere di fango sono una delle applicazioni più classiche del caolino. Nelle formulazioni tipiche, il caolino viene miscelato con altre argille (ad esempio, bentonite, montmorillonite), con contenuti potenzialmente elevati fino a 20–40% (in forma di pasta acquosa). Agisce come adsorbente primario nelle maschere di fango, in grado di penetrare nei pori per assorbire sebo, sporco e impurità, ottenendo una pulizia e uno sgrassaggio dei pori.
Negli scrub esfolianti, la polvere fine di caolino può fungere da leggero abrasivo, aiutando a rimuovere le cellule morte della pelle e assorbendo il sebo, senza causare micrograffi come accade con alcuni gusci di noci.
Nei detergenti per il viso di uso quotidiano, a volte viene aggiunto il caolino 1–5% per migliorarne il potere detergente e la consistenza: il caolino può agire in sinergia con i tensioattivi per rimuovere olio e grasso e conferire alla crema una consistenza liscia e ricca.
Alcune lozioni/primer sebo-controllanti contengono tracce di caolino (1–3%) per un assorbimento del sebo a lunga durata che mantiene una finitura opaca, garantendo al contempo una certa scorrevolezza per una facile applicazione.
Cura dei capelli e del corpo
Il caolino è sempre più utilizzato negli shampoo secchi spray/polveri. Può essere aggiunto a 10–30%, miscelato con amido di mais, silice, ecc. Come polvere base per shampoo secco, assorbe efficacemente il sebo dai capelli e dal cuoio capelluto, lasciando i capelli voluminosi e freschi. Le particelle di caolino sono più piccole del talco, lasciando meno residui bianchi e sono più facili da spazzolare. Questo lo rende popolare in molti prodotti shampoo senza acqua.
Nei prodotti antitraspiranti/deodoranti (ad esempio, talchi per la pelle del corpo, talchi per i piedi/deodoranti), il caolino aiuta a ridurre l'odore corporeo assorbendo l'umidità del sudore e le molecole odorose (ad esempio, acidi grassi a catena corta). L'uso tipico è 15–30%, in combinazione con bicarbonato di sodio, ossido di zinco, ecc., per un duplice approccio di adsorbimento fisico e antibatterico.
Vale la pena notare che, grazie alla sua capacità di assorbire ammoniaca e ammine organiche, il caolino può aiutare a mitigare il sudore e l'odore dei piedi. Rispetto ad altri assorbenti di odori come la terra di diatomee, il caolino è delicato e ha un basso potenziale irritante per la pelle.
Protezione solare
Il caolino di per sé non è un filtro UV primario, ma può agire come un coadiuvante opacizzante fisico. Studi dimostrano che l'aggiunta di caolino fine alle formulazioni di filtri solari può aumentare la dispersione e l'assorbimento dei raggi UV. Allo stesso tempo, il caolino conferisce una sensazione di pelle asciutta, riducendo l'untuosità delle formule con SPF elevato.
Tuttavia, l'effetto protettivo del caolino è molto inferiore a quello dei pigmenti UV specializzati (TiO₂, ZnO) e la sua inclusione è più per un ruolo di supporto e per considerazioni sulla consistenza.
Rossetto
Nei rossetti opachi, nei lip mud e in altri sistemi in pasta ad alto contenuto di olio, il caolino viene spesso utilizzato come polvere strutturante e opacizzante. Il suo utilizzo è in genere 3–10%. Può assorbire una parte dell'olio presente nella pasta, prevenendo la sudorazione (essudazione dell'olio) e aumentandone la durezza per prevenirne la deformazione. Il caolino conferisce anche una finitura opaca, riducendo la lucentezza intrinseca del rossetto. Poiché le particelle di caolino sono fini, possono conferire una leggera sensazione granulosa; pertanto, dovrebbe essere utilizzato con polveri lisce come talco e mica per garantire un'applicazione uniforme.
Creme e lozioni
Nelle formulazioni per la cura della pelle come creme e lozioni, il caolino viene utilizzato a basse concentrazioni (generalmente <2%), principalmente per la modificazione tattile e per favorire l'addensamento/sospensione. Inoltre, le sue proprietà adsorbenti possono essere sfruttate nelle creme anti-acne per assorbire gli essudati infiammatori dalla superficie cutanea, favorendo l'essiccazione e la guarigione delle imperfezioni (alcuni cerotti anti-acne sfruttano questo principio di assorbimento dei fluidi da parte dell'argilla).
2. [Chiave] Considerazioni sulla formulazione e sul processo
Ordine di dispersione e pre-bagnatura
Il caolino è una polvere fine che tende ad agglomerarsi e a formare grumi se aggiunto direttamente alla fase acquosa. La classificazione del caolino, la corretta sequenza e il metodo di dispersione sono fondamentali.
In genere si consiglia di pre-bagnato Mescolare il caolino con una piccola quantità di liquido per formare una sospensione prima di incorporarlo nel lotto principale. Per i sistemi acquosi, è possibile utilizzare glicerina o glicole propilenico in un rapporto da 1:1 a 1:2 con il caolino per la premiscelazione, assicurandosi che ogni superficie delle particelle venga bagnata per prima, evitando il contatto diretto con l'acqua che potrebbe causare agglutinazioni.
Se la pre-dispersione non è fattibile, il caolino può essere setacciato lentamente nella fase acquosa sotto agitazione a velocità da moderata ad alta, mantenendo un'agitazione sufficiente a rompere gli agglomerati iniziali. Per ridurre la polvere, si può valutare l'aggiunta di caolino sotto forma di impasto preparato (ad esempio, pasta solida 50%).
Inoltre, in termini di sequenza, il caolino dovrebbe essere disperso prima di aggiungere addensanti primari ed elettroliti, poiché l'elevata viscosità o l'elevata forza ionica possono ostacolare la disagglomerazione dell'argilla.
Condizioni di taglio
Inizialmente le particelle di caolino possono presentarsi come aggregati deboli, che necessitano di un taglio meccanico sufficiente per la rottura.
Una combinazione di agitazione e omogeneizzazione dell'elica Si utilizza in genere: si utilizza prima una pala per l'agitazione a bassa velocità per bagnare e disperdere la polvere, quindi si passa a un'agitazione a velocità medio-alta (ad esempio, 300-800 giri/min, a seconda della scala) per oltre 5 minuti per uniformare la sospensione. Se possibile, un successivo trattamento ad alto taglio (ad esempio, omogeneizzatore rotore-statore a 3000-5000 giri/min) per 1-3 minuti può ridurre significativamente gli agglomerati fini e migliorare la stabilità della sospensione.
Se la viscosità del sistema è troppo elevata per un'omogeneizzazione efficace, un leggero riscaldamento (ad esempio 40°C) o la pre-aggiunta di alcuni tensioattivi possono favorire la bagnatura e la dispersione.
Le apparecchiature di macinazione (ad esempio, mulino a sfere, mulino colloidale) non vengono generalmente utilizzate per la dispersione del caolino in ambito cosmetico, poiché un taglio eccessivo può potenzialmente ridurre le dimensioni delle particelle e aumentare la viscosità. Nel complesso, una bagnatura e un rigonfiamento completi tramite agitazione a velocità medio-alta, integrati da un'omogeneizzazione ad alto taglio di breve durata, rappresentano una procedura operativa standard efficace per la dispersione del caolino.
3. Compatibilità con i componenti della formulazione
Compatibilità con i tensioattivi
Il caolino interagisce in modo diverso con tensioattivi di diversa carica, il che richiede una particolare attenzione durante la progettazione della formulazione.
Tensioattivi anionici (ad esempio, SLS, basi di sapone): compatibilità generalmente buona. Gli ioni negativi dei tensioattivi anionici in acqua possono adsorbirsi sui bordi caricati positivamente del caolino, ma poiché il caolino è complessivamente caricato negativamente a pH alcalino tipico e i tensioattivi anionici stessi forniscono stabilità dispersiva, il caolino di solito rimane ben sospeso nei sistemi di tensioattivi anionici.
Tensioattivi anfoteri/non ionici (ad esempio, ossido di cocamidopropilammina, APG): di solito non influenzano significativamente la dispersione del caolino. I tensioattivi anfoteri possono avere cariche diverse a seconda del pH, ma generalmente hanno un impatto limitato sulla rete argillosa a basse concentrazioni e possono essere utilizzati come agenti bagnanti ausiliari. I tensioattivi non ionici riducono principalmente la tensione superficiale dell'acqua per favorire la bagnatura e non causano flocculazione; possono persino contribuire a stabilizzare la sospensione.
Tensioattivi cationici (ad esempio, agenti condizionanti a base di ammonio quaternario): richiedono particolare attenzione. I tensioattivi cationici sono fortemente adsorbiti dal caolino (a causa della carica generalmente negativa sulle superfici e sugli interstrati del caolino). Ciò comporta due potenziali problemi: 1) La concentrazione effettiva del tensioattivo cationico nella formulazione diminuisce (adsorbito/"mangiato" dall'argilla), compromettendone potenzialmente l'efficacia. 2) I cationi possono legare le particelle di argilla, causando flocculazione e un forte aumento della viscosità. Gli studi dimostrano che nei sistemi caolino-tensioattivo cationico si forma una rete composita argilla-tensioattivo, che aumenta lo stress di snervamento.
Pertanto, nelle formulazioni che richiedono sia tensioattivi cationici (ad esempio, emulsionanti cationici, balsami per capelli) sia caolino, il sistema potrebbe addensarsi e la stabilità potrebbe risentirne. Se la coesistenza è necessaria, si consiglia di: (1) Ridurre al minimo il contatto diretto, ad esempio, disperdere il caolino nella fase acquosa e aggiungere il tensioattivo cationico pre-emulsionato con la fase oleosa a bassa temperatura. (2) Pre-testare l'impatto di diverse sequenze di aggiunta sulla viscosità del sistema. (3) Se necessario, utilizzare sequestranti (ad esempio, polifosfati) per pretrattare la superficie del caolino, occupando i siti per prevenire l'adsorbimento cationico.
Effetto degli elettroliti, ioni multivalenti
Molte formulazioni contengono elettroliti, i cui ioni possono indebolire la repulsione di carica tra le particelle di caolino, causando flocculazione. Cationi bivalenti Come il Ca²⁺, anche il Mg²⁺ è particolarmente efficace, in quanto potenzialmente crea ponti tra le particelle di caolino, neutralizzando le cariche negative sulle superfici dei silicati e sui tensioattivi anionici, trasformando la sospensione in un gel. L'esperienza dimostra che concentrazioni di sali bivalenti >0,1% possono aumentare significativamente la viscosità e lo stress di snervamento delle paste di caolino.
Gli ioni monovalenti come Na⁺ hanno un impatto relativamente minore, ma elevate concentrazioni di NaCl (>1%) possono anche comprimere il doppio strato, inducendo una lieve flocculazione. Pertanto, quando si utilizza il caolino in formulazioni contenenti sali (ad esempio, MgCl₂ nelle maschere di fango del Mar Morto), si consiglia di ridurre altri addensanti per evitare un'eccessiva viscosità, oppure di introdurre caolino trattato idrofobicamente (meno sensibile agli ioni) come sostituto parziale.
Il pH influenza anche gli stati ionici: a pH elevati (>8), la maggior parte degli ioni metallici forma precipitati o complessi di idrossido, e il caolino caricato negativamente può essere più stabile; a pH intorno a un pH neutro o leggermente acido, gli ioni metallici sono presenti e promuovono la flocculazione. Pertanto, quando si regola il pH, si raccomanda di puntare a un pH neutro o leggermente alcalino per una dispersione stabile del caolino (a meno che le specifiche del prodotto non richiedano acidità).
Colloidi polimerici
Il caolino spesso coesiste con polimeri addensanti per ottenere la consistenza desiderata, ma possono interagire in modo sinergico o competitivo, richiedendo un'analisi specifica.
Gomma di Guar, Gomma di Xantano (polisaccaridi anionici): queste gomme possono aggrovigliare le particelle di caolino, aumentando la resistenza della rete, che si manifesta con una maggiore viscosità e tissotropia, un effetto addensante sinergico. Le soluzioni di gomma di xantano sono intrinsecamente tissotropiche; l'aggiunta di caolino sovrappone le reti, formando un gel più resistente a riposo. Questa sinergia è benefica nelle maschere: una piccola quantità di gomma xantana (0,2-0,5%) può impedire alle maschere di fango di caolino di colare e migliorarne la spalmabilità. Tuttavia, la quantità di gomma deve essere controllata, poiché un eccesso può ridurre l'effetto tensore della maschera una volta asciutta.
Derivati della cellulosa (HEC, CMC, ecc.): i polimeri di cellulosa non ionici o anionici stabilizzano principalmente le sospensioni di caolino aumentando la viscosità della fase continua. Non esiste alcuna incompatibilità specifica, ma elevate concentrazioni di cellulosa potrebbero incapsulare le particelle di argilla, ritardandone la sedimentazione ma anche indebolendone la tissotropia intrinseca. Si consiglia di aggiungere soluzioni di cellulosa dopo che il caolino è completamente disperso; in caso contrario, l'ambiente ad alta viscosità ostacola la deagglomerazione.
Modificatori di reologia acrilica (ad esempio, Carbomer, anionici): allo stato non neutralizzato, il Carbomer è un gel debole e l'aggiunta di caolino lo addensa leggermente. Tuttavia, una volta neutralizzato (pH ~7), le catene di Carbomer si espandono, rilasciando anioni che possono interagire elettrostaticamente con i bordi caricati positivamente del caolino, causando potenzialmente flocculazione o separazione di fase. Pertanto, l'aggiunta di caolino alle creme a base di Carbomer richiede cautela; sono necessari test preliminari per regolare i livelli di Carbomer o considerare addensanti alternativi (ad esempio, copolimero di acrilati/metacrilato di steareth-20, più tollerante agli ioni).
Argille di montmorillonite/bentonite: il caolino viene talvolta combinato con una piccola quantità di bentonite (5–10%) nelle maschere di fango, sfruttando l'elevata capacità di rigonfiamento della bentonite per creare struttura e migliorare la viscosità e la stabilità del sistema. I sistemi misti caolino-bentonite formano una struttura gerarchica: la bentonite fornisce la viscoelasticità scheletrica e il caolino riempie e rinforza la struttura.
Particelle colloidali organiche (ad esempio, microsfere di emulsione, microcapsule): il caolino in genere non ha alcuna interazione diretta, ma è importante notare che il caolino potrebbe adsorbire tensioattivi o molecole cariche dal materiale della parete della microcapsula, causando potenzialmente l'aggregazione delle microcapsule.
Combinazione con pigmenti/polveri filtranti UV
Il caolino viene spesso combinato con altre polveri nei cosmetici colorati e nelle creme solari. Combinazioni razionali possono produrre effetti sinergici.
Con biossido di titanio/ossido di zinco: I filtri solari fisici tendono ad agglomerarsi e depositarsi ad alte concentrazioni. L'aggiunta di caolino aiuta a separare queste particelle ad alto indice di rifrazione, favorendo una dispersione uniforme e riducendo le differenze di densità per prevenire la sedimentazione. Il caolino può anche adsorbire parte della fase oleosa, riducendo la tendenza all'agglomerazione di ZnO, ecc., negli oli.
Con pigmenti colorati (Ossidi di ferro, oltremare, ecc.): il caolino è inorganico e stabile, ed è improbabile che reagisca chimicamente con i pigmenti colorati. Tuttavia, la sua capacità di adsorbimento potrebbe catturare agenti di trattamento superficiale organici. Ad esempio, i pigmenti trattati (ad esempio, l'ossido di ferro nero trattato con silano) potrebbero rilasciare i loro agenti di trattamento sull'argilla al contatto, riducendo l'affinità superficiale del pigmento e rendendo difficile la dispersione. Pertanto, se si utilizza caolino in quantità significative, è meglio scegliere i pigmenti colorati come non trattato o pre-rivestiti con tipi di resina per evitare effetti reciproci sulla forza del colore.
Con pigmenti perlescenti: I pigmenti perlescenti (mica/vetro rivestiti con TiO₂) sono comuni negli evidenziatori. L'introduzione del caolino richiede cautela, poiché la sua natura opaca può ridurre la brillantezza perlescente. Pertanto, il caolino viene generalmente evitato nei prodotti per evidenziatori o utilizzato in quantità minime per una regolazione tattile. Se si desidera un leggero controllo sull'applicazione, è possibile utilizzare caolino con particelle più grandi per ridurre al minimo l'impatto sulla brillantezza.
Con polveri riempitive sferiche (Polvere di PMMA/nylon, ecc.): il caolino può essere utilizzato insieme alle microsfere organiche per migliorare la densità della polvere e il controllo dell'olio. Tuttavia, il caolino è più denso e tende a depositarsi nella bottiglia, mentre le microsfere organiche sono più leggere e possono galleggiare. Potrebbero essere necessari agenti di sospensione o trattamenti superficiali per uniformare le densità.
Ottimizzazione della classificazione del caolino per le prestazioni
L'efficacia del caolino in queste diverse applicazioni dipende dalla distribuzione granulometrica delle sue particelle. L'implementazione di una classificazione precisa del caolino durante la lavorazione, potenzialmente utilizzando sistemi avanzati come il classificatore ad aria HTS315, garantisce prestazioni costanti. Una corretta classificazione del caolino influenza direttamente proprietà chiave come l'assorbimento dell'olio, la consistenza, la coprenza e la stabilità della sospensione, consentendo ai formulatori di selezionare il grado ideale per ogni specifica applicazione cosmetica, dalle polveri leggere alle ricche maschere di fango.
III. Lista di controllo di qualità e sicurezza
Per garantire la qualità e la sicurezza delle materie prime di caolino e dei prodotti finiti contenenti caolino, di seguito sono elencati i punti chiave di ispezione:
Controllo della purezza delle materie prime: Ogni lotto di caolino deve essere accompagnato da un certificato di analisi che confermi l'assenza di impurità superiori ai limiti. In particolare, silice cristallina libera Il contenuto di (quarzo) deve essere molto basso (quasi assente nei gradi lavati) per evitare rischi di polvere di silice respirabile. Le impurità di metalli pesanti (Pb, As, Cd, Hg, ecc.) devono essere conformi alle normative.
Rischio e controllo microbiologico: Sebbene sia un minerale inorganico, il caolino può contenere spore batteriche resistenti ai disidratanti. Richiede una conta batterica totale <1000 UFC/g, muffe e lieviti <100 UFC/g e l'assenza di patogeni specifici al momento dell'acquisto. Caolino trattato con gamma irradiazione (gamma) oppure è possibile scegliere la calcinazione ad alta temperatura. Nelle formulazioni finite, si noti il potenziale adsorbimento dei conservanti da parte del caolino (alcuni conservanti, come i composti di ammonio quaternario, possono essere adsorbiti e inattivati dall'argilla).
Coerenza dell'efficacia del prodotto: Poiché il caolino è un minerale naturale, la granulometria, il grado di bianco e il valore di assorbimento dell'olio possono variare leggermente tra i lotti. Stabilire standard di qualità interni, ad esempio intervallo di variazione D50 ± X µm, grado di bianco ± Y, per garantire prestazioni del prodotto costanti tra i lotti.
Seguendo la checklist sopra riportata, è possibile garantire un controllo sistematico della qualità dall'approvvigionamento delle materie prime, alle operazioni di produzione, fino alla sicurezza del prodotto finito, rendendo i cosmetici contenenti caolino sicuri, efficaci e conformi ai requisiti normativi.
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