Kaolien in cosmetica: van reologie tot toepassing

De naam Kaolin is afkomstig van het dorp Gaoling, nabij Jingdezhen in de provincie Jiangxi, China. Tijdens de Ming- en Qing-dynastieën was Jingdezhen de beroemde porseleinhoofdstad van China. De essentiële witte klei die voor de porseleinproductie werd gebruikt, werd voornamelijk gewonnen in het Gaoling-gebied, vandaar de naam "Gaoling Tu", wat "aarde uit Gaoling" betekent. Later translitereerden westerse missionarissen en geleerden deze naam naar Kaolin. Bij Epic Powder is onze HTS315 Air Classifier ontworpen om ongeëvenaarde precisie te leveren bij de classificatie van kaolin. De precisie van de kaolinclassificatie is van cruciaal belang voor het bereiken van de gewenste cosmetische eigenschappen. Moderne kaolinclassificatietechnieken, met name geavanceerde luchtclassificatie, hebben traditionele methoden in efficiëntie en nauwkeurigheid overtroffen, waardoor de productie van nauwkeurig gecontroleerde deeltjesgrootteverdelingen mogelijk is, cruciaal voor hoogwaardige toepassingen.

I. Eigenschappen van kaolien

1. Kaolienstructuur

Kaolien is een representatief kleimineraal uit de kaolinietgroep met een gelaagde kristalstructuur van 1:1. Elke laag bestaat uit één tetraëdrische silicalaag (T) verbonden met één octaëdrische aluminalaag (O), ook wel een TO-laag genoemd.

Individuele kristallagen zijn stevig met elkaar verbonden via de tetraëdrische silica- en octaëdrische aluminiumoxidelagen. Deze lagen zijn verbonden door waterstofbruggen, waardoor watermoleculen er niet gemakkelijk tussen kunnen komen. Hierdoor zwelt kaolien niet op en heeft het een lage kationenuitwisselingscapaciteit (CEC).

Kaolienkristallen zijn doorgaans fijne, plaatvormige/hexagonale plaatjes met een duidelijke anisotropie. Wat betreft de oppervlaktekenmerken: de tetraëdrische zijde van silica draagt zuurstofanionen, meestal negatief geladen boven pH 4. De octaëdrische zijde van alumina toont hydroxylgroepen, positief geladen beneden pH 6 en overgaand naar negatief boven pH 8.

Kaolien versus montmorilloniet

Mineraaltype	Structuurkenmerken	Eigenschappen	Toepassingsscenario's
Kaolien (1:1, TO)	Gelaagde structuur, niet-zwellend	Lage CEC, milde thixotropie	Moddermaskers, losse poeders, matte lippenstiften
Montmorilloniet (2:1, TOT)	Lagen kunnen water en ionen toelaten, waardoor ze kunnen opzwellen	Hoge CEC, sterke zwelling, aanzienlijke verdikking	Krachtige verdikkingsmiddelen, colloïdale anti-bezinkingstoepassingen

SEM-afbeelding van kaolien

SEM-afbeelding van kaoliendeeltjes met de typische gelaagdheid plaatachtige morfologieDeze plaatstructuur zorgt ervoor dat kaolien een uitstekende dekking en adsorptie-eigenschappen heeft en tegelijkertijd thixotroop gedrag aan de waterige suspensies verleent. Let op: De plaatvormige structuren in de afbeelding zijn geen enkele TO-lagen, maar stapels van vele parallelle TO-lagen.

De veelzijdige functionaliteit van kaolien in cosmetica – van olie-adsorptie tot textuurverbetering – wordt fundamenteel bepaald door de deeltjesgrootteverdeling, die nauwkeurig wordt gedefinieerd door middel van strenge kaolienclassificatieprocessen. Dit maakt effectieve kaolienclassificatie de cruciale eerste stap in het afstemmen van kaolien op specifieke cosmetische formules.

2. Fysicochemische eigenschappen

Hydrofiliteit/Hydrofobiciteit

Natuurlijk kaolien heeft een sterk hydrofiel oppervlak, dat gemakkelijk door water wordt bevochtigd. Deze affiniteit met water komt voort uit blootgestelde hydroxylgroepen op de kristaloppervlakken en negatieve ladingen in de lagen. Hydrofobe poeders zoals talk daarentegen drijven en zijn bestand tegen bevochtiging in water.

Kaolien kan worden gemodificeerd via oppervlaktebehandeling. Zo kan silylering (bijvoorbeeld met triethoxycaprylylsilaan) hydrofobiciteit verlenen, waardoor het geschikt is voor dispersie in oliegebaseerde systemen. Gecalcineerde kaolien, met gereduceerde hydroxylgroepen aan het oppervlak, vertoont een licht verhoogde hydrofobiciteit, maar blijft over het algemeen hydrofiel.

Olie-absorptiewaarde en waterabsorptie

Kaolin bezit uitstekende olie-absorptiecapaciteit, dat zeer gewaardeerd wordt in kleurcosmetica voor oliebeheersing. De olie-absorptiewaarde wordt doorgaans gemeten met de ASTM D281-methode, uitgedrukt als de hoeveelheid olie die wordt geabsorbeerd per 100 g poeder. Fijne kaolien heeft doorgaans een olie-absorptiebereik van 45-60 g/100 g. Gecalcineerde kaolien, die een poreuze structuur ontwikkelt, kan zelfs hogere olie-absorptiewaarden vertonen.

Wat betreft waterabsorptie: kaolien kan ongeveer 0,3 tot 0,5 keer zijn eigen gewicht aan water opnemen en zo een plastische pasta vormen. Deze eigenschap maakt het gemakkelijk aan te brengen in moddermaskers zonder te druipen. Bentoniet heeft daarentegen een veel hoger waterabsorptievermogen (het kan meerdere keren zijn eigen volume opzwellen).

Het is belangrijk om te weten dat de adsorptieprestaties van kaolien aanzienlijk worden beïnvloed door de deeltjesgrootte en het specifieke oppervlak – fijnere poeders hebben over het algemeen een hogere oliebehoefte. Daarom moet de selectie een evenwicht vinden tussen de behoefte aan olie-absorptie en het huidgevoel (een te hoge absorptie kan leiden tot een droog, trekkerig gevoel).

Witheid en dekking

Kaolien is van nature een wit poeder, maar de witheid ervan hangt af van de hoeveelheid onzuiverheden (bijv. ijzeroxiden) en de zuiverheid van de verwerking. Kaolien van cosmetische kwaliteit wordt meestal gebleekt en gezuiverd, waardoor een witheid (ISO-helderheid) van 85–95% wordt bereikt. Eén Indiase kaolien heeft bijvoorbeeld een L-waarde van 95±0,5 en een witheidsindex van 87±1.

Kaolien heeft een relatief gematigde brekingsindexDe belangrijkste brekingsindices voor het monokliene kristal zijn ongeveer 1,56 (nα ≈ 1,553–1,565, nγ ≈ 1,569–1,570), dicht bij die van de stratum corneum (~1,55). Kaolienpoeder dat op de huid wordt aangebracht, vertoont daardoor een zekere mate van transparantie. Het mist de sterke dekking geleverd door pigmenten met een hoge brekingsindex zoals TiO₂ (n ≈ 2,7).

De plaatvormige morfologie van kaoliendeeltjes zorgt echter voor lichtafscherming en -verstrooiing. Het toevoegen van een bepaalde hoeveelheid kaolien aan funderingen of verdichtingen kan de lichtopbrengst verbeteren. dekking/mat effecten zonder de uitgesproken witmakende werking van titaandioxide.

Bovendien kan kaolien ook als aj fungerenmatterend middel in formuleringen, waardoor de glans van het product afneemt. Bij het beoordelen van de dekking kan het verschil in poederreflectie op zwart-wit contrastkaarten worden gemeten. Kaolien valt over het algemeen tussen talk (transparanter) en titaniumdioxide (sterke dekking).

Dichtheid en soortelijk gewicht

De werkelijke dichtheid van kaolien is ongeveer 2,6–2,63 g/cm³. In cosmetica kenmerkt de bulkdichtheid vaak de luchtigheid van het poeder. Lichtgewicht kaolien, vaak verkregen door geavanceerde kaolienclassificatieprocessen zoals luchtclassificatie, heeft een lagere bulkdichtheid van ongeveer 0,3–0,5 g/cm³, terwijl onbewerkte zware kaolien >0,8 g/cm³ kan hebben. In losse poederformuleringen beïnvloedt de bulkdichtheid de poederstofvorming en het gevoel op de huid. Luchtigere poeders voelen doorgaans lichter aan, maar vereisen een hogere perskracht om ze tot compacte deeltjes te persen. Tijdens experimentele formuleringen moeten variaties in bulkdichtheid tussen verschillende kaolienbatches in acht worden genomen en moeten de volumeverhoudingen indien nodig worden aangepast om een consistente compactie te garanderen.

pH-waarde (suspensie)

Kaolien vormt lichtzure suspensies in water. Ongecalcineerde natuurlijke kaolien in een 20% w/v zuivere watersuspensie heeft doorgaans een pH van ongeveer 4-6. Deze zuurgraad ontstaat doordat H⁺-ionen van het kaolienoppervlak in de waterfase vrijkomen.

Door dehydroxylatie hebben gecalcineerde kaoliensuspensies vaak een iets hogere pH, dichter bij neutraal (6–7).

De pH van het formuleringssysteem heeft een cruciale invloed op de dispersie en stabiliteit van kaolien: rond pH ~4–6 heeft kaolien de neiging te flocculeren (positieve aantrekkingskracht tussen de zijkanten en de negatieve zijkanten), waardoor een thixotrope gel ontstaat; onder alkalische omstandigheden (pH >9) dragen alle kaoliendeeltjes negatieve ladingen en stoten ze elkaar af, wat resulteert in stabielere suspensies met een lagere viscositeit. Daarom kan kaolien in zwak zure formuleringen (bijv. moddermaskers op basis van zuur) gemakkelijk verdikken en moet de mate van flocculatie vooraf worden beoordeeld. In alkalische formuleringen (bijv. reinigingsmiddelen op zeepbasis) kan kaolien gemakkelijker bezinken, waardoor het toevoegen van suspendeermiddelen noodzakelijk is.

Let op: “flocculatie” verwijst hier naar het reversibele, losse deeltjesnetwerk dat wordt gevormd door rand-positieve ↔ zijde-negatieve aantrekking onder specifieke pH- en ionische omstandigheden, waardoor het systeem in rust dikker en schuifdun wordt.

Reologisch gedrag

Kaolien-waterdispersies vertonen schuifverdunning en thixotropie. Bij hogere kaolienconcentraties (>10–15% w/w) ontwikkelt de pasta een vloeispanning in rust, waardoor een bepaalde spanning moet worden toegepast om vloeiing te initiëren. Dit komt door de losse netwerkstructuur die wordt gevormd door elektrostatische interacties tussen kaoliendeeltjes onder statische omstandigheden.

• Vloeispanning

◦ Definitie: De minimale spanning die nodig is om stroming in een vloeistof of pasta op gang te brengen.

◦ Intuïtief begrip: Het is alsof tandpasta op een tandenborstel blijft staan zonder in te zakken – dit komt door de vloeispanning; het vloeit alleen als je het knijpt.

◦ Betekenis: Een hogere vloeispanning zorgt ervoor dat het materiaal zijn vorm in rust behoudt, waardoor verzakking of vloeiing wordt tegengegaan.

• Thixotropie

◦ Definitie: De eigenschap waarbij de viscositeit van een materiaal afneemt onder schuifkrachten (roeren, aanbrengen) en geleidelijk herstelt bij stilstand.

◦ Intuïtief begrip: Net als honing- of moddermaskers voelen ze dunner aan als je ze roert, maar ze worden weer dikker als ze even staan.

◦ Belangrijk: Thixotropie zorgt ervoor dat cosmetica eenvoudig aan te brengen is, maar dat de cosmetica na het aanbrengen op hun plaats blijven zitten zonder dat ze meteen uitlopen.

• Experimentele gegevens tonen aan dat de vloeigrens ongeveer exponentieel toeneemt met het vastestofgehalte; een 30% kaolienpasta heeft bijvoorbeeld een aanzienlijk hogere vloeigrens dan een 20% pasta.

• Bovendien hebben pH en ionsterkte een aanzienlijke invloed op de reologie: de vloeigrens en het thixotrope lusoppervlak bereiken hun maximum bij een lage pH (bijv. rond de 4). De flocculatie verzwakt en de vloeigrens neemt af naarmate de pH boven de 8 stijgt.

• Tegelijkertijd comprimeren elektrolyten (met name meerwaardige kationen zoals Ca²⁺ en Mg²⁺) de elektrische dubbellaag, wat leidt tot snelle deeltjesaggregatie en een aanzienlijke toename van de vloeispanning en viscositeit. Formuleringen met hoge zoutconcentraties (bijv. elektrolyten in adstringentia of hydraterende toners) vereisen daarom voorzichtigheid met betrekking tot hun potentieel om kaolienpasta's te verdikken.

Toevoegen verdikkingsmiddelen of colloïdale stabilisatoren (bijv. xanthaangom, cellulosederivaten) kunnen de vloeispanning en het thixotrope herstelpercentage van kaoliensuspensies verder aanpassen om te voldoen aan verschillende toepassingsbehoeften (bijv. maskers vereisen een niet-druipende applicatie, maar een gemakkelijke smeerbaarheid. Vloeibare funderingen vereisen mogelijk een lagere vloeispanning voor eenvoudig doseren).

3. Oorsprong en classificatie

Ruwe kaolienerts vereist doorgaans: zuivering En classificatie om te voldoen aan cosmetische specificaties. Veelvoorkomende processen zijn onder meer:

(1) Wassen: Gebruikmaken van verschillen in soortelijk gewicht tussen kaolien en kwarts/veldspaat om zandig materiaal te verwijderen via sedimentatie in water.

(2) Malen/deagglomereren: het gebruiken van maalmachines of molens om grote aggregaten af te breken tot primaire kristallen.

(3) Centrifugale classificatie: Producten scheiden in verschillende deeltjesgroottes (bijv. D50 2 µm, 5 µm, 10 µm) op basis van de bezinkingssnelheid. Moderne luchtclassificatiesystemen, zoals de HTS315-luchtclassificator, zijn zeer effectief voor het bereiken van nauwkeurige deeltjesgroottes die essentieel zijn voor specifieke cosmetische toepassingen en hebben een directe invloed op eigenschappen zoals gevoel, opaciteit en olie-absorptie. Een correcte classificatie van kaolien is een cruciale stap in de kwaliteitscontrole.

(4) Chemisch bleken: het gebruiken van reductiemiddelen zoals hydrazine of zwaveldioxide om ijzeroxideverontreinigingen te verwijderen en zo de witheid te verbeteren.

(5) Calcinatie: verhitting van kaolien tot 500–800°C om kristalwater te verwijderen, waardoor metakaolien of amorf gecalcineerd kaolien ontstaat.

(6) Oppervlaktebehandeling: Zoals gezegd, het gebruik van silanen of metaalzepen om de hydrofobiciteit te verbeteren of de compatibiliteit met oliefasen te verbeteren.

Impact van verwerkingsverschillen: Gewassen kaolien (niet gecalcineerd) behoudt zijn kristalstructuur, biedt een hogere plasticiteit en is geschikt voor moddermaskers en systemen die smeerbaarheid vereisen. Gecalcineerde kaolien vormt, dankzij de ingestorte roosterstructuur, broze, poreuze deeltjes met een hogere olie-absorptie, maar een iets slechtere suspensiestabiliteit (zonder thixotropisch netwerk). De onderstaande tabel vat de typische fysische parameters van kaolien van verschillende oorsprong en met verschillende behandelingen samen.

Tabel 1: Vergelijking van fysieke parameters voor kaolien van verschillende oorsprong/verwerkingsmethoden

Type / Oorsprong	Belangrijkste kenmerken	D50 (µm)	Specifieke oppervlakte (m²/g)	Witheid (ISO %)	Olie-absorptie (g/100g)	pH (5% Pasta)
Jiangxi, China (Gewassen)	Natuurlijke fijne deeltjesgrootte, kleine ijzerverontreinigingen	~2–4	15–25	85–90	45–55	4,0–5,5
Georgia, VS (zacht)	Kleine bloedplaatjesgrootte, hoge helderheid	~1–3	20–26	90–93	50–60	5,0–6,0
Georgia, VS (gecalcineerd)	Poreus, hoge helderheid, verhoogde hardheid	~1–2	30–50	93–95	80–90	6.0–7.0
Brazilië, Amazone	Zeer lage onzuiverheden, “Amazonian White Clay”	~3–5	10–20	>93	40–50	5,0–6,0
USP Lichte Kaolien	Ultrafijne maling, kan dispergeermiddelen bevatten	~1	20–30	85–90	~60	4,5–7,5
Oppervlaktebehandeld (bijv. silaan)	Silane-gemodificeerd, hydrofoob, lipofiel	Basismat. afhankelijk	Vergelijkbaar met basismateriaal	85–92	Vergelijkbaar met basismateriaal	–

Let op: Gegevens verzameld uit openbare informatie en literatuur van diverse leveranciers. Witheid is ISO-helderheid of omgerekende Hunter L-waarde. Raadpleeg de datasheets van de leveranciers voor specifieke kwaliteiten.

Optimalisatie van kaolienprestaties door middel van nauwkeurige kaolienclassificatie

De keuze van de juiste kaolienkwaliteit hangt af van het begrijpen van de eigenschappen ervan, die sterk worden beïnvloed door de deeltjesgrootteverdeling. Het implementeren van strenge kaolienclassificatieprotocollen, mogelijk met behulp van apparatuur zoals de HTS315-luchtclassificator, garandeert consistentie van batch tot batch en stelt formuleerders in staat om specifieke prestatiekenmerken te targeten, of het nu gaat om oliecontrole, textuur of dekking in het uiteindelijke cosmetische product.

II. Toepassing van kaolien in cosmetica

Kaolien vindt een uitgebreide toepassing in cosmetica, variërend van kleurcosmetica, huidverzorging tot persoonlijke verzorging. De belangrijkste functies zijn: absorbeert olie/zweet, verbetert de textuur en het huidgevoel, verbetert de dekking en matte effecten en stabiliseert suspensies.

1. Toepassing in verschillende producten

Kleurcosmetica

In losse poeders en fixeerpoeders wordt kaolien vaak gebruikt in een verhouding van 5–15% als een olie-absorberende filler, die zorgt voor een vette huid, een langdurig resultaat en een zacht mat effect. De fijne deeltjes absorberen overtollig talg van het huidoppervlak en verminderen zo een glans. Omdat de brekingsindex dicht bij die van de huid ligt, voorkomt het een krijtachtige witte waas.

Kaolien wordt ook gebruikt in compactpoeders en foundations, meestal toegevoegd in een verhouding van 10–30%, en fungeert als een vulmiddel en dekkingshulpmiddel. Vergeleken met talk absorbeert kaolien meer olie, wat de olieregulatie verbetert voor een vette huid. Overmatige hoeveelheden kunnen het poeder echter te droog en minder zijdezacht maken. Daarom wordt het vaak gecombineerd met mica of silica.

Crèmekleurige cosmetica zoals concealers en contourproducten bevatten soms 3–10% kaolien. Dit kaolien maakt gebruik van de olie-absorberende eigenschappen ervan om olieverplaatsing te voorkomen en de consistentie van de pasta te vergroten om te voorkomen dat deze gaat bezinken.

Let op: In oogmake-up zoals oogschaduw wordt het kaoliengehalte doorgaans onder de 5–8% gehouden om te voorkomen dat de kleurafgifte en de hechting op de huid worden beïnvloed. De olie-absorptie kan echter wel helpen om kreukels op vette oogleden te voorkomen.

Reinigingsproducten

Reinigingsmaskers/moddermaskers zijn een van de meest klassieke toepassingen van kaolien. In typische formuleringen wordt kaolien gemengd met andere kleisoorten (bijv. bentoniet, montmorilloniet), met een potentieel gehalte van wel 20-40% (in waterige pastavorm). Het fungeert als het belangrijkste adsorbens in moddermaskers en kan poriën binnendringen om olie, vuil en onzuiverheden te adsorberen, waardoor poriën worden gereinigd en ontvet.

In exfoliërende scrubs kan fijn kaolienpoeder dienen als een mild schuurmiddel dat helpt bij het verwijderen van dode huidcellen en het absorberen van talg, zonder microscopisch kleine krasjes te veroorzaken zoals sommige notendoppen.

Aan gezichtsreinigers voor dagelijks gebruik wordt soms 1–5% kaolien toegevoegd om de reinigingskracht en textuur te verbeteren: kaolien kan samenwerken met oppervlakteactieve stoffen om olie en vet te verwijderen en de crème een gladde, rijke textuur te geven.

Sommige lotions/primers voor het reguleren van talg bevatten sporen van kaolien (1–3%) voor een langdurige absorptie van talg, waardoor een matte finish behouden blijft en de huid tegelijkertijd een beetje glijdt, zodat deze gemakkelijk aan te brengen is.

Haar- en lichaamsverzorging

Kaolien wordt steeds vaker gebruikt in droogshampoo-sprays en -poeders. Het kan worden toegevoegd in een verhouding van 10–30%, gemengd met maïszetmeel, silica, enz. Als basispoeder voor droogshampoo absorbeert het effectief olie uit de haarstrengen en de hoofdhuid, waardoor het haar volumineus en fris wordt. Kaoliendeeltjes zijn kleiner dan talk, laten minder witte resten achter en zijn gemakkelijker uit te borstelen. Dit maakt het populair in veel watervrije shampoos.

In anti-transpirant/deodorantproducten (bijv. poeders voor onder het lichaam, voet-/deodorantpoeders) helpt kaolien lichaamsgeur te verminderen door vocht uit zweet te absorberen en geurmoleculen (bijv. kortketenvetzuren) te adsorberen. Kaolien wordt vaak gebruikt in combinatie met 15-30%, in combinatie met natriumbicarbonaat, zinkoxide, enz., voor een dubbele fysische adsorptie en antibacteriële werking.

Het is belangrijk om te weten dat kaolien, dankzij zijn vermogen om ammoniak en organische aminen te adsorberen, zweet- en voetgeur kan verminderen. Vergeleken met geurabsorberende middelen zoals diatomeeënaarde is kaolien mild en heeft het een laag huidirritatiepotentieel.

Zonnebrandcrème

Kaolien is zelf geen primair uv-filter, maar kan wel dienen als een fysiek vertroebelend hulpmiddel. Studies tonen aan dat de toevoeging van fijne kaolien aan zonnebrandcrèmes de verstrooiing en absorptie van uv-straling kan verhogen. Tegelijkertijd zorgt kaolien voor een droog huidgevoel en vermindert het de vettigheid van formules met een hoge SPF.

Het beschermende effect van kaolien is echter veel minder dan dat van gespecialiseerde UV-pigmenten (TiO₂, ZnO), en de toevoeging ervan is meer bedoeld voor ondersteunende rol en textuuroverwegingen.

Lippenstift

In matte lippenstiften, lip muds en andere olierijke pastasystemen wordt kaolien vaak gebruikt als structuur- en matteringsmiddel. De dosering is doorgaans 3-10%. Het kan wat olie in de pasta absorberen, waardoor zweten (olieafscheiding) wordt voorkomen, en de hardheid van de pasta verhogen om vervorming te voorkomen. Kaolien geeft ook een matte finish, waardoor de inherente glans van de lippenstift afneemt. Omdat kaoliendeeltjes fijn zijn, kunnen ze een licht korrelig gevoel geven; daarom is het raadzaam om het te gebruiken in combinatie met gladde poeders zoals talk en mica voor een soepele applicatie.

Crèmes en lotions

In huidverzorgingsproducten zoals crèmes en lotions wordt kaolien in lage concentraties gebruikt (meestal <2%), voornamelijk voor tactiele modificatie en ondersteuning van verdikking/suspensie. Daarnaast kunnen de adsorberende eigenschappen ervan worden gebruikt in acnecrèmes om ontstekingsvocht van het huidoppervlak te absorberen, wat helpt bij het drogen en genezen van puistjes (sommige acnepleisters maken gebruik van dit principe van klei die vocht absorbeert).

2. [Sleutel] Formulering en procesoverwegingen

Dispersievolgorde en voorbevochtiging

Kaolien is een fijn poeder dat neigt tot agglomeratie en klontering wanneer het rechtstreeks aan de waterfase wordt toegevoegd. Classificatie van kaolien en de juiste volgorde en methode voor de dispersie zijn cruciaal.

Het wordt over het algemeen aanbevolen om voorbevochtigen Voeg de kaolien toe aan een kleine hoeveelheid vloeistof om een slurry te vormen voordat deze aan de hoofdbatch wordt toegevoegd. Voor waterige systemen kan glycerine of propyleenglycol worden gebruikt in een verhouding van 1:1 tot 1:2 met kaolien als voormengsel. Zorg er daarbij voor dat elk deeltjesoppervlak eerst wordt bevochtigd en vermijd direct contact met water, waardoor klontering ontstaat.

Als voordispergeren niet mogelijk is, kan kaolien langzaam in de waterige fase worden gezeefd onder matig tot snel roeren, waarbij voldoende beweging wordt gehandhaafd om de initiële agglomeraten te breken. Om stofvorming te verminderen, kunt u overwegen om kaolien toe te voegen als een bereide slurry (bijv. 50% vaste-stofpasta).

Bovendien moet kaolien, wat de volgorde betreft, worden gedispergeerd voordat primaire verdikkers en elektrolyten worden toegevoegd, omdat een hoge viscositeit of hoge ionsterkte de deagglomeratie van klei kan belemmeren.

Schuifomstandigheden

Kaoliendeeltjes kunnen aanvankelijk bestaan uit zwakke aggregaten, die voldoende mechanische schuifkracht nodig hebben om te worden afgebroken.

Een combinatie van propellerroeren en homogeniseren Wordt doorgaans gebruikt: gebruik eerst een peddelblad voor roeren op lage snelheid om het poeder te bevochtigen en te verspreiden, en schakel vervolgens over op roeren op middelhoge snelheid (bijv. 300–800 tpm, afhankelijk van de schaal) gedurende meer dan 5 minuten om de suspensie uniform te maken. Indien mogelijk kan een daaropvolgende behandeling met hoge schuifspanning (bijv. rotor-statorhomogenisator met 3000–5000 tpm) gedurende 1–3 minuten fijne agglomeraten aanzienlijk verminderen en de stabiliteit van de slurry verbeteren.

Als de viscositeit van het systeem te hoog is voor effectieve homogenisatie, kan milde verwarming (bijv. 40°C) of voorafgaande toevoeging van enkele oppervlakteactieve stoffen de bevochtiging en dispersie bevorderen.

Maalapparatuur (bijv. kogelmolen, colloïdmolen) wordt over het algemeen niet gebruikt voor het dispergeren van kaolien in cosmetica, omdat overmatige schuifkrachten de deeltjesgrootte kunnen verkleinen en de viscositeit kunnen verhogen. Over het algemeen is grondige bevochtiging en zwelling door middel van roeren op middelhoge tot hoge snelheid, aangevuld met kortdurende homogenisatie met hoge schuifkrachten, een effectieve standaardprocedure voor het dispergeren van kaolien.

3. Compatibiliteit met formuleringcomponenten

Compatibiliteit met oppervlakteactieve stoffen

Kaolien reageert op verschillende manieren met oppervlakteactieve stoffen met verschillende ladingen. Hier moet rekening mee worden gehouden bij het ontwerpen van de formulering.

Anionische oppervlakteactieve stoffen (bijv. SLS, zeepbases): Over het algemeen goede compatibiliteit. De negatieve ionen van anionische oppervlakteactieve stoffen in water kunnen adsorberen aan de positief geladen randen van kaolien. Omdat kaolien echter over het algemeen negatief geladen is bij een typische alkalische pH en anionische oppervlakteactieve stoffen zelf voor dispersieve stabiliteit zorgen, blijft kaolien meestal goed gesuspendeerd in anionische oppervlakteactieve systemen.

Amfotere/niet-ionische oppervlakteactieve stoffen (bijv. Cocamidopropylamineoxide, APG): Hebben doorgaans geen sterke invloed op de kaoliendispersie. Amfotere oppervlakteactieve stoffen kunnen verschillende ladingen hebben, afhankelijk van de pH, maar hebben over het algemeen een beperkte impact op het kleinetwerk bij lage concentraties en kunnen worden gebruikt als bevochtigingsmiddelen. Niet-ionogene oppervlakteactieve stoffen verlagen voornamelijk de oppervlaktespanning van het water om de bevochtiging te bevorderen en veroorzaken geen flocculatie; ze kunnen zelfs helpen bij het stabiliseren van de suspensie.

Kationische oppervlakteactieve stoffen (bijv. quaternaire ammoniumconditioneringsmiddelen): Vereisen speciale aandacht. Kationogene oppervlakteactieve stoffen worden sterk geadsorbeerd door kaolien (vanwege de over het algemeen negatieve lading op kaolienoppervlakken en tussenlagen). Dit leidt tot twee mogelijke problemen: 1) De effectieve concentratie van de kationogene oppervlakteactieve stof in de formulering neemt af (geadsorbeerd/"opgegeten" door de klei), wat mogelijk de werkzaamheid ervan beïnvloedt. 2) Kationen kunnen kleideeltjes bruggen, wat leidt tot flocculatie en een sterke toename van de viscositeit. Studies tonen aan dat in kaolien-kationogene oppervlakteactieve systemen een composietnetwerk van klei en oppervlakteactieve stof ontstaat, waardoor de vloeigrens toeneemt.

Daarom kan het systeem dikker worden in formuleringen waarin zowel kationische oppervlakteactieve stoffen (bijvoorbeeld kationische emulgatoren, haarconditioners) als kaolien nodig zijn, en kan de stabiliteit achteruitgaan. Indien coëxistentie noodzakelijk is, wordt het volgende geadviseerd: (1) Minimaliseer direct contact, bijvoorbeeld door kaolien in de waterfase te dispergeren en de kationische oppervlakteactieve stof toe te voegen die vooraf geëmulgeerd is met de oliefase bij lage temperatuur. (2) Test vooraf de impact van verschillende toevoegingsvolgordes op de viscositeit van het systeem. (3) Gebruik indien nodig sequestreermiddelen (bijvoorbeeld polyfosfaten) om het kaolienoppervlak voor te behandelen, waarbij plekken worden ingenomen om kationische adsorptie te voorkomen.

Effect van elektrolyten, multivalente ionen

Veel formules bevatten elektrolyten. De ionen daarvan kunnen de ladingsafstoting tussen kaoliendeeltjes verzwakken, waardoor er flocculatie ontstaat. Tweewaardige kationen Net als Ca²⁺ zijn Mg²⁺ bijzonder effectief. Ze vormen potentieel een brug tussen kaoliendeeltjes, neutraliseren negatieve ladingen op silicaatoppervlakken en anionische oppervlakteactieve stoffen, waardoor de suspensie in een gel verandert. Ervaring leert dat een concentratie van meer dan 0,1% aan tweewaardige zouten de viscositeit en vloeigrens van kaolienpasta's aanzienlijk kan verhogen.

Monovalente ionen zoals Na⁺ hebben een relatief kleinere impact, maar hoge NaCl-concentraties (>1%) kunnen de dubbele laag ook comprimeren, wat leidt tot milde flocculatie. Overweeg daarom bij gebruik van kaolien in formuleringen die zouten bevatten (bijv. MgCl₂ in moddermaskers voor de Dode Zee) om andere verdikkingsmiddelen te verminderen om overmatige viscositeit te voorkomen, of gebruik hydrofoob behandeld kaolien (minder gevoelig voor ionen) als gedeeltelijke vervanging.

pH beïnvloedt ook de ionische toestand: bij een hoge pH (> 8) vormen de meeste metaalionen hydroxide-neerslagen of -complexen, en negatief geladen kaolien kan stabieler zijn; rond een neutrale tot licht zure pH komen metaalionen voor die flocculatie bevorderen. Daarom wordt bij het aanpassen van de pH-waarde aanbevolen om te streven naar een neutrale tot licht basische pH voor een stabiele kaoliendispersie (tenzij de productspecificaties een zuurgraad vereisen).

Polymeercolloïden

Kaolien bestaat vaak samen met verdikkende polymeren om de gewenste textuur te bereiken, maar ze kunnen synergetisch of concurrerend met elkaar interacteren, waarvoor specifieke analyse nodig is.

Guargom, xanthaangom (anionische polysacchariden): Deze gommen kunnen kaoliendeeltjes verstrengelen, waardoor de netwerksterkte toeneemt, wat zich manifesteert in een verhoogde viscositeit en thixotropie – een synergetisch verdikkingseffect. Xanthaangomoplossingen zijn inherent thixotroop; toevoeging van kaolien overlapt de netwerken en vormt in rust een sterkere gel. Deze synergie is gunstig voor maskers: een kleine hoeveelheid xanthaangom (0,2-0,51 TP3T) voorkomt dat kaolienmaskers druipen en verbetert de smeerbaarheid. De hoeveelheid gom moet echter worden gecontroleerd, aangezien een teveel het verstevigende effect van het masker bij het drogen kan verminderen.

Cellulosederivaten (HEC, CMC, enz.): Niet-ionische of anionische cellulosepolymeren stabiliseren voornamelijk kaoliensuspensies door de viscositeit van de continue fase te verhogen. Er is geen specifieke incompatibiliteit, maar hoge concentraties cellulose kunnen kleideeltjes inkapselen, waardoor de bezinking wordt vertraagd en de inherente thixotropie van de klei wordt verzwakt. Het is raadzaam om celluloseoplossingen toe te voegen nadat de kaolien volledig is gedispergeerd; anders belemmert de hoogviskeuze omgeving deagglomeratie.

Acrylreologiemodificatoren (bijv. carbomeer, anionisch): In ongeneutraliseerde toestand is carbomeer een zwakke gel, en toevoeging van kaolien verdikt het licht. Echter, eenmaal geneutraliseerd (pH ~7), zetten carbomeerketens uit en komen anionen vrij die elektrostatisch kunnen reageren met de positief geladen randen van kaolien, wat mogelijk flocculatie of fasescheiding kan veroorzaken. Daarom is voorzichtigheid geboden bij het toevoegen van kaolien aan crèmes op basis van carbomeer; vooraf testen is nodig om de carbomeerconcentraties aan te passen of alternatieve verdikkingsmiddelen te overwegen (bijv. acrylaten/steareth-20 methacrylaatcopolymeer, meer iontolerant).

Montmorilloniet/bentonietklei: Kaolien wordt soms gecombineerd met een kleine hoeveelheid bentoniet (5-10%) in moddermaskers, waarbij het hoge zwelvermogen van bentoniet wordt benut om structuur op te bouwen en de viscositeit en stabiliteit van het systeem te verbeteren. Gemengde kaolien-bentonietsystemen vormen een hiërarchische structuur: bentoniet zorgt voor de visco-elasticiteit van het skelet en kaolien vult en versterkt het geraamte.

Organische colloïdale deeltjes (bijvoorbeeld emulsiemicrobolletjes, microcapsules): Kaolien heeft over het algemeen geen directe interactie, maar houd er rekening mee dat kaolien oppervlakteactieve stoffen of geladen moleculen kan adsorberen van het wandmateriaal van de microcapsule, wat mogelijk aggregatie van de microcapsule veroorzaakt.

Combinatie met pigmenten/UV-filterpoeders

Kaolien wordt vaak gecombineerd met andere poeders in kleurcosmetica en zonnebrandcrème. Rationele combinaties kunnen synergetische effecten opleveren.

Met titaniumdioxide/zinkoxide: Fysische zonnebrandmiddelen hebben de neiging te agglomereren en te bezinken bij hoge concentraties. Het toevoegen van kaolien helpt deze deeltjes met een hoge brekingsindex te scheiden, wat een gelijkmatige verspreiding bevordert en dichtheidsverschillen vermindert om bezinking te voorkomen. Kaolien kan ook een deel van de oliefase adsorberen, waardoor de neiging tot agglomereren van ZnO, enz. in oliën wordt verminderd.

Met kleurpigmenten (IJzeroxiden, ultramarijnen, enz.): Kaolien is anorganisch en stabiel en reageert waarschijnlijk niet chemisch met kleurpigmenten. De adsorptie kan echter organische oppervlaktebehandelingsmiddelen binden. Zo kunnen behandelde pigmenten (bijv. met silaan behandeld zwart ijzeroxide) hun behandelingsmiddelen bij contact met de klei verliezen, waardoor de oppervlakteaffiniteit van het pigment afneemt en de dispersie moeilijk wordt. Daarom is het bij gebruik van veel kaolien het beste om kleurpigmenten te kiezen als onbehandeld of vooraf gecoat met harssoorten om wederzijdse beïnvloeding van de kleursterkte te voorkomen.

Met parelmoerpigmentenParelmoerpigmenten (mica/glas gecoat met TiO₂) komen veel voor in markeerstiften. Het gebruik van kaolien vereist voorzichtigheid, omdat de matte aard ervan de parelmoerglans kan verminderen. Kaolien wordt daarom meestal vermeden in markeerstiften of in minimale hoeveelheden gebruikt voor een voelbare aanpassing. Als een lichte controle over de applicatie gewenst is, kan kaolien met een grotere deeltjesgrootte worden gebruikt om de glans te minimaliseren.

Met bolvormige vulpoeders (PMMA/nylonpoeder, enz.): Kaolien kan samen met organische microbolletjes worden gebruikt om de dichtheid van het poeder te verbeteren en de oliecontrole te verbeteren. Kaolien is echter dichter en heeft de neiging zich in de fles te nestelen, terwijl organische microbolletjes lichter zijn en kunnen drijven. Suspendeermiddelen of een oppervlaktebehandeling om de dichtheid te egaliseren, kunnen nodig zijn.

Optimalisatie van kaolienclassificatie voor prestaties

De effectiviteit van kaolien in deze diverse toepassingen hangt af van de deeltjesgrootteverdeling. Het implementeren van nauwkeurige kaolienclassificatie tijdens de verwerking, mogelijk met behulp van geavanceerde systemen zoals de HTS315-luchtclassificator, garandeert consistente prestaties. Een correcte kaolienclassificatie heeft een directe invloed op belangrijke eigenschappen zoals olie-absorptie, textuur, dekking en suspensiestabiliteit, waardoor formuleerders de ideale kwaliteit kunnen selecteren voor elke specifieke cosmetische toepassing, van lichtgewicht poeders tot rijke moddermaskers.

III. Checklist Kwaliteit en Veiligheid

Om de kwaliteit en veiligheid van kaoliengrondstoffen en eindproducten die kaolien bevatten te waarborgen, worden hieronder de belangrijkste inspectiepunten opgesomd:

Controle van de zuiverheid van grondstoffen: Elke partij kaolien moet vergezeld gaan van een analysecertificaat waarin de afwezigheid van onzuiverheden die de grenswaarden overschrijden, wordt bevestigd. In het bijzonder, vrije kristallijne silica Het (kwarts)gehalte moet zeer laag zijn (bijna afwezig in gewassen kwaliteiten) om inademingsgevaren van silicastof te voorkomen. Zware metaalverontreinigingen (Pb, As, Cd, Hg, enz.) moeten voldoen aan de regelgeving.

Microbiologisch risico en controle: Hoewel kaolien een anorganisch mineraal is, kan het sporen van bacteriën bevatten die bestand zijn tegen droogmiddel. Vereist een totaal kiemgetal <1000 kve/g, schimmels en gisten <100 kve/g, en de afwezigheid van bepaalde pathogenen bij aankoop. Kaolien behandeld met γ (gamma)bestraling of calcinatie bij hoge temperatuur kan worden gekozen. Houd in afgewerkte formuleringen rekening met de mogelijke adsorptie van conserveermiddelen door kaolien (sommige conserveermiddelen, zoals quaternaire ammoniumverbindingen, kunnen door klei worden geadsorbeerd en geïnactiveerd).

Consistentie van de producteffectiviteit: Omdat kaolien een natuurlijk mineraal is, kunnen de deeltjesgrootte, witheid en olie-absorptiewaarde per batch enigszins variëren. Stel interne kwaliteitsnormen vast, bijvoorbeeld D50-variatiebereik ±X µm, witheid ±Y, om consistente productprestaties in alle batches te garanderen.

Door de bovenstaande checklist te volgen, kan een systematische kwaliteitscontrole worden gegarandeerd, van de inkoop van grondstoffen en de productie tot de veiligheid van het eindproduct. Hierdoor zijn kaolienhoudende cosmetica veilig, effectief en in overeenstemming met de wettelijke vereisten.

Partner met Epic Powder

Om de precieze deeltjesgrootteverdeling te bereiken die cruciaal is voor hoogwaardige cosmetische kaolien, is geavanceerde technologie vereist. Episch poederOnze HTS315 Air Classifier is ontworpen voor ongeëvenaarde precisie in kaolienclassificatie. We kunnen kaolien van 400 mesh efficiënt verwerken tot D97 5,80 µm en D50 15,20 µm ultrafijn poeder. Deze nauwkeurige controle verbetert direct belangrijke eigenschappen zoals huidgevoel, dekking en olie-absorptie. Dit stelt u in staat om superieure cosmetische producten te ontwikkelen.
Benut het potentieel van uw kaolienformuleringen. Neem vandaag nog contact met ons op en ontdek hoe onze HTS315 luchtclassificator en expertise in kaolienclassificatie uw productieproces ten goede kunnen komen.