Название «Каолин» происходит от деревни Гаолин, недалеко от Цзиндэчжэня в провинции Цзянси, Китай. Во времена династий Мин и Цин Цзиндэчжэнь был известной столицей фарфора в Китае. Основная белая глина, используемая для производства фарфора, добывалась в районе Гаолин, отсюда и название «Гаолин ту», что означает «земля из Гаолина». Позже западные миссионеры и ученые транслитерировали это название как «Каолин». В компании Epic Powder наш воздушный классификатор HTS315 разработан для обеспечения непревзойденной точности классификации каолина. Точность классификации каолина имеет первостепенное значение для достижения желаемых косметических свойств. Современные методы классификации каолина, в частности передовая воздушная классификация, превзошли традиционные методы по эффективности и точности, позволяя получать строго контролируемые распределения размеров частиц, имеющие решающее значение для высокопроизводительных применений.
I. Свойства каолина
1. Структура каолина
Каолин – представитель глинистых минералов группы каолинита, обладающий слоистой кристаллической структурой с соотношением фаз 1:1. Каждый слой состоит из одного тетраэдрического слоя кремнезёма (Т), связанного с одним октаэдрическим слоем оксида алюминия (О), называемым слоем ТО.
Отдельные кристаллические слои прочно связаны между собой тетраэдрическими пластинами кремнезёма и октаэдрическими пластинами оксида алюминия. Эти слои соединены водородными связями, что препятствует лёгкому проникновению молекул воды между ними. Поэтому каолин не набухает и обладает низкой катионообменной ёмкостью (КОЕ).
Кристаллы каолина обычно представляют собой мелкие пластинчатые/гексагональные структуры с ярко выраженной анизотропией. Характеристики поверхности: тетраэдрическая грань кремнезема содержит анионы кислорода, обычно отрицательно заряженные при pH выше 4. Октаэдрическая грань оксида алюминия экспонирует гидроксильные группы, положительно заряженные при pH ниже 6 и переходящие в отрицательный заряд при pH выше 8.
Каолин против монтмориллонита
| Тип минерала | Характеристики структуры | Характеристики | Сценарии применения |
| Каолин (1:1, ТО) | Слоистая структура, не разбухает | Низкая ЕКО, слабая тиксотропия | Грязевые маски, рассыпчатые пудры, матовые помады |
| Монтмориллонит (2:1, TOT) | Слои могут пропускать воду и ионы, способные вызывать набухание. | Высокая ЦЭК, сильный отек, значительное утолщение | Мощные загустители, коллоидные антиосаждающие средства |
СЭМ-изображение каолина
Изображение частиц каолина, полученное с помощью СЭМ, демонстрирует типичную слоистую структуру. пластинчатая морфология. Эта пластинчатая структура придает каолину превосходные укрывистые и адсорбционные свойства, а также придает тиксотропные свойства его водным суспензиям. Примечание: пластинчатые структуры на изображении представляют собой не отдельные слои ТО, а стопки множества параллельных слоев ТО.
Разнообразные функции каолина в косметике – от адсорбции масел до улучшения текстуры – в значительной степени определяются распределением его частиц по размерам, которое точно определяется посредством строгих процессов классификации каолина. Это делает эффективную классификацию каолина важнейшим первым шагом в его адаптации к конкретным косметическим рецептурам.
2. Физико-химические свойства
Гидрофильность/Гидрофобность
Природный каолин обладает сильно гидрофильной поверхностью, легко смачиваемой водой. Это сродство к воде обусловлено открытыми гидроксильными группами на поверхности кристаллов и отрицательными зарядами внутри слоёв. В отличие от этого, гидрофобные порошки, такие как тальк, имеют тенденцию плавать в воде и не смачиваются.
Каолин можно модифицировать посредством обработки поверхности. Например, силилирование (например, триэтоксикаприлилсиланом) может придать ему гидрофобность, что делает его пригодным для диспергирования в системах на масляной основе. Прокаленный каолин, имеющий уменьшенное количество поверхностных гидроксильных групп, проявляет несколько повышенную гидрофобность, но в целом сохраняет гидрофильность.
Величина поглощения масла и поглощения воды
Каолин обладает превосходными способность поглощать масло, который высоко ценится в декоративной косметике для контроля жирности. Величина жиропоглощения обычно измеряется по методу ASTM D281 и выражается как количество масла, поглощенного 100 г пудры. Каолин тонкого помола обычно имеет диапазон жиропоглощения 45–60 г/100 г. Прокаленный каолин, образующий пористую структуру, может обладать ещё более высокими показателями жиропоглощения.
Что касается водопоглощения, каолин способен впитывать воду в объёме, примерно равном 0,3–0,5 собственного веса, образуя пластичную пасту. Это свойство позволяет легко наносить его на грязевые маски, не допуская стекания капель. Для сравнения, бентонит обладает гораздо более высокой водопоглощающей способностью (способен разбухать в несколько раз).
Важно отметить, что адсорбционные свойства каолина существенно зависят от размера частиц и удельной площади поверхности: более мелкие порошки, как правило, требуют большего количества масла. Поэтому при выборе следует учитывать потребность в масле и ощущения на коже (чрезмерно высокая степень абсорбции может привести к ощущению сухости и стягивания).
Белизна и покрытие
Каолин по своей природе представляет собой белый порошок, но его белизна зависит от содержания примесей (например, оксидов железа) и чистоты процесса обработки. Косметический каолин обычно отбеливается и очищается, достигая белизны (яркости по ISO) 85–95%. Например, для одного из образцов индийского каолина значение L составляет 95±0,5, а индекс белизны — 87±1.
Каолин имеет относительно умеренную показатель преломления. Главные показатели преломления моноклинного кристалла составляют приблизительно 1,56 (nα ≈ 1,553–1,565, nγ ≈ 1,569–1,570), что близко к показателю преломления рогового слоя кожи (~1,55). Следовательно, каолиновый порошок, нанесенный на кожу, обладает некоторой степенью прозрачности. Он не обладает сильным охват обеспечивается за счет пигментов с высоким показателем преломления, таких как TiO₂ (n ≈ 2,7).
Однако пластинчатая морфология частиц каолина обеспечивает экранирование и рассеивание света. Добавление определённого количества каолина в основы или прессованные материалы может улучшить покрытие/матовый эффекты без выраженного отбеливания, вызываемого диоксидом титана.
Кроме того, каолин также может действовать как ajматирующий агент В составе, уменьшая блеск продукта. При оценке укрывистости можно измерить разницу в отражении пудры на чёрно-белых контрастных картах. Каолин обычно занимает промежуточное положение между тальком (более прозрачным) и диоксидом титана (плотное укрывание).
Плотность и удельный вес
Истинная плотность каолина составляет приблизительно 2,6–2,63 г/см³. В косметике его насыпная плотность часто характеризует пушистость пудры. Легкий каолин, часто получаемый с помощью передовых процессов классификации каолина, таких как воздушная классификация. Он имеет более низкую насыпную плотность около 0,3–0,5 г/см³, тогда как необработанный тяжелый каолин может иметь плотность >0,8 г/см³. В рассыпчатых пудрах насыпная плотность влияет на рассыпчатость пудры и ощущение на коже. Как правило, более пушистые пудры кажутся легче, но требуют большего усилия сжатия для прессования в компакты. Во время экспериментального составления следует учитывать различия в насыпной плотности между различными партиями каолина, при необходимости корректируя объемные соотношения для обеспечения равномерного уплотнения.
Значение pH (суспензии)
Каолин образует в воде слабокислые суспензии. Обычно некальцинированный природный каолин в суспензии из чистой воды 20% имеет pH около 4–6. Эта кислотность обусловлена ионами H⁺, выделяющимися с поверхности каолина в водную фазу.
Из-за дегидроксилирования прокаленные каолиновые суспензии часто имеют несколько более высокий pH, ближе к нейтральному (6–7).
pH рецептурной системы критически влияет на дисперсность и стабильность каолина: при pH около 4–6 каолин склонен к флокуляции (притяжение положительного края к отрицательной грани), образуя тиксотропный гель; в щелочных условиях (pH > 9) все поверхности частиц каолина несут отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга, что приводит к образованию более устойчивых суспензий, но с меньшей вязкостью. Поэтому в слабокислых составах (например, грязевых масках на кислотной основе) каолин может легко загустевать, и степень флокуляции следует оценивать заранее. В щелочных составах (например, очищающих средствах на основе мыла) каолин может легче осаждаться, что требует добавления суспендирующих агентов.
Примечание: «Флокуляция» в данном случае относится к обратимой, рыхлой сети частиц, образованной притяжением положительного края ↔ отрицательной поверхности при определенных значениях pH и ионных условиях, что приводит к загущению системы в состоянии покоя и разжижению при сдвиге.
Реологическое поведение
Водные дисперсии каолина демонстрируют разжижение при сдвиге и тиксотропию. При более высоких концентрациях каолина (>10–15% масс./масс.) паста приобретает предел текучести в состоянии покоя, требующий приложения определённого напряжения для начала течения. Это обусловлено рыхлой сетчатой структурой, образованной электростатическими взаимодействиями между ребрами и гранями частиц каолина в статических условиях.
• Предел текучести
◦ Определение: Минимальное напряжение, необходимое для начала течения жидкости или пасты.
◦ Интуитивное понимание: как зубная паста, которая стоит на щетке и не растекается (это происходит из-за предела текучести); она течет только при сжатии.
◦ Значимость: более высокий предел текучести позволяет материалу сохранять свою форму в состоянии покоя, сопротивляясь усадке или течению.
• Тиксотропность
◦ Определение: Свойство материала, при котором вязкость уменьшается при сдвиге (перемешивании, нанесении) и постепенно восстанавливается при стоянии.
◦ Интуитивное понимание: как медовые или грязевые маски — они кажутся более жидкими при размешивании, но снова густеют после отстаивания.
◦ Значимость: Тиксотропность облегчает нанесение косметических средств, но позволяет им оставаться на месте после нанесения, не растекаясь.
• Экспериментальные данные показывают, что предел текучести увеличивается приблизительно экспоненциально с содержанием твердого вещества; например, каолиновая паста 30% имеет значительно более высокий предел текучести, чем паста 20%.
• Кроме того, pH и ионная сила существенно влияют на реологию: предел текучести и площадь тиксотропной петли достигают пика при низком pH (например, около 4). Флокуляция ослабевает, а предел текучести снижается при повышении pH выше 8.
• Одновременно электролиты (особенно поливалентные катионы, такие как Ca²⁺, Mg²⁺) сжимают двойной электрический слой, вызывая быструю агрегацию частиц, значительно увеличивая предел текучести и вязкость. Поэтому составы с высокой концентрацией солей (например, электролиты в вяжущих средствах или увлажняющих тониках) требуют осторожности, поскольку они могут загущать каолиновые пасты.
Добавление загустители или коллоидные стабилизаторы (например, ксантановая камедь, производные целлюлозы) могут дополнительно регулировать предел текучести и скорость тиксотропного восстановления каолиновых суспензий для удовлетворения различных потребностей в нанесении (например, маски требуют нанесения без стекания, но легкого распределения. Жидкие тональные основы могут требовать более низкого предела текучести для удобства дозирования).
3. Происхождение и классификация
Сырая каолиновая руда обычно требует очищение и классификация Для соответствия требованиям к косметическим продуктам. Распространенные процессы включают:
(1) Стирка: Использование разницы в удельном весе каолина и кварца/полевого шпата для удаления песчаного материала путем осаждения в воде.
(2) Измельчение/деагломерация: использование аттриторов или мельниц для разрушения крупных агрегатов на первичные кристаллы.
(3) Центробежная классификация: разделение продуктов на фракции с различным размером частиц (например, D50 2 мкм, 5 мкм, 10 мкм) в зависимости от скорости осаждения. Современные системы воздушной классификации, такие как воздушный классификатор HTS315, высокоэффективны для получения точного размера частиц, необходимого для конкретных косметических применений, напрямую влияя на такие свойства, как текстурные свойства, непрозрачность и маслопоглощение. Правильная классификация каолина — критически важный этап контроля качества.
(4) Химическое отбеливание: использование восстановителей, таких как гидразин или диоксид серы, для удаления примесей оксида железа и улучшения белизны.
(5) Прокаливание: нагревание каолина до 500–800 °C для удаления кристаллизационной воды с получением метакаолина или аморфного прокаленного каолина.
(6) Обработка поверхности: как уже упоминалось, использование силанов или металлических мыл для повышения гидрофобности или улучшения совместимости с масляными фазами.
Влияние различий в обработке: промытый каолин (непрокаленный) сохраняет свою кристаллическую структуру, обеспечивая более высокую пластичность, что делает его пригодным для грязевых масок и систем, требующих растекаемости. Прокаленный каолин, благодаря разрушенной решетке, образует хрупкие пористые частицы с более высокой маслоемкостью, но несколько меньшей устойчивостью суспензии (отсутствием тиксотропной сетки). В таблице ниже приведены типичные физические параметры каолинов различного происхождения и обработки.
Таблица 1: Сравнение физических параметров каолинов разного происхождения/методов обработки
| Тип / Происхождение | Ключевые характеристики | D50 (мкм) | Удельная площадь поверхности (м²/г) | Белизна (ISO %) | Поглощение масла (г/100г) | pH (паста 5%) |
| Цзянси, Китай (промыто) | Натуральный мелкодисперсный размер частиц, незначительные примеси железа | ~2–4 | 15–25 | 85–90 | 45–55 | 4,0–5,5 |
| Джорджия, США (мягкий) | Маленький размер тромбоцитов, высокая яркость | ~1–3 | 20–26 | 90–93 | 50–60 | 5,0–6,0 |
| Джорджия, США (кальцинированный) | Пористый, высокая яркость, повышенная твердость | ~1–2 | 30–50 | 93–95 | 80–90 | 6,0–7,0 |
| Бразилия, Амазонка | Очень низкое содержание примесей, «Амазонская белая глина» | ~3–5 | 10–20 | >93 | 40–50 | 5,0–6,0 |
| Легкий каолин USP | Ультратонкий помол, может содержать диспергаторы | ~1 | 20–30 | 85–90 | ~60 | 4,5–7,5 |
| Поверхностно обработанный (например, силаном) | Силан-модифицированный, гидрофобный, липофильный | Базовый материал. зависимый | Аналогично основному материалу | 85–92 | Аналогично основному материалу | – |
Примечание: Данные получены из общедоступной информации и литературы различных поставщиков. Белизна определяется по шкале яркости ISO или пересчитанным значением Hunter L. Информация о конкретных сортах представлена в технических характеристиках поставщиков.
Оптимизация производительности каолина за счет точной классификации каолина
Выбор подходящей марки каолина зависит от понимания его свойств, которые во многом зависят от гранулометрического состава. Внедрение строгих протоколов классификации каолина, возможно, с использованием такого оборудования, как воздушный классификатор HTS315, обеспечивает единообразие характеристик от партии к партии и позволяет разработчикам рецептур добиваться конкретных эксплуатационных характеристик, будь то контроль жирности, текстура или укрывистость готового косметического продукта.
II. Применение каолина в косметике
Каолин широко применяется в косметике, включая декоративную косметику, средства по уходу за кожей и средства личной гигиены. Его основные функции включают: адсорбирует жир/пот, улучшает текстуру и ощущение кожи, усиливает покрытие и матирующий эффект, стабилизирует суспензию.
1. Применение в различных продуктах
Декоративная косметика
В рассыпчатых и фиксирующих пудрах каолин часто используется в концентрации 5–15% в качестве наполнителя, абсорбирующего жирный блеск, обеспечивая контроль жирности, стойкость макияжа и мягкий матирующий эффект. Его мелкие частицы адсорбируют излишки кожного сала с поверхности кожи, уменьшая жирный блеск. Благодаря близкому к коже показателю преломления, он предотвращает появление мелово-белого налёта.
Каолин также используется в компактных пудрах и тональных кремах, обычно добавляя его в концентрации 10–30%, действуя как наполнитель, придающий объём, и средство для улучшения покрытия. По сравнению с тальком, каолин лучше впитывает жир, что улучшает контроль жирности кожи, но чрезмерное количество может сделать пудру слишком сухой и менее шелковистой. Поэтому его часто сочетают со слюдой или диоксидом кремния.
Кремообразные декоративные косметические средства, такие как консилеры и средства для контурирования, иногда содержат каолин 3–10%, который использует свои жиропоглощающие свойства для предотвращения миграции жира и повышения консистенции пасты для предотвращения оседания.
Примечание: в косметике для глаз, например тенях для век, содержание каолина обычно поддерживается на уровне ниже 5–8%, чтобы не влиять на цветопередачу и сцепление с кожей, хотя его способность впитывать масло может помочь предотвратить образование складок на жирных веках.
Очищающие средства
Очищающие/грязевые маски – одно из самых классических применений каолина. В типичных рецептурах каолин смешивается с другими глинами (например, бентонитом, монтмориллонитом), при этом содержание каолина может достигать 20–40% (в виде водной пасты). Каолин действует как основной адсорбент в грязевых масках, проникая в поры и адсорбируя масло, грязь и примеси, обеспечивая очищение и обезжиривание пор.
В отшелушивающих скрабах мелкий каолиновый порошок может выполнять функцию мягкого абразива, помогая удалять омертвевшие клетки кожи и адсорбируя кожное сало, не вызывая микроцарапин, как это бывает от скорлупы некоторых орехов.
В средствах для ежедневного очищения лица иногда добавляют каолин 1–5% для усиления очищающей способности и текстуры: каолин может взаимодействовать с поверхностно-активными веществами, удаляя масло и жир, и придавая крему гладкую, насыщенную текстуру.
Некоторые лосьоны/праймеры для контроля жирности кожи содержат следовые количества каолина (1–3%) для длительной адсорбции кожного сала и сохранения матового эффекта, а также обеспечивают некоторую скользкость для легкого нанесения.
Уход за волосами и телом
Каолин всё чаще используется в сухих шампунях-спреях/порошках. Его можно добавлять в концентрации от 10 до 30%, смешивая с кукурузным крахмалом, диоксидом кремния и т.д. В качестве основы для сухого шампуня каолин эффективно адсорбирует жир с волос и кожи головы, придавая волосам объём и свежесть. Частицы каолина мельче талька, оставляют меньше белых следов и легче расчёсываются. Это делает его популярным во многих шампунях на безводной основе.
В антиперспирантах/дезодорирующих средствах (например, пудрах для тела и ног) каолин помогает уменьшить запах тела, поглощая влагу из пота и адсорбируя молекулы запаха (например, короткоцепочечные жирные кислоты). Обычно используется в сочетании с бикарбонатом натрия, оксидом цинка и т. д. для достижения двойного эффекта физической адсорбции и антибактериального действия.
Стоит отметить, что благодаря своей способности адсорбировать аммиак и органические амины, каолин может помочь уменьшить запах пота и ног. По сравнению с такими адсорбентами запаха, как диатомит, каолин обладает мягкими свойствами и практически не вызывает раздражения кожи.
Уход за солнцем
Сам по себе каолин не является основным УФ-фильтром, но может действовать как физическое замутняющее вещество. Исследования показывают, что добавление тонкодисперсного каолина в составы солнцезащитных средств может увеличить рассеивание и поглощение УФ-излучения. Кроме того, каолин создаёт ощущение сухости кожи, уменьшая жирность средств с высоким SPF.
Однако защитный эффект каолина гораздо слабее, чем у специализированных УФ-пигментов (TiO₂, ZnO), и его включение обусловлено скорее вспомогательной ролью и текстурными соображениями.
Помада
В матовых помадах, бальзамах для губ и других пастообразных системах с высоким содержанием масел каолин часто используется в качестве структурообразующего вещества и матирующей пудры. Обычно используется в концентрации 3–10%. Он способен абсорбировать часть жира из пасты, предотвращая потоотделение (выделение жира), и повышать твёрдость пасты, предотвращая её деформацию. Каолин также придаёт помаде матовый финиш, уменьшая её естественный блеск. Поскольку частицы каолина мелкие, они могут создавать лёгкую шероховатость; поэтому его следует использовать с мягкими пудрами, такими как тальк и слюда, для обеспечения равномерного нанесения.
Кремы и лосьоны
В средствах по уходу за кожей, таких как кремы и лосьоны, каолин используется в низких концентрациях (обычно <2%), в основном для тактильной модификации и загущения/суспендирования. Кроме того, его адсорбционные свойства могут быть использованы в кремах от акне для адсорбции воспалительного экссудата с поверхности кожи, способствуя подсушиванию и заживлению прыщей (некоторые пластыри от акне используют этот принцип абсорбции глиной жидкости).
2. [Ключевые] Формулировка и технологические аспекты
Порядок дисперсии и предварительное смачивание
Каолин — это мелкодисперсный порошок, склонный к агломерации и комкованию при добавлении непосредственно в водную фазу. Классификация каолина, а также правильная последовательность и метод диспергирования имеют решающее значение.
Обычно рекомендуется предварительно смачивать каолин с небольшим количеством жидкости до образования кашицы перед добавлением в основную смесь. Для водных систем можно использовать глицерин или пропиленгликоль в соотношении 1:1–1:2 к каолину для предварительной смеси, обеспечивая предварительное смачивание поверхности каждой частицы и избегая прямого контакта с водой, что может привести к образованию комков.
Если предварительное диспергирование невозможно, каолин можно медленно просеять в водную фазу при перемешивании на умеренной или высокой скорости, поддерживая достаточное перемешивание для разрушения первоначальных агломератов. Для уменьшения пылеобразования можно добавлять каолин в виде готовой суспензии (например, пасты из твердых частиц 50%).
Кроме того, с точки зрения последовательности, каолин следует диспергировать до добавления первичных загустителей и электролитов, поскольку высокая вязкость или высокая ионная сила могут препятствовать деагломерации глины.
Условия сдвига
Частицы каолина изначально могут существовать в виде слабых агрегатов, для разрушения которых требуется достаточный механический сдвиг.
Комбинация пропеллерное перемешивание и гомогенизация Обычно используется следующий метод: сначала используется лопастная мешалка для низкоскоростного перемешивания для смачивания и диспергирования порошка, затем переключается на средне-высокую скорость перемешивания (например, 300–800 об/мин, в зависимости от масштаба) в течение более 5 минут для однородности суспензии. Если возможно, последующая обработка с высоким сдвигом (например, в роторно-статорном гомогенизаторе со скоростью 3000–5000 об/мин) в течение 1–3 минут может значительно уменьшить образование мелких агломератов и улучшить стабильность суспензии.
Если вязкость системы слишком высока для эффективной гомогенизации, смачиванию и диспергированию может способствовать мягкий нагрев (например, 40 °C) или предварительное добавление некоторых поверхностно-активных веществ.
Измельчающее оборудование (например, шаровые мельницы, коллоидные мельницы) обычно не используется для диспергирования каолина в косметике, поскольку чрезмерное сдвигающее усилие может потенциально уменьшить размер частиц и повысить вязкость. В целом, тщательное смачивание и набухание при перемешивании на средней или высокой скорости, дополненное кратковременной гомогенизацией с высоким сдвиговым усилием, является эффективной стандартной операционной процедурой (СОП) для диспергирования каолина.
3. Совместимость с компонентами рецептуры
Совместимость с поверхностно-активными веществами
Каолин по-разному взаимодействует с поверхностно-активными веществами разного заряда, что требует учета при разработке рецептуры.
Анионные поверхностно-активные вещества (например, лаурилсульфат натрия, мыльные основы): как правило, хорошая совместимость. Отрицательные ионы анионных поверхностно-активных веществ в воде могут адсорбироваться на положительно заряженных краях каолина, но поскольку каолин в целом имеет отрицательный заряд при типичном щелочном pH, а сами анионные поверхностно-активные вещества обеспечивают дисперсионную стабильность, каолин обычно хорошо суспендируется в системах с анионными поверхностно-активными веществами.
Амфотерные/неионогенные поверхностно-активные вещества (например, оксид кокамидопропиламина, APG): обычно не оказывают существенного влияния на дисперсию каолина. Амфотерные поверхностно-активные вещества могут нести различный заряд в зависимости от pH, но, как правило, оказывают ограниченное влияние на глинистую структуру при низких концентрациях и могут использоваться в качестве вспомогательных смачивающих агентов. Неионогенные поверхностно-активные вещества в первую очередь снижают поверхностное натяжение воды, способствуя смачиванию, и не вызывают флокуляции; они даже могут способствовать стабилизации суспензии.
Катионные поверхностно-активные вещества (например, кондиционирующие агенты на основе четвертичного аммония): требуют особого внимания. Катионные поверхностно-активные вещества сильно адсорбируются каолином (из-за общего отрицательного заряда на его поверхностях и межслоевых промежутках). Это приводит к двум потенциальным проблемам: 1) Эффективная концентрация катионного поверхностно-активного вещества в составе снижается (адсорбируется/«съедается» глиной), что может повлиять на его эффективность. 2) Катионы могут образовывать мостики между частицами глины, вызывая флокуляцию и резкое увеличение вязкости. Исследования показывают, что в системах каолин-катионное поверхностно-активное вещество образуется композитная сетка глина-ПАВ, что повышает предел текучести.
Поэтому в составах, требующих как катионных поверхностно-активных веществ (например, катионных эмульгаторов, кондиционеров для волос), так и каолина, система может загустеть, а стабильность может пострадать. Если необходимо сосуществование, рекомендуется: (1) Минимизировать прямой контакт, например, диспергировать каолин в водной фазе и добавить катионное поверхностно-активное вещество, предварительно эмульгированное с масляной фазой при низкой температуре. (2) Предварительно проверить влияние различных последовательностей добавления на вязкость системы. (3) При необходимости использовать секвестранты (например, полифосфаты) для предварительной обработки поверхности каолина, занимая участки, препятствующие катионной адсорбции.
Влияние электролитов, многовалентных ионов
Многие составы содержат электролиты, ионы которых могут ослабить отталкивание зарядов между частицами каолина, вызывая флокуляцию. Двухвалентные катионы Подобно Ca²⁺, Mg²⁺ особенно эффективны, потенциально связывая частицы каолина, нейтрализуя отрицательные заряды на силикатных поверхностях и анионных поверхностно-активных веществах, превращая суспензию в гель. Опыт показывает, что концентрация двухвалентных солей >0,1% может значительно повысить вязкость и предел текучести каолиновых паст.
Одновалентные ионы, такие как Na⁺, оказывают относительно меньшее влияние, но высокие концентрации NaCl (>1%) также могут сжимать двойной слой, вызывая лёгкую флокуляцию. Поэтому при использовании каолина в составах, содержащих соли (например, MgCl₂ в грязевых масках Мёртвого моря), рассмотрите возможность уменьшения содержания других загустителей, чтобы избежать чрезмерной вязкости, или используйте гидрофобно обработанный каолин (менее чувствительный к ионам) в качестве частичной замены.
pH также влияет на ионные состояния: при высоком pH (>8) большинство ионов металлов образуют гидроксидные осадки или комплексы, а отрицательно заряженный каолин может быть более стабильным; при pH от нейтрального до слабокислого ионы металлов присутствуют и способствуют флокуляции. Поэтому при регулировании pH для стабильной дисперсии каолина рекомендуется стремиться к нейтральному или слабощелочному уровню (если специфика продукта не требует кислотности).
Полимерные коллоиды
Каолин часто используется вместе с загустителями-полимерами для достижения желаемой текстуры, но они могут взаимодействовать синергетически или конкурировать, что требует специального анализа.
Гуаровая камедь, ксантановая камедь (анионные полисахариды): эти камеди способны связывать частицы каолина, увеличивая прочность сетки, что проявляется в повышении вязкости и тиксотропии – синергетическом загущающем эффекте. Растворы ксантановой камеди по своей природе тиксотропны; добавление каолина накладывает сетки друг на друга, образуя более прочный гель в состоянии покоя. Эта синергия полезна в масках: небольшое количество ксантановой камеди (0,2–0,51 TP3T) может предотвратить стекание каолиновой грязевой маски и улучшить её нанесение. Однако количество камеди следует контролировать, так как избыток может снизить стягивающий эффект маски после высыхания.
Производные целлюлозы (ГЭЦ, КМЦ и др.): Неионогенные или анионные целлюлозные полимеры в первую очередь стабилизируют каолиновые суспензии, увеличивая вязкость непрерывной фазы. Специфической несовместимости не наблюдается, но высокие концентрации целлюлозы могут инкапсулировать частицы глины, замедляя осаждение и ослабляя присущую глине тиксотропность. Рекомендуется добавлять растворы целлюлозы после полного диспергирования каолина; в противном случае высоковязкая среда препятствует деагломерации.
Акриловые модификаторы реологии (например, карбомер, анионные): В ненейтрализованном состоянии карбомер представляет собой слабый гель, и добавление каолина слегка загущает его. Однако после нейтрализации (pH ~7) цепи карбомера расширяются, высвобождая анионы, которые могут электростатически взаимодействовать с положительно заряженными краями каолина, что может привести к флокуляции или разделению фаз. Поэтому добавление каолина в кремы на основе карбомера требует осторожности; необходимо предварительное тестирование для корректировки содержания карбомера или рассмотрения альтернативных загустителей (например, сополимера акрилатов/стеарет-20 метакрилата, более ионноустойчивого).
Монтмориллонит/бентонитовые глины: Каолин иногда сочетают с небольшим количеством бентонита (5–10%) в грязевых масках, используя высокую способность бентонита к набуханию для структурирования и повышения вязкости и стабильности системы. Смешанные системы каолин-бентонит образуют иерархическую структуру: бентонит обеспечивает вязкоупругие свойства скелета, а каолин заполняет и укрепляет его.
Органические коллоидные частицы (например, эмульсионные микросферы, микрокапсулы): Каолин, как правило, не вступает в прямое взаимодействие, но следует отметить, что каолин может адсорбировать поверхностно-активные вещества или заряженные молекулы из материала стенки микрокапсулы, что может привести к агрегации микрокапсул.
Сочетание с пигментами/пудрами с УФ-фильтром
Каолин часто сочетается с другими пудрами в декоративной косметике и солнцезащитных средствах. Рациональные комбинации могут давать синергетический эффект.
С диоксидом титана/оксидом цинка: Физические солнцезащитные средства склонны к агломерации и осаждению при высоких концентрациях. Добавление каолина помогает разделить эти частицы с высоким показателем преломления, способствуя равномерному распределению и уменьшая разницу в плотности, предотвращая осаждение. Каолин также может адсорбировать часть масляной фазы, снижая склонность ZnO и других компонентов масел к агломерации.
С цветными пигментами (Оксиды железа, ультрамарины и т. д.): Каолин — неорганическое и стабильное вещество, маловероятно вступающее в химическую реакцию с цветными пигментами. Однако его адсорбционная способность может привести к захвату органических агентов поверхностной обработки. Например, обработанные пигменты (например, обработанный силаном чёрный оксид железа) могут терять свои агенты обработки при контакте с глиной, что снижает сродство пигмента к поверхности и затрудняет диспергирование. Поэтому при использовании значительного количества каолина лучше всего выбирать цветные пигменты. необработанный или предварительно покрытые смоляными типами, чтобы избежать взаимного влияния на интенсивность цвета.
С перламутровыми пигментами: Перламутровые пигменты (слюда/стекло, покрытые TiO₂) часто встречаются в хайлайтерах. Использование каолина требует осторожности, поскольку его матовая природа может уменьшить перламутровый блеск. Поэтому каолин обычно избегают в хайлайтерах или используют в минимальных количествах для тактильной коррекции. Если требуется лёгкий контроль над нанесением, можно использовать каолин с более крупными частицами, чтобы минимизировать влияние на блеск.
С порошками сферического наполнителя (Порошок ПММА/нейлона и т. д.): Каолин можно использовать вместе с органическими микросферами для повышения плотности упаковки порошка и контроля жирности. Однако каолин плотнее и имеет тенденцию оседать в бутылке, в то время как органические микросферы легче и могут всплывать. Может потребоваться использование суспендирующих агентов или обработка поверхности для выравнивания плотности.
Оптимизация классификации каолина для повышения производительности
Эффективность каолина в этих разнообразных областях применения зависит от распределения его частиц по размеру. Точная классификация каолина в процессе обработки, возможно, с использованием передовых систем, таких как воздушный классификатор HTS315, обеспечивает стабильные результаты. Правильная классификация каолина напрямую влияет на ключевые свойства, такие как маслоемкость, текстура, укрывистость и стабильность суспензии, позволяя разработчикам рецептур выбирать идеальную фракцию для каждого конкретного косметического применения, от лёгких пудр до насыщенных грязевых масок.
III. Контрольный список качества и безопасности
Для обеспечения качества и безопасности каолинового сырья и готовой продукции, содержащей каолин, ниже перечислены основные контрольные точки:
Контроль чистоты сырья: Каждая партия каолина должна сопровождаться сертификатом анализа, подтверждающим отсутствие примесей, превышающих допустимые нормы. В частности, свободный кристаллический кремний Содержание кварца должно быть очень низким (практически отсутствовать в промытых сортах) во избежание опасности вдыхания кремнеземной пыли. Содержание примесей тяжёлых металлов (Pb, As, Cd, Hg и т. д.) должно соответствовать нормативам.
Микробиологический риск и контроль: Хотя каолин является неорганическим минералом, он может содержать споры бактерий, устойчивых к осушителям. Требуемое количество жизнеспособных микроорганизмов должно быть <1000 КОЕ/г, количество плесени и дрожжей должно быть <100 КОЕ/г, а также отсутствовать указанные патогены при покупке. Каолин обработан γ (гамма)облучение или можно выбрать высокотемпературную прокалку. В готовых составах обратите внимание на потенциальную адсорбцию консервантов каолином (некоторые консерванты, такие как четвертичные аммониевые соединения, могут адсорбироваться и инактивироваться глиной).
Постоянство эффективности продукта: Поскольку каолин — природный минерал, размер частиц, белизна и показатель маслопоглощения могут незначительно различаться между партиями. Необходимо установить внутренние стандарты качества, например, диапазон колебаний D50 ±X мкм, белизна ±Y, чтобы обеспечить единообразие характеристик продукта во всех партиях.
Соблюдение вышеуказанного контрольного списка позволит обеспечить систематический контроль качества, начиная с закупки сырья и производственных операций и заканчивая безопасностью готовой продукции, что сделает косметику, содержащую каолин, безопасной, эффективной и соответствующей нормативным требованиям.
Партнер с Epic Powder
Достижение точного распределения размера частиц, критически важного для высокоэффективного косметического каолина, требует передовых технологий. Эпический порошокНаш воздушный классификатор HTS315 разработан для обеспечения непревзойденной точности классификации каолина. Мы можем эффективно перерабатывать каолин 400 меш в ультратонкий порошок D97 5,80 мкм и D50 15,20 мкм. Этот точный контроль напрямую влияет на ключевые свойства, такие как ощущение на коже, укрывистость и впитываемость масла. Он позволяет вам разрабатывать превосходные косметические продукты.
Раскройте потенциал ваших рецептур на основе каолина. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать, как наш воздушный классификатор HTS315 и наш опыт в классификации каолина могут помочь вашему производственному процессу.
