Tên gọi Cao lanh bắt nguồn từ làng Cao Lăng, gần Cảnh Đức Trấn, tỉnh Giang Tây, Trung Quốc. Trong thời nhà Minh và nhà Thanh, Cảnh Đức Trấn là thủ phủ đồ sứ nổi tiếng của Trung Quốc. Đất sét trắng thiết yếu dùng để sản xuất đồ sứ chủ yếu được khai thác từ khu vực Cao Lăng, do đó, cái tên "Cao Lăng Đồ", có nghĩa là "đất từ Cao Lăng", được đặt cho loại khoáng chất này. Sau đó, các nhà truyền giáo và học giả phương Tây đã phiên âm tên này thành Cao lanh. Tại Epic Powder, Máy phân loại bằng khí HTS315 của chúng tôi được thiết kế để mang lại độ chính xác vô song trong phân loại cao lanh. Độ chính xác của phân loại cao lanh là tối quan trọng để đạt được các đặc tính mỹ phẩm mong muốn. Các kỹ thuật phân loại cao lanh hiện đại, đặc biệt là phân loại bằng khí tiên tiến, đã thay thế các phương pháp truyền thống về hiệu quả và độ chính xác, cho phép sản xuất các phân bố kích thước hạt được kiểm soát chặt chẽ, rất quan trọng cho các ứng dụng hiệu suất cao.
I. Tính chất của Kaolin
1. Cấu trúc Kaolin
Cao lanh là một khoáng sét tiêu biểu của nhóm kaolinit, có cấu trúc tinh thể phân lớp 1:1. Mỗi lớp bao gồm một lớp tứ diện silica (T) liên kết với một lớp bát diện alumina (O), được gọi là lớp TO.
Các lớp tinh thể riêng lẻ được liên kết chặt chẽ thông qua các lớp tứ diện silica và bát diện alumina. Các lớp này được kết nối bằng liên kết hydro, ngăn cản sự chèn các phân tử nước vào giữa chúng. Do đó, cao lanh không trương nở và có khả năng trao đổi cation (CEC) thấp.
Tinh thể cao lanh thường là những tấm mỏng/lục giác, thể hiện tính dị hướng rõ rệt. Về đặc điểm bề mặt: mặt tứ diện silica mang các anion oxy, thường tích điện âm ở pH trên 4. Mặt bát diện alumina để lộ các nhóm hydroxyl, tích điện dương ở pH dưới 6 và chuyển sang âm ở pH trên 8.
Cao lanh so với Montmorillonit
| Loại khoáng sản | Đặc điểm cấu trúc | Của cải | Các tình huống ứng dụng |
| Cao lanh (1:1, TO) | Cấu trúc nhiều lớp, không phồng | CEC thấp, độ nhớt nhẹ | Mặt nạ bùn, phấn phủ, son lì |
| Montmorillonite (2:1, TOT) | Các lớp có thể tiếp nhận nước và ion, có khả năng trương nở | CEC cao, sưng mạnh, dày lên đáng kể | Chất làm đặc mạnh, ứng dụng chống lắng dạng keo |
Hình ảnh SEM của Kaolin
Hình ảnh SEM của các hạt cao lanh hiển thị lớp điển hình hình thái dạng tấmCấu trúc dạng tấm này mang lại khả năng bao phủ và hấp phụ tuyệt vời cho cao lanh, đồng thời cũng mang lại tính chất lưu biến cho các huyền phù trong nước của nó. Lưu ý: Các cấu trúc giống tấm trong hình ảnh không phải là các lớp TO đơn lẻ mà là các chồng của nhiều lớp TO song song.
Chức năng đa dạng của cao lanh trong mỹ phẩm – từ hấp thụ dầu đến cải thiện kết cấu – về cơ bản được điều chỉnh bởi sự phân bố kích thước hạt, được xác định chính xác thông qua quy trình phân loại cao lanh nghiêm ngặt. Điều này khiến việc phân loại cao lanh hiệu quả trở thành bước đầu tiên quan trọng trong việc điều chỉnh cao lanh cho các công thức mỹ phẩm cụ thể.
2. Tính chất lý hóa
Tính ưa nước/kỵ nước
Cao lanh tự nhiên có bề mặt ưa nước mạnh, dễ bị nước làm ướt. Ái lực với nước này bắt nguồn từ các nhóm hydroxyl lộ ra trên bề mặt tinh thể và các điện tích âm bên trong các lớp. Ngược lại, bột kỵ nước như talc có xu hướng nổi và không bị ướt trong nước.
Kaolin có thể được biến tính thông qua xử lý bề mặt. Ví dụ, quá trình silylation (ví dụ, với triethoxycaprylylsilane) có thể tạo ra tính kỵ nước, khiến nó thích hợp để phân tán trong các hệ thống gốc dầu. Kaolin nung, với nhóm hydroxyl bề mặt giảm, có tính kỵ nước tăng nhẹ nhưng nhìn chung vẫn ưa nước.
Giá trị hấp thụ dầu và hấp thụ nước
Cao lanh sở hữu tuyệt vời khả năng hấp thụ dầu, được đánh giá cao trong mỹ phẩm màu về khả năng kiểm soát dầu. Độ hấp thụ dầu thường được đo bằng phương pháp ASTM D281, được biểu thị bằng lượng dầu hấp thụ trên 100g bột. Kaolin mịn thường có phạm vi hấp thụ dầu từ 45–60 g/100g. Kaolin nung, với cấu trúc xốp, có thể cho thấy độ hấp thụ dầu thậm chí còn cao hơn.
Về khả năng hút nước, cao lanh có thể hấp thụ khoảng 0,3–0,5 lần trọng lượng của nó trong nước, tạo thành hỗn hợp sệt. Đặc tính này giúp dễ dàng sử dụng trong mặt nạ bùn mà không bị nhỏ giọt. So với bentonite, khả năng hút nước cao hơn nhiều (có thể trương nở gấp nhiều lần thể tích).
Điều quan trọng cần lưu ý là hiệu suất hấp phụ của cao lanh bị ảnh hưởng đáng kể bởi kích thước hạt và diện tích bề mặt riêng – bột mịn hơn thường có nhu cầu dầu cao hơn. Do đó, việc lựa chọn nên cân bằng nhu cầu hấp thụ dầu với cảm giác trên da (độ hấp thụ quá cao có thể dẫn đến cảm giác khô, kéo lê).
Độ trắng và độ che phủ
Cao lanh vốn là bột màu trắng, nhưng độ trắng của nó phụ thuộc vào hàm lượng tạp chất (ví dụ: oxit sắt) và độ tinh khiết trong quá trình chế biến. Cao lanh dùng trong mỹ phẩm thường được tẩy trắng và tinh chế, đạt độ trắng (độ sáng ISO) từ 85–95%. Ví dụ, một loại cao lanh Ấn Độ có giá trị L là 95±0,5 và chỉ số trắng là 87±1.
Cao lanh có độ cứng tương đối vừa phải chiết suấtChiết suất chính của tinh thể đơn nghiêng xấp xỉ 1,56 (nα ≈ 1,553–1,565, nγ ≈ 1,569–1,570), gần với chiết suất của lớp sừng da (~1,55). Do đó, bột cao lanh khi thoa lên da có độ trong suốt nhất định. Tuy nhiên, nó thiếu độ trong suốt mạnh mẽ. phạm vi phủ sóng được cung cấp bởi các sắc tố có chiết suất cao như TiO₂ (n ≈ 2,7).
Tuy nhiên, hình thái dạng tấm của các hạt cao lanh tạo ra khả năng che chắn và tán xạ ánh sáng. Việc bổ sung một lượng cao lanh nhất định vào nền móng hoặc khối nén có thể cải thiện độ che phủ/mờ hiệu quả mà không gây ra hiện tượng trắng răng rõ rệt do titan dioxit.
Hơn nữa, cao lanh cũng có thể hoạt động như ajchất làm mờ Trong công thức, độ bóng của sản phẩm giảm đi. Khi đánh giá độ phủ, có thể đo được sự khác biệt về độ phản xạ của bột trên thẻ tương phản đen trắng. Cao lanh thường nằm giữa bột talc (trong suốt hơn) và titan dioxit (độ phủ mạnh).
Mật độ và Trọng lượng riêng
Mật độ thực tế của cao lanh xấp xỉ 2,6–2,63 g/cm³. Trong mỹ phẩm, mật độ khối của nó thường đặc trưng cho độ xốp của bột. Cao lanh nhẹ, thường đạt được thông qua các quy trình phân loại cao lanh tiên tiến như phân loại bằng không khí. Nó có mật độ khối thấp hơn khoảng 0,3–0,5 g/cm³, trong khi cao lanh nặng chưa qua xử lý có thể >0,8 g/cm³. Trong các công thức bột rời, mật độ khối ảnh hưởng đến độ mịn của bột và cảm giác trên da. Thông thường, bột xốp hơn có cảm giác nhẹ hơn, nhưng cần lực nén cao hơn để nén thành khối. Trong quá trình điều chế thử nghiệm, cần lưu ý sự thay đổi mật độ khối giữa các lô cao lanh khác nhau, điều chỉnh tỷ lệ thể tích nếu cần để đảm bảo độ nén đồng đều.
Giá trị pH (Huyền phù)
Cao lanh tạo thành huyền phù hơi có tính axit trong nước. Thông thường, cao lanh tự nhiên chưa nung trong huyền phù nước tinh khiết 20% w/v có độ pH khoảng 4–6. Độ axit này phát sinh từ các ion H⁺ giải phóng từ bề mặt cao lanh vào pha nước.
Do quá trình khử hydroxyl, các huyền phù kaolin nung thường có độ pH cao hơn một chút, gần với mức trung tính (6–7).
Độ pH của hệ thống pha chế ảnh hưởng rất lớn đến độ phân tán và độ ổn định của kaolin: ở khoảng pH ~4–6, kaolin có xu hướng kết bông (lực hút cạnh dương-mặt âm), tạo thành gel thixotropic; trong điều kiện kiềm (pH >9), tất cả các bề mặt hạt kaolin đều mang điện tích âm, đẩy nhau, tạo ra huyền phù ổn định hơn nhưng độ nhớt thấp hơn. Do đó, trong các công thức có tính axit yếu (ví dụ: mặt nạ bùn gốc axit), kaolin có thể dễ bị đặc lại, và mức độ kết bông cần được đánh giá trước. Trong các công thức có tính kiềm (ví dụ: chất tẩy rửa gốc xà phòng), kaolin có thể lắng dễ dàng hơn, đòi hỏi phải bổ sung các chất tạo huyền phù.
Lưu ý: “Sự kết bông” ở đây đề cập đến mạng lưới hạt lỏng lẻo, có thể đảo ngược được hình thành do lực hút dương cạnh ↔ âm mặt trong điều kiện pH và ion cụ thể, khiến hệ thống trở nên dày hơn khi nghỉ và mỏng dần.
Hành vi lưu biến
Phân tán nước kaolin thể hiện tính chất loãng do cắt và tính chất lưu biến. Ở nồng độ kaolin cao hơn (>10–15% w/w), hỗn hợp nhão tạo ra ứng suất chảy ở trạng thái nghỉ, đòi hỏi phải tác dụng một ứng suất nhất định để bắt đầu chảy. Điều này xuất phát từ cấu trúc mạng lưới lỏng lẻo được hình thành bởi tương tác tĩnh điện cạnh-mặt giữa các hạt kaolin trong điều kiện tĩnh.
• Ứng suất giới hạn
◦ Định nghĩa: Ứng suất tối thiểu cần thiết để bắt đầu dòng chảy trong chất lỏng hoặc hỗn hợp sệt.
◦ Hiểu biết trực quan: Giống như kem đánh răng đứng trên bàn chải mà không bị chảy xuống – điều này là do ứng suất kéo; nó chỉ chảy khi bị bóp.
◦ Ý nghĩa: Ứng suất chảy cao hơn cho phép vật liệu duy trì hình dạng khi ở trạng thái nghỉ, chống lại sự lắng đọng hoặc chảy.
• Tính chất lưu biến
◦ Định nghĩa: Tính chất mà độ nhớt của vật liệu giảm khi chịu tác động cắt (khuấy, bôi) và dần dần phục hồi khi để yên.
◦ Hiểu biết trực quan: Giống như mặt nạ mật ong hoặc bùn – chúng có cảm giác loãng hơn khi khuấy nhưng lại đặc lại sau khi để yên.
◦ Ý nghĩa: Tính chất lưu biến giúp mỹ phẩm dễ thoa hơn nhưng vẫn giữ nguyên vị trí sau khi thoa mà không bị chảy ngay lập tức.
• Dữ liệu thực nghiệm cho thấy ứng suất giới hạn tăng theo hàm lượng chất rắn; ví dụ, bột nhão cao lanh 30% có ứng suất giới hạn cao hơn đáng kể so với bột nhão 20%.
• Hơn nữa, độ pH và cường độ ion ảnh hưởng đáng kể đến tính lưu biến: ứng suất chảy và diện tích vòng lặp lưu biến đạt đỉnh ở độ pH thấp (ví dụ, khoảng 4). Quá trình keo tụ yếu đi và ứng suất chảy giảm khi độ pH tăng trên 8.
• Đồng thời, các chất điện phân (đặc biệt là các cation đa hóa trị như Ca²⁺, Mg²⁺) nén lớp điện kép, gây ra sự kết tụ hạt nhanh chóng, làm tăng đáng kể ứng suất kéo và độ nhớt. Do đó, cần thận trọng khi sử dụng các công thức có nồng độ muối cao (ví dụ: chất điện phân trong chất làm se hoặc toner dưỡng ẩm) vì chúng có khả năng làm đặc bột nhão cao lanh.
Thêm chất làm đặc hoặc chất ổn định dạng keo (ví dụ, kẹo cao su xanthan, dẫn xuất cellulose) có thể điều chỉnh thêm ứng suất chảy và tốc độ thu hồi lưu biến của hỗn dịch kaolin để đáp ứng các nhu cầu ứng dụng khác nhau (ví dụ, mặt nạ yêu cầu ứng dụng không nhỏ giọt nhưng dễ dàn trải. Nền lỏng có thể yêu cầu ứng suất chảy thấp hơn để dễ dàng phân phối).
3. Nguồn gốc và phân loại
Quặng kaolin thô thường yêu cầu thanh lọc Và phân loại để đáp ứng các thông số kỹ thuật về mỹ phẩm. Các quy trình phổ biến bao gồm:
(1) Giặt giũ:Sử dụng sự khác biệt về trọng lượng riêng giữa cao lanh và thạch anh/fenspat để loại bỏ vật liệu cát thông qua quá trình lắng đọng trong nước.
(2) Nghiền/Tách kết tụ: Sử dụng máy nghiền hoặc máy nghiền để phá vỡ các tập hợp lớn thành các tinh thể chính.
(3) Phân loại ly tâm: Phân tách sản phẩm thành các cấp kích thước hạt khác nhau (ví dụ: D50 2 µm, 5 µm, 10 µm) dựa trên tốc độ lắng. Các hệ thống phân loại bằng khí hiện đại, chẳng hạn như máy phân loại bằng khí HTS315, rất hiệu quả trong việc cắt chính xác kích thước hạt cần thiết cho các ứng dụng mỹ phẩm cụ thể, ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc tính như cảm giác, độ mờ đục và khả năng hấp thụ dầu. Phân loại cao lanh đúng cách là một bước quan trọng trong kiểm soát chất lượng.
(4) Tẩy trắng hóa học: Sử dụng chất khử như hydrazin hoặc lưu huỳnh đioxit để loại bỏ tạp chất oxit sắt, cải thiện độ trắng.
(5) Nung: Nung cao lanh ở nhiệt độ 500–800°C để loại bỏ nước kết tinh, tạo ra cao lanh meta hoặc cao lanh nung vô định hình.
(6) Xử lý bề mặt: Như đã đề cập, sử dụng silan hoặc xà phòng kim loại để tăng cường tính kỵ nước hoặc cải thiện khả năng tương thích với các pha dầu.
Ảnh hưởng của sự khác biệt trong quá trình xử lý: Kaolin rửa (chưa nung) vẫn giữ nguyên cấu trúc tinh thể, mang lại độ dẻo cao hơn, phù hợp với mặt nạ bùn và các hệ thống cần khả năng dàn trải. Kaolin nung, do cấu trúc mạng lưới bị phá vỡ, tạo thành các hạt giòn, xốp với khả năng hấp thụ dầu cao hơn nhưng độ ổn định huyền phù kém hơn một chút (thiếu mạng lưới thixotropic). Bảng dưới đây tóm tắt các thông số vật lý điển hình của kaolin từ các nguồn gốc và phương pháp xử lý khác nhau.
Bảng 1: So sánh các thông số vật lý của Kaolin từ các nguồn gốc/phương pháp chế biến khác nhau
| Loại / Nguồn gốc | Đặc điểm chính | D50 (µm) | Diện tích bề mặt riêng (m²/g) | Độ trắng (ISO %) | Độ hấp thụ dầu (g/100g) | pH (5% Paste) |
| Giang Tây, Trung Quốc (Đã rửa sạch) | Kích thước hạt mịn tự nhiên, tạp chất sắt nhỏ | ~2–4 | 15–25 | 85–90 | 45–55 | 4,0–5,5 |
| Georgia, Hoa Kỳ (Mềm) | Kích thước tiểu cầu nhỏ, độ sáng cao | ~1–3 | 20–26 | 90–93 | 50–60 | 5.0–6.0 |
| Georgia, Hoa Kỳ (Đã nung) | Xốp, độ sáng cao, độ cứng tăng | ~1–2 | 30–50 | 93–95 | 80–90 | 6.0–7.0 |
| Brazil, Amazon | Rất ít tạp chất, “Đất sét trắng Amazon” | ~3–5 | 10–20 | >93 | 40–50 | 5.0–6.0 |
| Cao lanh nhẹ USP | Nghiền siêu mịn, có thể chứa chất phân tán | ~1 | 20–30 | 85–90 | ~60 | 4,5–7,5 |
| Xử lý bề mặt (ví dụ, Silane) | Silane biến tính, kỵ nước, ưa mỡ | Thảm lót phụ thuộc | Tương tự như vật liệu cơ bản | 85–92 | Tương tự như vật liệu cơ bản | – |
Lưu ý: Dữ liệu được tổng hợp từ nhiều thông tin và tài liệu công khai của nhà cung cấp. Độ trắng là độ sáng ISO hoặc giá trị Hunter L được chuyển đổi. Để biết các cấp độ cụ thể, vui lòng tham khảo bảng dữ liệu của nhà cung cấp.
Tối ưu hóa hiệu suất Kaolin thông qua phân loại Kaolin chính xác
Việc lựa chọn đúng loại kaolin phụ thuộc vào việc hiểu rõ các đặc tính của nó, vốn chịu ảnh hưởng sâu sắc bởi sự phân bố kích thước hạt. Việc áp dụng các quy trình phân loại kaolin nghiêm ngặt, có thể sử dụng các thiết bị như máy phân loại khí HTS315, đảm bảo tính đồng nhất giữa các lô và cho phép các nhà điều chế nhắm mục tiêu các thuộc tính hiệu suất cụ thể, cho dù là kiểm soát dầu, kết cấu hay độ che phủ trong sản phẩm mỹ phẩm cuối cùng.
II. Ứng dụng của Kaolin trong mỹ phẩm
Cao lanh được ứng dụng rộng rãi trong mỹ phẩm, bao gồm mỹ phẩm màu, chăm sóc da và chăm sóc cá nhân. Các chức năng chính của nó bao gồm: hấp thụ dầu/mồ hôi, cải thiện kết cấu và cảm giác da, tăng cường độ che phủ và hiệu ứng lì, và ổn định hỗn dịch.
1. Ứng dụng trong các sản phẩm khác nhau
Mỹ phẩm màu
Trong phấn phủ và phấn phủ, cao lanh thường được sử dụng ở mức 5–15% như một chất độn hấp thụ dầu, mang lại khả năng kiểm soát dầu, lâu trôi và hiệu ứng lì nhẹ nhàng. Các hạt mịn của cao lanh hấp thụ bã nhờn dư thừa trên bề mặt da, làm giảm độ bóng nhờn. Nhờ chiết suất gần với da, cao lanh tránh được tình trạng lớp nền trắng bệch như phấn.
Cao lanh cũng được sử dụng trong phấn nén và phấn nền, thường được thêm vào với tỷ lệ 10–30%, đóng vai trò như chất độn tạo khối và hỗ trợ che phủ. So với talc, cao lanh có khả năng hấp thụ dầu cao hơn, cải thiện cảm giác kiểm soát dầu cho da dầu, nhưng nếu dùng quá nhiều có thể khiến phấn quá khô và kém mịn màng. Do đó, cao lanh thường được kết hợp với mica hoặc silica.
Mỹ phẩm dạng kem như kem che khuyết điểm và sản phẩm tạo khối đôi khi chứa kaolin 3–10%, tận dụng đặc tính hấp thụ dầu của nó để ngăn dầu di chuyển và tăng độ đặc của kem để tránh bị lắng.
Lưu ý: Trong mỹ phẩm trang điểm mắt như phấn mắt, hàm lượng kaolin thường được giữ ở mức dưới 5–8% để tránh ảnh hưởng đến độ lên màu và độ bám dính của da, mặc dù khả năng hấp thụ dầu của nó có thể giúp ngăn ngừa nếp nhăn trên mí mắt nhờn.
Sản phẩm làm sạch
Mặt nạ làm sạch/mặt nạ bùn là một trong những ứng dụng kinh điển nhất của cao lanh. Trong các công thức thông thường, cao lanh được pha trộn với các loại đất sét khác (ví dụ: bentonit, montmorillonit), với hàm lượng có thể lên tới 20–40% (ở dạng sệt). Cao lanh đóng vai trò là chất hấp phụ chính trong mặt nạ bùn, có khả năng thẩm thấu vào lỗ chân lông để hấp thụ dầu, bụi bẩn và tạp chất, giúp làm sạch và tẩy nhờn lỗ chân lông.
Trong các sản phẩm tẩy tế bào chết, bột kaolin mịn có thể đóng vai trò như một chất mài mòn nhẹ, giúp loại bỏ tế bào da chết đồng thời hấp thụ bã nhờn mà không gây ra các vết xước nhỏ như một số loại vỏ hạt.
Trong các loại sữa rửa mặt dùng hàng ngày, đôi khi người ta thêm kaolin 1–5% để tăng cường khả năng làm sạch và kết cấu: kaolin có thể kết hợp với chất hoạt động bề mặt để loại bỏ dầu và mỡ, đồng thời mang lại cảm giác mịn màng, đặc sệt cho kem.
Một số loại kem lót/lotion kiểm soát dầu có chứa một lượng nhỏ kaolin (1–3%) có tác dụng hấp thụ bã nhờn lâu dài để duy trì lớp nền lì, đồng thời tạo độ trơn để dễ thoa.
Chăm sóc tóc và cơ thể
Cao lanh ngày càng được sử dụng nhiều trong các loại xịt/bột gội đầu khô. Có thể thêm vào bột cao lanh với tỷ lệ 10-30%, trộn với tinh bột ngô, silica, v.v. Là bột nền cho dầu gội khô, cao lanh hấp thụ dầu thừa từ sợi tóc và da đầu hiệu quả, mang lại mái tóc bồng bềnh và tươi mới. Các hạt cao lanh nhỏ hơn bột talc, ít để lại cặn trắng và dễ chải hơn. Điều này khiến nó trở nên phổ biến trong nhiều sản phẩm dầu gội không chứa nước.
Trong các sản phẩm ngăn tiết mồ hôi/khử mùi (ví dụ: phấn khử mùi cơ thể, phấn khử mùi chân), cao lanh giúp giảm mùi cơ thể bằng cách hấp thụ độ ẩm từ mồ hôi và hấp phụ các phân tử mùi (ví dụ: axit béo chuỗi ngắn). Công dụng điển hình là 15–30%, kết hợp với natri bicacbonat, kẽm oxit, v.v., để tạo ra hiệu ứng hấp phụ vật lý và kháng khuẩn kép.
Cần lưu ý rằng nhờ khả năng hấp thụ amoniac và amin hữu cơ, cao lanh có thể giúp giảm mồ hôi và mùi hôi chân. So với các chất hấp thụ mùi như đất diatomit, cao lanh dịu nhẹ và ít gây kích ứng da.
Chăm sóc da mặt trời
Bản thân cao lanh không phải là chất lọc tia UV chính nhưng có thể hoạt động như một chất hỗ trợ làm mờ vật lý. Các nghiên cứu cho thấy việc bổ sung cao lanh mịn vào công thức kem chống nắng có thể làm tăng khả năng tán xạ và hấp thụ tia UV. Đồng thời, cao lanh tạo cảm giác khô thoáng cho da, giảm độ nhờn rít của các công thức kem chống nắng có chỉ số SPF cao.
Tuy nhiên, tác dụng bảo vệ của cao lanh kém hơn nhiều so với các chất màu UV chuyên dụng (TiO₂, ZnO) và việc đưa nó vào chủ yếu nhằm mục đích hỗ trợ và cân nhắc về kết cấu.
Cây son
Trong son lì, son bùn và các hệ thống son kem lì chứa nhiều dầu khác, cao lanh thường được sử dụng làm chất tạo cấu trúc và phấn phủ lì. Liều lượng sử dụng thường là 3-10%. Cao lanh có thể hấp thụ một phần dầu trong son, ngăn ngừa đổ mồ hôi (tiết dầu) và tăng độ cứng của son để tránh bị biến dạng. Cao lanh cũng tạo nên lớp nền lì, làm giảm độ bóng tự nhiên của son. Vì các hạt cao lanh rất mịn, chúng có thể tạo cảm giác hơi sạn; do đó, nên sử dụng với các loại phấn mịn như talc và mica để đảm bảo son lên môi đều màu.
Kem & Sữa dưỡng thể
Trong các công thức chăm sóc da như kem và sữa dưỡng, kaolin được sử dụng ở nồng độ thấp (thường <2%), chủ yếu để điều chỉnh cảm ứng và hỗ trợ làm đặc/huyết tương. Ngoài ra, đặc tính hấp phụ của nó có thể được sử dụng trong kem trị mụn để hấp thụ dịch tiết viêm từ bề mặt da, hỗ trợ làm khô và chữa lành vết thương (một số miếng dán trị mụn sử dụng nguyên lý hấp thụ chất lỏng của đất sét).
2. [Key] Cân nhắc về công thức và quy trình
Thứ tự phân tán và làm ướt trước
Cao lanh là dạng bột mịn dễ bị kết tụ và vón cục nếu thêm trực tiếp vào pha nước. Việc phân loại cao lanh, trình tự và phương pháp phân tán chính xác là rất quan trọng.
Người ta thường khuyên nên làm ướt trước Trộn cao lanh với một lượng nhỏ chất lỏng để tạo thành hỗn hợp sệt trước khi đưa vào mẻ trộn chính. Đối với hệ thống nước, có thể sử dụng glycerin hoặc propylene glycol theo tỷ lệ 1:1 đến 1:2 với cao lanh để trộn sơ bộ, đảm bảo bề mặt từng hạt được làm ướt trước, tránh tiếp xúc trực tiếp với nước gây vón cục.
Nếu không thể phân tán trước, có thể rây từ từ cao lanh vào pha nước bằng cách khuấy tốc độ trung bình đến cao, duy trì khuấy đủ mạnh để phá vỡ các kết tụ ban đầu. Để giảm bụi, hãy cân nhắc thêm cao lanh dưới dạng bùn đã chuẩn bị (ví dụ: bột nhão rắn 50%).
Hơn nữa, xét về trình tự, cao lanh nên được phân tán trước khi thêm chất làm đặc và chất điện phân chính, vì độ nhớt cao hoặc cường độ ion cao có thể cản trở quá trình tách kết tụ đất sét.
Điều kiện cắt
Các hạt cao lanh ban đầu có thể tồn tại dưới dạng các tập hợp yếu, cần lực cắt cơ học đủ lớn để phân hủy.
Một sự kết hợp của khuấy và đồng nhất bằng chân vịt thường được sử dụng: đầu tiên dùng cánh khuấy tốc độ thấp để làm ướt và phân tán bột, sau đó chuyển sang khuấy tốc độ trung bình-cao (ví dụ: 300–800 vòng/phút, tùy thuộc vào thang đo) trong hơn 5 phút để đồng nhất hỗn dịch. Nếu có thể, xử lý cắt cao tiếp theo (ví dụ: máy đồng nhất rotor-stator 3000–5000 vòng/phút) trong 1–3 phút có thể làm giảm đáng kể các kết tụ mịn và cải thiện độ ổn định của hỗn dịch.
Nếu độ nhớt của hệ thống quá cao để đồng nhất hóa hiệu quả, thì việc đun nóng nhẹ (ví dụ: 40°C) hoặc thêm trước một số chất hoạt động bề mặt có thể hỗ trợ làm ướt và phân tán.
Thiết bị nghiền (ví dụ: máy nghiền bi, máy nghiền keo) thường không được sử dụng để phân tán kaolin trong mỹ phẩm, vì lực cắt quá mạnh có thể làm giảm kích thước hạt và tăng độ nhớt. Nhìn chung, làm ướt và trương nở kỹ lưỡng bằng cách khuấy tốc độ trung bình-cao, bổ sung bằng phương pháp đồng nhất hóa lực cắt cao trong thời gian ngắn, là một quy trình vận hành chuẩn (SOP) hiệu quả cho việc phân tán kaolin.
3. Khả năng tương thích với các thành phần của công thức
Khả năng tương thích với chất hoạt động bề mặt
Cao lanh tương tác khác nhau với các chất hoạt động bề mặt có điện tích khác nhau, đòi hỏi phải cân nhắc trong quá trình thiết kế công thức.
Chất hoạt động bề mặt anion (ví dụ: SLS, gốc xà phòng): Nhìn chung có khả năng tương thích tốt. Các ion âm từ chất hoạt động bề mặt anion trong nước có thể hấp phụ lên các cạnh tích điện dương của cao lanh, nhưng vì cao lanh nhìn chung mang điện tích âm ở pH kiềm thông thường và bản thân chất hoạt động bề mặt anion có khả năng phân tán tốt, cao lanh thường duy trì trạng thái lơ lửng tốt trong các hệ thống chất hoạt động bề mặt anion.
Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính/không ion (ví dụ: Cocamidopropylamine Oxide, APG): Thường không ảnh hưởng mạnh đến sự phân tán của kaolin. Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính có thể mang các điện tích khác nhau tùy thuộc vào độ pH, nhưng nhìn chung có tác động hạn chế đến mạng lưới sét ở nồng độ thấp và có thể được sử dụng làm chất làm ướt phụ trợ. Chất hoạt động bề mặt không ion chủ yếu làm giảm sức căng bề mặt của nước để hỗ trợ quá trình làm ướt và không gây ra hiện tượng keo tụ; chúng thậm chí có thể giúp ổn định huyền phù.
Chất hoạt động bề mặt cation (ví dụ, Chất điều hòa Amoni bậc bốn): Cần đặc biệt lưu ý. Chất hoạt động bề mặt cation bị cao lanh hấp phụ mạnh (do bề mặt và lớp xen kẽ của cao lanh thường mang điện tích âm). Điều này dẫn đến hai vấn đề tiềm ẩn: 1) Nồng độ hiệu dụng của chất hoạt động bề mặt cation trong công thức giảm (bị hấp phụ/“ăn mòn” bởi đất sét), có khả năng ảnh hưởng đến hiệu quả của nó. 2) Cation có thể liên kết các hạt đất sét, gây ra hiện tượng keo tụ và làm tăng mạnh độ nhớt. Các nghiên cứu cho thấy trong hệ thống chất hoạt động bề mặt cation-cao lanh, một mạng lưới hỗn hợp đất sét-chất hoạt động bề mặt được hình thành, làm tăng ứng suất chảy.
Do đó, trong các công thức cần cả chất hoạt động bề mặt cation (ví dụ: chất nhũ hóa cation, dầu xả tóc) và kaolin, hệ thống có thể bị đặc lại và độ ổn định có thể giảm. Nếu cần sự đồng tồn tại, nên: (1) Giảm thiểu tiếp xúc trực tiếp, ví dụ, phân tán cao lanh trong pha nước và thêm chất hoạt động bề mặt cation đã nhũ hóa trước với pha dầu ở nhiệt độ thấp. (2) Kiểm tra trước tác động của các trình tự bổ sung khác nhau đối với độ nhớt của hệ thống. (3) Nếu cần, sử dụng chất cô lập (ví dụ, polyphosphat) để xử lý trước bề mặt cao lanh, chiếm các vị trí để ngăn ngừa sự hấp phụ cation.
Tác dụng của chất điện giải, ion đa hóa trị
Nhiều công thức có chứa chất điện phân, các ion của chúng có thể làm suy yếu lực đẩy điện tích giữa các hạt cao lanh, gây ra hiện tượng kết bông. Cation hóa trị hai Giống như Ca²⁺, Mg²⁺ đặc biệt hiệu quả, có khả năng kết nối các hạt cao lanh, trung hòa điện tích âm trên bề mặt silicat và chất hoạt động bề mặt anion, biến hỗn dịch thành gel. Kinh nghiệm cho thấy nồng độ muối hóa trị hai >0,1% có thể làm tăng đáng kể độ nhớt và ứng suất của cao lanh dạng sệt.
Các ion đơn trị như Na⁺ có tác động tương đối nhỏ hơn, nhưng nồng độ NaCl cao (>1%) cũng có thể nén lớp kép, gây ra hiện tượng keo tụ nhẹ. Do đó, khi sử dụng cao lanh trong các công thức có chứa muối (ví dụ: MgCl₂ trong mặt nạ bùn Biển Chết), hãy cân nhắc giảm các chất làm đặc khác để tránh độ nhớt quá mức, hoặc sử dụng cao lanh đã qua xử lý kỵ nước (ít nhạy cảm với ion) làm chất thay thế một phần.
Độ pH cũng ảnh hưởng đến trạng thái ion: ở pH cao (>8), hầu hết các ion kim loại tạo thành kết tủa hoặc phức chất hydroxide, và kaolin tích điện âm có thể ổn định hơn; xung quanh pH trung tính đến hơi axit, các ion kim loại tồn tại và thúc đẩy quá trình keo tụ. Do đó, khi điều chỉnh pH, nên hướng đến pH trung tính đến hơi kiềm để phân tán kaolin ổn định (trừ khi đặc tính sản phẩm yêu cầu tính axit).
Keo polyme
Cao lanh thường tồn tại cùng với các polyme làm đặc để đạt được kết cấu mong muốn, nhưng chúng có thể tương tác hiệp đồng hoặc cạnh tranh, đòi hỏi phải phân tích cụ thể.
Guar Gum, Xanthan Gum (Polysaccharides anionic): Các loại gum này có thể làm rối các hạt kaolin, tăng cường độ bền mạng lưới, biểu hiện qua độ nhớt và tính lưu biến tăng lên – một hiệu ứng làm đặc hiệp đồng. Dung dịch Xanthan Gum vốn có tính lưu biến; việc thêm kaolin sẽ chồng các mạng lưới lên nhau, tạo thành gel bền hơn khi ở trạng thái nghỉ. Sự kết hợp này rất có lợi khi dùng làm mặt nạ: một lượng nhỏ xanthan gum (0,2–0,5%) có thể ngăn ngừa tình trạng mặt nạ bùn kaolin nhỏ giọt và cải thiện khả năng dàn trải. Tuy nhiên, cần kiểm soát lượng xanthan gum, vì lượng dư thừa có thể làm giảm hiệu quả se khít của mặt nạ khi khô.
Dẫn xuất cellulose (HEC, CMC, v.v.): Các polyme cellulose không ion hoặc anion chủ yếu ổn định huyền phù kaolin bằng cách tăng độ nhớt pha liên tục. Không có sự không tương thích cụ thể nào, nhưng nồng độ cellulose cao có thể bao bọc các hạt đất sét, làm chậm quá trình lắng đọng nhưng cũng làm suy yếu tính chất lưu biến vốn có của đất sét. Nên thêm dung dịch cellulose sau khi kaolin đã phân tán hoàn toàn; nếu không, môi trường có độ nhớt cao sẽ cản trở quá trình tách kết tụ.
Chất điều chỉnh lưu biến Acrylic (ví dụ: Carbomer, Anionic): Ở trạng thái chưa trung hòa, Carbomer là một gel yếu, và việc thêm kaolin sẽ làm đặc lại một chút. Tuy nhiên, khi được trung hòa (pH ~7), các chuỗi Carbomer sẽ giãn nở, giải phóng các anion có thể tương tác tĩnh điện với các cạnh tích điện dương của kaolin, có khả năng gây ra hiện tượng kết bông hoặc tách pha. Do đó, việc thêm kaolin vào kem nền Carbomer cần thận trọng; cần thử nghiệm trước để điều chỉnh nồng độ Carbomer hoặc xem xét các chất làm đặc thay thế (ví dụ: Acrylates/Steareth-20 Methacrylate Copolymer, có khả năng chịu ion tốt hơn).
Đất sét Montmorillonite/Bentonite: Kaolin đôi khi được kết hợp với một lượng nhỏ bentonite (5–10%) trong mặt nạ bùn, tận dụng khả năng trương nở cao của bentonite để xây dựng cấu trúc và tăng cường độ nhớt cũng như độ ổn định của hệ thống. Hệ hỗn hợp Kaolin-Bentonite tạo thành cấu trúc phân cấp: bentonite cung cấp độ nhớt đàn hồi cho bộ khung, còn kaolin lấp đầy và gia cố khung.
Các hạt keo hữu cơ (ví dụ, vi cầu nhũ tương, vi nang): Kaolin thường không có tương tác trực tiếp, nhưng lưu ý rằng kaolin có thể hấp thụ chất hoạt động bề mặt hoặc các phân tử tích điện từ vật liệu thành vi nang, có khả năng gây ra hiện tượng kết tụ vi nang.
Kết hợp với bột màu/bột lọc tia UV
Cao lanh thường được kết hợp với các loại bột khác trong mỹ phẩm màu và kem chống nắng. Sự kết hợp hợp lý có thể mang lại hiệu quả hiệp đồng.
Với Titanium Dioxide/Kẽm Oxit: Kem chống nắng vật lý có xu hướng kết tụ và lắng đọng ở nồng độ cao. Việc bổ sung cao lanh giúp tách các hạt có chiết suất cao này, thúc đẩy sự phân tán đồng đều và giảm sự khác biệt về mật độ để ngăn ngừa lắng đọng. Cao lanh cũng có thể hấp thụ một số pha dầu, làm giảm xu hướng kết tụ của ZnO, v.v. trong dầu.
Với sắc tố màu (Oxit sắt, Ultramarine, v.v.): Kaolin là chất vô cơ và ổn định, ít có khả năng phản ứng hóa học với các sắc tố màu. Tuy nhiên, khả năng hấp phụ của nó có thể hấp thụ các chất xử lý bề mặt hữu cơ. Ví dụ, các sắc tố đã qua xử lý (ví dụ, oxit sắt đen đã qua xử lý silane) có thể bị mất các chất xử lý vào đất sét khi tiếp xúc, làm giảm ái lực bề mặt của sắc tố và gây khó khăn cho việc phân tán. Do đó, nếu sử dụng nhiều kaolin, tốt nhất nên chọn sắc tố màu làm chưa được xử lý hoặc được phủ trước bằng các loại nhựa để tránh tác động lẫn nhau đến độ bền màu.
Với sắc tố ngọc trai: Bột màu ngọc trai (mica/thủy tinh phủ TiO₂) thường được dùng trong các loại phấn highlight. Việc sử dụng cao lanh cần thận trọng vì bản chất lì của nó có thể làm giảm độ bóng ngọc trai. Do đó, cao lanh thường được tránh sử dụng trong các sản phẩm phấn highlight hoặc chỉ dùng với lượng rất ít để điều chỉnh độ bóng. Nếu muốn kiểm soát độ bóng nhẹ, có thể sử dụng cao lanh có kích thước hạt lớn hơn để giảm thiểu ảnh hưởng đến độ bóng.
Với bột độn hình cầu (Bột PMMA/Nylon, v.v.): Cao lanh có thể được sử dụng cùng với các vi hạt hữu cơ để tăng mật độ đóng gói bột và kiểm soát dầu. Tuy nhiên, cao lanh đặc hơn và có xu hướng lắng xuống trong chai, trong khi các vi hạt hữu cơ nhẹ hơn và có thể nổi. Có thể cần sử dụng chất tạo huyền phù hoặc xử lý bề mặt để cân bằng mật độ.
Tối ưu hóa phân loại Kaolin để tăng hiệu suất
Hiệu quả của cao lanh trong các ứng dụng đa dạng này phụ thuộc vào phân bố kích thước hạt của nó. Việc phân loại cao lanh chính xác trong quá trình xử lý, có thể sử dụng các hệ thống tiên tiến như máy phân loại khí HTS315, đảm bảo hiệu suất nhất quán. Việc phân loại cao lanh đúng cách ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc tính quan trọng như khả năng hấp thụ dầu, kết cấu, độ che phủ và độ ổn định của huyền phù, cho phép các nhà điều chế lựa chọn cấp độ lý tưởng cho từng ứng dụng mỹ phẩm cụ thể, từ bột mịn đến mặt nạ bùn giàu dưỡng chất.
III. Danh sách kiểm tra chất lượng và an toàn
Để đảm bảo chất lượng và độ an toàn của nguyên liệu thô và thành phẩm chứa kaolin, các điểm kiểm tra chính được liệt kê dưới đây:
Kiểm soát độ tinh khiết của nguyên liệu thô: Mỗi lô cao lanh phải kèm theo giấy chứng nhận phân tích xác nhận không có tạp chất vượt quá giới hạn. Đặc biệt, silica tinh thể tự do Hàm lượng (thạch anh) phải rất thấp (gần như không có trong các loại đã rửa) để tránh nguy cơ hít phải bụi silic. Các tạp chất kim loại nặng (Pb, As, Cd, Hg, v.v.) phải tuân thủ các quy định.
Rủi ro và Kiểm soát Vi sinh: Mặc dù là khoáng chất vô cơ, cao lanh có thể mang theo bào tử vi khuẩn kháng chất hút ẩm. Yêu cầu tổng số lượng vi khuẩn sống <1000 CFU/g, nấm mốc và nấm men <100 CFU/g, và không có mầm bệnh cụ thể khi mua. Cao lanh được xử lý bằng γ chiếu xạ (gamma) hoặc có thể lựa chọn nung ở nhiệt độ cao. Trong các công thức hoàn thiện, lưu ý khả năng hấp phụ chất bảo quản của cao lanh (một số chất bảo quản như hợp chất amoni bậc bốn có thể bị hấp phụ và bất hoạt bởi đất sét).
Tính nhất quán về hiệu quả của sản phẩm: Vì cao lanh là khoáng chất tự nhiên, kích thước hạt, độ trắng và độ hấp thụ dầu có thể thay đổi đôi chút giữa các lô. Thiết lập các tiêu chuẩn chất lượng nội bộ, ví dụ: phạm vi biến thiên D50 ±X µm, độ trắng ±Y, để đảm bảo hiệu suất sản phẩm đồng đều giữa các lô.
Bằng cách tuân theo danh sách kiểm tra trên, có thể đảm bảo kiểm soát chất lượng một cách có hệ thống từ khâu mua nguyên liệu thô, hoạt động sản xuất đến an toàn thành phẩm, giúp mỹ phẩm chứa kaolin an toàn, hiệu quả và tuân thủ các yêu cầu quy định.
Hợp tác với Epic Powder
Để đạt được sự phân bố kích thước hạt chính xác, điều quan trọng đối với cao lanh mỹ phẩm hiệu suất cao đòi hỏi công nghệ tiên tiến. Tại Bột EpicMáy phân loại khí HTS315 của chúng tôi được thiết kế để mang lại độ chính xác vượt trội trong phân loại cao lanh. Chúng tôi có thể xử lý hiệu quả cao lanh 400 mesh thành bột siêu mịn D97 5,80 µm và D50 15,20 µm. Khả năng kiểm soát chính xác này trực tiếp cải thiện các đặc tính quan trọng như cảm giác da, độ mờ đục và khả năng hấp thụ dầu. Nó cho phép bạn phát triển các sản phẩm mỹ phẩm cao cấp.
Khai phá tiềm năng của các công thức chế phẩm từ cao lanh. Liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay để tìm hiểu cách máy phân loại khí HTS315 và chuyên môn về phân loại cao lanh của chúng tôi có thể mang lại lợi ích cho quy trình sản xuất của bạn.
