Celosvětový trh s kosmetikou pro péči o pleť a barvami přesáhl v roce 2002 částku 53 miliard dolarů. Počet nových výrobků uváděných na trh se stále exponenciálně rozšiřuje. Kosmetičtí chemici stále hledají zajímavé a exotické přísady, které zlepšují vzhled a zdraví pleti. K dodání těchto výrobků je zapotřebí obrovské množství sloučenin. Poslední vydání slovníku Cosmetics Toiletries and Fragrance Association (CTFA) uvádí více než 10 000 surovin. Každý rok přibývají stovky nových složek k seznamu těch, které se používají již po staletí. Některé dnes používané suroviny lze vysledovat až do doby 11 000 let př. n. l. na kresbách zvířat z jeskyní v Altimiře.
Historie
Vznik přípravků pro péči o pleť se datuje kolem roku 3000 př. n. l. ve starém Egyptě. Většina odvarů se připravovala z přírodních materiálů. Kleopatra se údajně koupala v oslím mléce, aby si udržela hladkou a pružnou pokožku. Jedním z přírodních materiálů, které starověcí lidé používali, byl červený okr neboli oxid železitý. Hrudky červené rudy vznikaly při oxidaci nebo rezavění železa. Červený oxid železitý se nacházel v pohřebních hrobkách v obřadních barvách na rty a růžových přípravcích. Používal se také ke kreslení starověkých jeskynních obrázků zvířat, jak je vidět v Altimiře, a dodnes se používá v mnoha líčidlech
dnes. Barvy na oči byly nalezeny také na starověkých pohřebištích. Tyto barvy se skládaly především ze zelené rudy na bázi mědi zvané malachit, která se těžila v blízkých lomech. K výrobě raných kožních mastí se kombinoval živočišný tuk s vonnými látkami, jako je kadidlo a myrha. Složitější krémy a pleťové vody byly vyladěny metodou pokusů a omylů a předávaly se po mnoho generací.
Emulze
Většina krémů a pleťových vod jsou emulze. Emulzi lze jednoduše definovat jako dvě nemísitelné kapaliny, v nichž je jedna kapalina rozptýlena v podobě jemných kapiček v druhé. Homogenizované mléko je příkladem typické emulze olej ve vodě (o/w). Mléčný tuk (olej) je při homogenizaci rozptýlen ve vodě v podobě jemných kapiček. Důvodem, proč tuk ihned nevyplave na povrch, je přítomnost emulgátorů; v tomto případě mléčné bílkoviny zvané kaseinát sodný a několika fofolipidů. V případě emulzí voda v oleji (w/o) je voda rozptýlena ve formě kapiček a suspendována v olejové fázi. Nedispergovaná kapalina nebo vnější suspenzní fáze se také nazývá kontinuální fáze. Příkladem emulze voda v oleji je majonéza, octová voda rozptýlená ve formě jemných kapiček v kontinuální fázi sójového oleje. Emulzi majonézy stabilizuje vaječný lecitin.
Povrchově aktivní látky
Většinu emulgátorů lze považovat za povrchově aktivní látky nebo povrchově aktivní látky. Tyto látky jsou schopny snižovat povrchové napětí vody. To, co činí emulgátor povrchově aktivním, souvisí s jeho HLB neboli hydrofilně-lipofilní rovnováhou. HLB je určena velikostí hydrofilní (vodu milující nebo polární) části molekuly ve srovnání s velikostí lipofilní (vodu milující nebo nepolární) části. Systém HLB byl vytvořen za účelem hodnocení relativní polarity materiálů. Nejpolárnější, ve vodě rozpustné materiály jsou na vrcholu dvacetibodové stupnice, nepolárnější, v oleji rozpustné materiály jsou blíže nule. Kaseinátu sodnému je kvůli jeho vysoké rozpustnosti ve vodě přiřazena hodnota HLB kolem čtrnácti. Lecitin, který je ve vodě špatně rozpustný, má hodnotu HLB přibližně šest. Oba mají polární skupiny. Polární skupinou v mléčné bílkovině je sodík. Povrchově aktivní složkou lecitinu je molekula zvaná fosfotidylcholin neboli PC (viz obrázek 1). Polární neboli ve vodě rozpustná část PC je fosfátová funkční skupina. Polární skupiny emulgátorů se orientují směrem k polární vodní fázi. Jejich lipofilní, nepolární skupiny se orientují směrem k olejové fázi a vytvářejí micely (viz obrázek 2). Tyto sférické struktury zajišťují stabilitu emulze prostřednictvím vodíkové vazby a slabých elektrických sil.
Emulgátory pro péči o pokožku lze rozdělit do dvou skupin na základě iontového náboje (viz obrázek 3). Materiály, které mohou disociovat na nabité druhy, se považují za iontové, zatímco ty, které tak nečiní, se nazývají neiontové. Iontové emulgátory lze dále rozdělit podle typu náboje. Anionické látky jsou při rozpouštění nabité záporně, jako je tomu u stearanu sodného nebo mýdla.
Při reakci mastných kyselin se zásadami vznikají mýdla. Proces vzniku mýdla se nazývá zmýdelnění. Záporně nabitá skupina kyseliny stearové je hlavní emulgační jednotkou mýdla, což mu dává aniontovou klasifikaci. Kladně nabité emulgátory se nazývají kationtové. Emulgující jednotka kvarternium24 disociuje na kladně nabitou amonnou skupinu. Amfoterní látky jsou sloučeniny, které vyjadřují jak záporný, tak kladný náboj.
Neiontové emulgátory se často používají v emulzích pro péči o pokožku pro jejich bezpečnost a nízkou reaktivitu. Obecně se klasifikují podle chemické podobnosti. Glycerin, který se běžně přidává do kosmetických emulzí pro své zvlhčující vlastnosti, je základem třídy emulgátorů nazývaných glycerylové estery . Glycerylmonostearát neboli GMS se nazývá monoester kvůli své jediné esterové vazbě (viz obrázek 4). Diester se připravuje esterifikací dvou molekul kyseliny stearové na každou molekulu glycerinu. Glycerylové mono- a diestery jsou velmi účinné emulgátory, protože obsahují jak polární hydroxylové (OH) skupiny, tak nepolární mastné kyseliny. Pokud dojde k reakci všech tří hydroxylových skupin glycerinu, výsledný triester bude mít malou emulgační schopnost.
Kyselina stearová se nazývá mastná kyselina C18. Mastné kyseliny, přítomné v tucích a olejích, se klasifikují podle délky uhlíkového řetězce. Protože kyselina stearová je hlavní složkou mnoha tuků a olejů používaných v kosmetických procedurách, jsou emulgátory na bázi stearátů obzvláště užitečné. Mastné kyseliny jsou klíčovými složkami mnoha kosmetických emulgátorů díky své mísitelnosti v různých přírodních a syntetických olejích.
Estery polyethylenglykolu nebo ethylenglykolu se nazývají estery PEG. Rozpustnost esteru PEG je dána počtem molekul PEG reagujících na jednu molekulu kyseliny. Například PEG 6 oleát má šest molekul PEG zreagovaných s jednou molekulou kyseliny olejové. S rostoucím počtem polárních molekul PEG na molekulu kyseliny se zvyšuje rozpustnost ve vodě/HLB; PEG 8 oleát je rozpustnější než PEG 6 oleát. Kosmetický chemik často používá směsi esterů glycerylu a esteru PEG s vysokou a nízkou hodnotou HLB, aby určil požadovanou polaritu pro emulgaci různých tuků a olejů. Mnoho typů emulgátorů je příliš mnoho na to, abychom je zde uváděli, nicméně McCutcheon’s Emulsifiers and Detergents je vynikajícím zdrojem pro úplnější výčet.
Emoliencia
Většina emoliencií používaných v předmětech osobní péče a kosmetice jsou tuky a oleje, nazývané také lipidy. Živočišný tuk nebo lůj se skládá především z kyselin stearové a palmitové s délkou uhlíkových řetězců 18, resp. 16. Tyto kyseliny se skládají ze dvou částí. Mnoho velkých kosmetických společností přechází od materiálů živočišného původu, jako je lůj, k obnovitelným materiálům rostlinného původu. Často se používá kokosový olej a palmojádrový olej. Mezi klíčové vlastnosti vyžadované u dobrých emoliencií patří dobrá roztíratelnost, nízká toxicita/dráždivost pro pokožku a dobrá oxidační stabilita. Kyselina olejová, hlavní složka olivového oleje, má kvůli přítomnosti dvojné vazby špatnou oxidační stabilitu. Tuky a oleje se považují za nasycené, pokud nemají dvojnou vazbu. Nenasycené oleje, jako je olivový olej, mají dvojné vazby, které mohou reagovat s kyslíkem, zejména při zahřívání. Oxidační proces může u lipidů vyvolat zabarvení a zápach, což způsobuje jejich žluknutí a nepoužitelnost.
Změkčovadla na bázi ropy, jako je vazelína a minerální olej, se vyskytují v mnoha přípravcích, protože neobsahují dvojné vazby ani reaktivní funkční skupiny. Silikonové oleje, jako je cyklomethicon, dimethicon, se často přidávají pro zvýšení kluznosti a zvláčnění (viz obrázek 5).
Oleje, které obsahují vysoké množství esenciálních mastných kyselin, EFA, jsou ceněny pro svou schopnost doplňovat lipidy (oleje), které se přirozeně nacházejí ve vrstvách pokožky. Příkladem EFA je kyselina linolová. Alkoholy s dlouhým řetězcem, nazývané také mastné alkoholy, jsou užitečné jako změkčovadla a stabilizátory emulzí. Jejich polární hydroxylové skupiny se orientují na vodní fázi, přičemž jejich mastné řetězce jsou orientovány na fázi olejovou. Estery mastných alkoholů a mastných kyselin jsou vynikajícími emoliencii díky své nízké reaktivitě a dobré stabilitě.
Lanolin, získávaný z ovčí vlny, se často nazývá vlněný tuk. Lanolin se používá po staletí díky svému jedinečnému složení komplexních sterolů, mastných alkoholů a mastných kyselin. Cholesterol, cyklická molekula nazývaná
sterol, je hlavní složkou. Polární hydroxylové skupiny sterolů a alkoholů umožňují tukům absorbovat a zadržovat vodu. Kůže se skládá především z vody, k její výživě a ochraně se používá nespočet olejů a zvláčňujících látek.
Zvlhčující látky
Hlavním rozdílem mezi zvlhčujícími a zvláčňujícími látkami je jejich rozpustnost ve vodě. Zdravá pokožka vyžaduje vlhkost. Zvlhčující látky jsou obecně polární materiály, které mají hygroskopickou povahu; zadržují vodu. Důležitým nástrojem pro posouzení účinnosti hydratačních prostředků je vysoký rozsah. Měří transepidermální ztrátu vody neboli TEWL. Po nanesení hydratačního přípravku na pokožku se zaznamená hladina vlhkosti. Po několika minutách se hladina vlhkosti sníží v důsledku přirozené tendence pokožky vlhkost časem uvolňovat. Složky, které dokáží udržet vysokou úroveň vlhkosti v horních vrstvách pokožky po dobu několika hodin, mohou snížit rychlost ztráty vody. Glycerin je velmi cenově výhodná složka používaná ke snížení TEWL. Sorbitol, sacharóza, glukóza a další cukry se také běžně používají k hydrataci pokožky. Aloe, která obsahuje směs polysacharidů, sacharidů a minerálů, je vynikajícím hydratačním prostředkem. Vzhledem k tomu, že v zimních měsících je pokožka sušší, může být nutné zařadit materiály, které lépe uzavírají vlhkost v pokožce.
Vosky
Vosky se skládají především z esterů s dlouhým řetězcem, které jsou při pokojové teplotě pevné. Každý, kdo někdy ponořil prst do roztaveného vosku, poznal jeho těsnicí vlastnosti. Mezi běžné vosky používané v kosmetice patří včelí vosk, kandelilla, karnauba, polyethylen a parafín. Teploty tání vosků se značně liší v závislosti na jejich jedinečném složení a délce řetězce. Vosky, které se běžně používají v balzámech a tyčinkách na rty, fungují jako strukturovací činidla a dodávají tyčinkám dostatečnou tuhost, aby mohly samy stát, a také bariérové vlastnosti. Kombinací vosků s různými vlastnostmi, jako je vysoký lesk, pružnost a křehkost, lze dosáhnout optimálních kosmetických vlastností. Často se vosky kombinují s kompatibilními oleji, aby se dosáhlo požadované jemnosti. Kompatibilita se obvykle určuje měřením zákalu a stupně separace dvou materiálů smíchaných dohromady nad jejich body tání. Vosky jsou zvláště užitečné v krémech na ruce a emulzích řasenek pro své zahušťovací a voděodolné vlastnosti.
Zahušťovadla
Začleněním dostatečného množství vosku do řídkého krému lze vytvořit hustý krém. Mnohá zahušťovadla jsou polymery. Celulóza, jemný práškový polymer s opakujícími se
D-glukózové jednotky, v horké vodě bobtná a vytváří gelovou síť. Karbopol, polyakrylová kyselina, bobtná při neutralizaci (viz obrázek 6). Bentonové jíly bobtnají, když se jejich struktura, připomínající hromádku karet, otevře mechanickým smykem. Karagenan, pektin a guma ze svatojánského chleba jsou příklady kosmetických zahušťovadel, která se používají také v některých našich oblíbených potravinách, jako jsou želé, salátové dresinky a náplně do koláčů.
Aktivní složky
Materiály, které fyziologicky působí v kůži nebo pomáhají chránit kůži před poškozením, se také nazývají aktivní složky. Termín „kosmeceutické přípravky“, který zavedl známý dermatolog Dr. Albert Kligman, označuje výrobek, který je na pomezí kosmetického přípravku a léčiva. Ačkoli kosmetický přípravek může podle zákonné definice sloužit pouze ke zkrášlení a ochraně povrchu kůže, u mnoha kosmetických přípravků lze prokázat, že pronikají do dermálních vrstev kůže a vyvolávají fyziologické změny.
Příkladem aktivního materiálu jsou ovocné kyseliny. Nazývají se také alfa-hydroxykyseliny nebo AHA a mají schopnost pronikat do pokožky, kde mohou zvýšit produkci kolagenu, elastinu a vnitrobuněčných látek, a tím zlepšit vzhled pokožky. Používají se tisíce kosmetických aktivních látek, které různými způsoby ovlivňují pokožku. Používají se k zesvětlení, vypnutí a zpevnění pokožky. Mohou být použity k potlačení pocení jako v případě chlorhydrátu hlinitého. Kyselina salicylová a benzoylperoxid jsou důležitými složkami kvůli jejich účinku proti akné (viz obrázek 7). Některé účinné látky se přidávají do přípravků na ošetření pleti, aby chránily pleť před vlivy prostředí. Dimetikon a vazelína jsou příklady látek chránících pokožku.
Opalovací krémy
Opalovací krémy jsou třídou sloučenin, které chrání pokožku před ultrafialovým zářením. Kůži poškozují zejména vlnové délky mezi 290 nm a 400 nm. Schopnost opalovacích krémů absorbovat nebo odrážet tyto škodlivé vlnové délky se hodnotí jejich SPF neboli ochranným faktorem proti slunečnímu záření. Například osoba chráněná opalovacím krémem s faktorem 15 vydrží na slunci patnáctkrát déle než nechráněná. Mezi důležité lokální opalovací krémy patří oktylmethoxycinamát, oktylsalicylát, oxid titaničitý a avobenzon. Lze je klasifikovat jako UVA nebo UVB opalovací krémy v závislosti na vlnové délce, kterou absorbují. Benzofenon 4, ve vodě rozpustný UV filtr, se běžně používá k ochraně barvy kosmetických výrobků.
Barva
Pigmenty a barviva se ve výrobcích používají k dodání barvy. Oxid titaničitý (TiO 2 ) je bílý pigment, který se těží. V kombinaci s přírodními těženými a syntetickými oxidy železa, jejichž barva se pohybuje od červené, žluté, černé a hnědé v závislosti na stupni oxidace a hydratace, lze získat barevnou škálu vhodnou pro téměř každý odstín pleti. Pudry na obličej se vyrábějí smícháním anorganických oxidů a plniv. Plnidla jsou inertní, obvykle levné materiály, jako je kaolin, mastek, oxid křemičitý a slída, které se používají k rozšíření a plnému rozvinutí barev. Lisované pudry, jako jsou oční stíny a tvářenky, se připravují smícháním dalších pojivových složek, jako jsou oleje a stearan zinečnatý, a lisováním směsi do misek.
Oční stíny a rtěnky často obsahují perleťové pigmenty běžně nazývané perly. Perly se třpytí a odrážejí světlo, čímž vytvářejí množství barev. Připravují se vysrážením tenké vrstvy barvy na tenkých destičkách slídy. Různou tloušťkou nanesené barvy se mění úhel lomu světla přes kompozit, čímž vznikají různé barvy.
Organické pigmenty se používají k barvení rtěnek a očních stínů. Pokud jsou organické látky vysráženy na substrátu, nazývají se jezerní pigmenty. Termín „jezerní“ odkazuje na odvápnění nebo vysrážení organické soli na kovovém podkladu, jako je hliník, vápník nebo baryum. Nazývají se D&C (lékové a kosmetické) a FD&C (potravinářské, lékové a kosmetické) barvy. Některé příklady jsou D&C Red#7 calcium lake a FD&C Yellow #5 aluminium lake. Barviva jako FD&C Blue#1 a D&C Yellow #10 jsou snadno rozpustná na rozdíl od pigmentů, které jsou nerozpustné. Barviva jsou užitečná při výrobě odstínů pro pleťové vody, oleje a šampony.
Konzervační látky
Většina kosmetických výrobků vyžaduje přidání konzervační látky, aby se zabránilo mikrobiální kontaminaci a žluknutí. Zdaleka nejčastěji se používají parabeny a estery kyseliny parabenzoové, protože jsou účinné proti grampozitivním bakteriím. Fenoxyethanol se používá k ochraně proti gramnegativním kmenům. Kosmetický chemik obvykle používá směs konzervačních látek na ochranu proti různým bakteriálním kmenům a také proti kvasinkám a plísním. Přidávají se také antioxidanty, jako je tokoferol (vitamin E) a BHT, které zabraňují oxidaci citlivých složek a také chrání pokožku před poškozením volnými radikály.
Závěr
Dokud bude společnost klást velký důraz na to, aby vypadala mladě a krásně, bude se kosmetické chemii dařit. Dobrá znalost základů emulzní chemie a fyziologie pokožky je při formulaci výrobků osobní péče nezbytným předpokladem. Dobrý kosmetický chemik musí umět spojit vědu a umění, aby vytvořil výrobky s pocitem a vzhledem, který si spotřebitelé přejí.