El mercado mundial de los cosméticos para el cuidado de la piel y el color superó los 53.000 millones de dólares en 2002. El número de nuevos productos que salen al mercado sigue creciendo exponencialmente. Los químicos cosméticos siempre están buscando ingredientes interesantes y exóticos que mejoren el aspecto y la salud de la piel. Se necesita una amplia gama de compuestos para suministrar estos productos. La última edición del Diccionario de la Asociación de Cosméticos, Artículos de Baño y Fragancias (CTFA) recoge más de 10.000 materias primas. Cada año se añaden cientos de nuevos ingredientes a la lista de los que se han utilizado durante siglos. Algunos materiales utilizados en la actualidad pueden rastrearse hasta el 11.000 a.C. en los dibujos de animales de las cuevas de Altimira.
Historia
La aparición de la formulación para el cuidado de la piel data de alrededor del año 3000 a.C. en el antiguo Egipto. La mayoría de los brebajes se preparaban con materiales naturales. Se dice que Cleopatra se bañaba en leche de burra para mantener su piel suave y flexible. Un material natural utilizado por los antiguos era el ocre rojo, u óxido de hierro. Los trozos de mineral rojo se formaban cuando el hierro se oxidaba o se oxidaba. El óxido de hierro rojo se encontraba en las tumbas funerarias en tintes labiales ceremoniales y preparados de colorete. También se utilizaba para dibujar los antiguos dibujos rupestres de animales, como se ve en Altimira, y todavía se utiliza en muchas formulaciones de maquillaje
en la actualidad. También se han encontrado pinturas oculares en antiguas tumbas. Estas pinturas consistían principalmente en un mineral verde a base de cobre llamado malaquita que se extraía de las canteras cercanas. La grasa animal se combinaba con sustancias aromáticas como el incienso y la mirra para producir los primeros ungüentos para la piel. Las cremas y lociones más sofisticadas se perfeccionaban mediante el método de ensayo y error y se transmitían a lo largo de muchas generaciones.
Emulsiones
La mayoría de las cremas y lociones son emulsiones. Una emulsión puede definirse simplemente como dos fluidos inmiscibles en los que un líquido se dispersa en forma de finas gotas en el otro. La leche homogeneizada es un ejemplo de emulsión típica de aceite en agua (o/w). La grasa de la leche (aceite) se dispersa en el agua en forma de finas gotas mediante el proceso de homogeneización. La razón por la que la grasa no flota en la superficie inmediatamente se debe a la presencia de emulsionantes; en este caso, una proteína de la leche llamada caseinato de sodio, así como varios fofolípidos. En el caso de las emulsiones de agua en aceite (w/o), el agua se dispersa en forma de gotas y se suspende en la fase oleosa. El líquido no disperso o la fase externa de suspensión también se denomina fase continua. La mayonesa, agua de vinagre dispersada en forma de finas gotitas en una fase continua de aceite de soja, es un ejemplo de emulsión de agua en aceite. La lecitina de los huevos estabiliza la emulsión de mayonesa.
Tensioactivos
La mayoría de los emulsionantes pueden considerarse tensioactivos o agentes tensioactivos. Estos materiales son capaces de reducir la tensión superficial del agua. Lo que hace que un emulsionante sea superficialmente activo está relacionado con su HLB, o equilibrio hidrófilo-lipófilo. El HLB viene determinado por el tamaño de la parte hidrofílica (amante del agua o polar) de una molécula en comparación con el tamaño de la parte lipofílica (amante del aceite o no polar). El sistema HLB se creó para clasificar la polaridad relativa de los materiales. Los materiales más polares, solubles en agua, están en la parte superior de la escala de veinte puntos, mientras que los materiales más apolares, solubles en aceite, están más cerca de cero. El HLB del caseinato de sodio tiene un valor de alrededor de catorce debido a su alta solubilidad en el agua. La lecitina, al ser poco soluble en agua, tiene un valor HLB de aproximadamente seis. Ambas tienen grupos polares. El grupo polar de la proteína de la leche es el sodio. El componente tensioactivo de la lecitina es una molécula llamada fosfotidilcolina o PC (véase la figura 1). La parte polar o soluble en agua de la PC es el grupo funcional fosfato. Los grupos polares de los emulsionantes se orientan hacia la fase polar del agua. Sus grupos lipofílicos, no polares, se orientan hacia la fase oleosa para formar micelas (véase la figura 2). Estas estructuras esféricas proporcionan estabilidad a la emulsión mediante enlaces de hidrógeno y fuerzas eléctricas débiles.
Los emulsionantes para el cuidado de la piel pueden dividirse en dos grupos basados en la carga iónica (véase la figura 3). Los materiales que pueden disociarse en especies cargadas se consideran iónicos, mientras que los que no lo hacen se denominan no iónicos. Los emulsionantes iónicos pueden clasificarse además por el tipo de carga. Los aniónicos están cargados negativamente cuando se disuelven, como el estearato de sodio o el jabón.
Cuando los ácidos grasos reaccionan con el álcali forman jabones. El proceso de formación de jabón se llama saponificación. El grupo del ácido esteárico cargado negativamente es la principal unidad emulsionante del jabón, lo que le da la clasificación de aniónico. Los emulsionantes con carga positiva se denominan catiónicos. La unidad emulsionante del Quarternium24 se disocia en el grupo de amonio cargado positivamente. Los anfóteros son compuestos que expresan tanto cargas negativas como positivas.
Los emulsionantes no iónicos se utilizan a menudo en las emulsiones para el cuidado de la piel por su seguridad y baja reactividad. Generalmente se clasifican por similitud química. La glicerina, comúnmente añadida a las emulsiones cosméticas por sus propiedades humectantes, es la columna vertebral de una clase de emulsionantes llamados ésteres de glicerilo . El monoestearato de glicerilo, o GMS, se denomina monoéster debido a su único enlace éster (véase la figura 4). El diéster se prepara esterificando dos moléculas de ácido esteárico por cada molécula de glicerina. Los mono y diésteres de glicerina son emulsionantes muy eficaces porque contienen tanto grupos hidroxilos (OH) polares como ácidos grasos no polares. Si se hacen reaccionar los tres grupos hidroxilos de la glicerina, el triéster resultante tendrá poca capacidad emulsionante.
El ácido esteárico se denomina ácido graso C18. Los ácidos grasos, presentes en las grasas y aceites, se clasifican según la longitud de sus cadenas de carbono. Dado que el ácido esteárico es un componente principal de muchas de las grasas y aceites utilizados en los tratamientos de belleza, los emulsionantes a base de estearato son particularmente útiles. Los ácidos grasos son componentes clave de muchos emulsionantes cosméticos debido a su miscibilidad en una variedad de aceites naturales y sintéticos.
Los ésteres de polietilenglicol o etilenglicol se denominan ésteres de PEG. La solubilidad de un éster de PEG se determina por el número de moléculas de PEG que reaccionan por molécula de ácido. El oleato de PEG 6, por ejemplo, tiene seis moléculas de PEG que reaccionan con una molécula de ácido oleico. A medida que aumenta el número de moléculas polares de PEG por molécula de ácido, aumenta la solubilidad en agua/HLB; el oleato de PEG 8 es más soluble que el oleato de PEG 6. El químico cosmético utilizará a menudo mezclas de ésteres de glicerilo y un éster de PEG con valores de HLB altos y bajos para determinar la polaridad necesaria para emulsionar diversas grasas y aceites. Los muchos tipos de emulsionantes son demasiado numerosos para enumerarlos aquí, sin embargo el libro McCutcheon’s Emulsifiers and Detergents es una fuente excelente para una lista más completa.
Emolientes
La mayoría de los emolientes utilizados en los artículos de cuidado personal y belleza son grasas y aceites, también llamados lípidos. La grasa animal o sebo se compone principalmente de los ácidos esteárico y palmítico, con cadenas de carbono de 18 y 16 respectivamente. Muchas de las principales empresas de cosméticos están abandonando los materiales de origen animal, como el sebo, por materiales renovables de origen vegetal. A menudo se utilizan el aceite de coco y el aceite de palmiste. Algunas de las características clave que se exigen a los buenos emolientes son buenas propiedades de extensión, baja toxicidad/irritación de la piel y buena estabilidad oxidativa. El ácido oleico, uno de los principales componentes del aceite de oliva, tiene poca estabilidad oxidativa debido a la presencia de su doble enlace. Las grasas y los aceites se consideran saturados si no tienen dobles enlaces. Los aceites no saturados, como el de oliva, tienen dobles enlaces que pueden reaccionar con el oxígeno, especialmente cuando se calientan. El proceso de oxidación puede producir colores y olores desagradables en los lípidos, haciendo que se vuelvan rancios e inutilizables.
Los emolientes a base de petróleo, como la vaselina y el aceite mineral, se encuentran en muchas formulaciones porque no contienen dobles enlaces ni grupos funcionales reactivos. A menudo se añaden aceites de silicona, como la ciclometicona y la dimeticona, para aumentar el deslizamiento y la emoliencia (véase la figura 5).
Los aceites que contienen altos niveles de ácidos grasos esenciales, AGE, son apreciados por su capacidad de reponer los lípidos (aceites) que se encuentran naturalmente en las capas de la piel. El ácido linoleico es un ejemplo de AGE. Los alcoholes de cadena larga, también llamados alcoholes grasos, son útiles como emolientes y estabilizadores de emulsiones. Sus grupos hidroxilos polares se orientan hacia la fase acuosa y sus cadenas grasas hacia la fase oleosa. Los ésteres de alcoholes grasos y ácidos grasos son excelentes emolientes por su baja reactividad y buena estabilidad.
La lanolina, derivada de la lana de oveja, suele denominarse grasa de lana. La lanolina se ha utilizado durante siglos debido a su composición única de esteroles complejos, alcoholes grasos y ácidos grasos. El colesterol, una molécula cíclica llamada
un esterol, es un componente principal. Los grupos hidroxilos polares de los esteroles y los alcoholes permiten que la grasa absorba y retenga el agua. La piel se compone principalmente de agua, y se utilizan innumerables aceites y emolientes para nutrirla y protegerla.
Hidratantes
La principal distinción entre hidratantes y emolientes es su solubilidad en agua. Una piel sana requiere humedad. Los humectantes son generalmente materiales polares de naturaleza higroscópica; retienen el agua. Una herramienta importante para evaluar la eficacia de los humectantes es el alto alcance. Mide la pérdida de agua transepidérmica o TEWL. Después de aplicar una crema hidratante a la piel, se registra el nivel de humedad. Tras varios minutos, el nivel de humedad se reducirá debido a la tendencia natural de la piel a liberar humedad con el tiempo. Los ingredientes que pueden mantener un alto nivel de humedad en las capas superiores de la piel durante varias horas pueden reducir el ritmo de pérdida de agua. La glicerina es un ingrediente muy rentable utilizado para ayudar a reducir la TEWL. El sorbitol, la sacarosa, la glucosa y otros azúcares también se utilizan habitualmente para hidratar la piel. El aloe, que contiene una mezcla de polisacáridos, carbohidratos y minerales, es un excelente hidratante. Como la piel se vuelve más seca en los meses de invierno, puede ser necesario incorporar materiales que sellen mejor la humedad de la piel.
Ceras
Las ceras están compuestas principalmente por ésteres de cadena larga que son sólidos a temperatura ambiente. Cualquiera que haya sumergido un dedo en cera fundida ha experimentado sus propiedades de sellado. Algunas ceras comunes utilizadas en cosmética son la cera de abeja, la candelilla, la carnauba, el polietileno y la parafina. Los puntos de fusión de las ceras varían mucho en función de su composición única y de la longitud de sus cadenas. Utilizadas habitualmente en bálsamos y barras de labios, las ceras funcionan como agentes estructurantes, dando a la barra la rigidez suficiente para sostenerse por sí misma, así como propiedades de barrera. Combinando ceras con diferentes propiedades, como alto brillo, flexibilidad y fragilidad, se puede conseguir un rendimiento cosmético óptimo. A menudo, las ceras se combinan con aceites compatibles para conseguir la suavidad deseada. La compatibilidad suele determinarse midiendo la turbidez y el grado de separación de dos materiales mezclados por encima de sus puntos de fusión. Las ceras son especialmente útiles en las cremas de manos y en las emulsiones de rímel por sus propiedades espesantes e impermeabilizantes.
Espesantes
Al incorporar suficiente cera a una loción fina, se puede formar una crema espesa. Muchos espesantes son polímeros. La celulosa, un polímero en polvo fino de repetición
unidades de D-glucosa, se hincha en agua caliente creando una red de gel. El carbopol, un ácido poliacrílico, se hincha cuando se neutraliza (véase la figura 6). Las arcillas bentónicas se hinchan cuando su estructura, parecida a la de una pila de cartas, se abre mediante cizallamiento mecánico. La carragenina, la pectina y la goma de garrofín son ejemplos de espesantes cosméticos que también se utilizan en algunos de nuestros alimentos favoritos, como jaleas, aderezos para ensaladas y rellenos de tartas.
Ingredientes activos
Los materiales que actúan fisiológicamente dentro de la piel o ayudan a protegerla de las agresiones también se denominan ingredientes activos. El término «cosmecéutico», acuñado por el famoso dermatólogo Dr. Albert Kligman, se refiere a un producto que está entre un cosmético y un medicamento. Aunque un cosmético, por definición legal, sólo puede servir para embellecer y proteger la superficie de la piel, se puede demostrar que muchos productos cosméticos penetran en las capas dérmicas de la piel para provocar un cambio fisiológico.
Los ácidos de frutas son un ejemplo de material activo. También llamados alfa hidroxiácidos o AHA, tienen la capacidad de penetrar en la piel, donde pueden aumentar la producción de colágeno, elastina y sustancias intracelulares mejorando así el aspecto de la piel. Se utilizan miles de activos cosméticos para afectar a la piel de diversas maneras. Se utilizan para aclarar, tensar y reafirmar la piel. Pueden utilizarse para suprimir la transpiración, como en el caso del clorhidrato de aluminio. El ácido salicílico y el peróxido de benzoilo son ingredientes importantes por su actividad antiacné (véase la figura 7). Algunos materiales activos se añaden a los tratamientos cutáneos para proteger la piel del entorno. La dimeticona y el petrolato son ejemplos de protectores de la piel.
Protectores solares
Los protectores solares son una clase de compuestos que protegen la piel de la radiación ultravioleta. Las longitudes de onda entre 290 nm y 400 nm son especialmente dañinas para la piel. La capacidad de los protectores solares para absorber o reflejar estas longitudes de onda dañinas se clasifica por su FPS o factor de protección solar. Por ejemplo, una persona protegida con un protector solar de factor 15 podrá permanecer al sol quince veces más tiempo que si no está protegida. El metoxicinamato de octilo, el salicilato de octilo, el dióxido de titanio y la avobenzona son algunos protectores solares tópicos importantes. Pueden clasificarse como protectores solares UVA o UVB en función de las longitudes de onda que absorben. La benzofenona 4, un filtro UV soluble en agua, se utiliza habitualmente para proteger el color de los productos cosméticos.
Color
Los pigmentos y los tintes se utilizan en los productos para darles color. El dióxido de titanio (TiO 2 ) es un pigmento blanco que se extrae de las minas. En combinación con los óxidos de hierro naturales y sintéticos, cuyo color varía entre el rojo, el amarillo, el negro y el marrón, dependiendo del grado de oxidación e hidratación, se puede producir una gama de colores adecuada para casi todos los tonos de piel. Los polvos faciales se producen mezclando óxidos inorgánicos y cargas. Las cargas son materiales inertes, generalmente baratos, como el caolín, el talco, la sílice y la mica, que se utilizan para extender y desarrollar completamente los colores. Los polvos prensados, como las sombras de ojos y los coloretes, se preparan mezclando ingredientes aglutinantes adicionales, como aceites y estearato de zinc, y prensando la mezcla en moldes.
Las sombras de ojos y las barras de labios suelen contener pigmentos nacarados, comúnmente llamados perlas. Las perlas brillan y reflejan la luz para producir una multitud de colores. Se preparan precipitando una fina capa de color sobre finas plaquetas de mica. Al variar el grosor del color depositado, cambia el ángulo de la luz refractada a través del compuesto, creando diferentes colores.
Los pigmentos orgánicos se utilizan para colorear barras de labios y sombras de ojos. Cuando los orgánicos se precipitan sobre un sustrato se denominan pigmentos lacustres. El término lago se refiere a la laca o precipitación de la sal orgánica sobre un sustrato metálico como el aluminio, el calcio o el bario. Se denominan colores D&C (medicamentos y cosméticos) y FD&C (alimentos, medicamentos y cosméticos). Algunos ejemplos son el D&C Rojo#7 lago de calcio y el FD&C Amarillo#5 lago de aluminio. Los colorantes como el FD&C Azul#1 y el D&C Amarillo#10 son fácilmente solubles a diferencia de los pigmentos, que son insolubles. Los colorantes son útiles para proporcionar tintes para lociones, aceites y champús.
Conservantes
La mayoría de los productos cosméticos requieren la adición de conservantes para evitar la contaminación microbiana y la ranciedad. Los parabenos y el éster del ácido parabenzoico son, con mucho, los más utilizados por su eficacia contra las bacterias grampositivas. El fenoxietanol se utiliza para proteger contra las cepas gramnegativas. El químico cosmético suele emplear una mezcla de conservantes para proteger contra diferentes cepas bacterianas, así como contra levaduras y mohos. También se añaden antioxidantes como el tocoferol (vitamina E) y el BHT para evitar la oxidación de los ingredientes sensibles, así como para proteger la piel de los daños causados por los radicales libres.
Conclusión
Mientras la sociedad siga poniendo gran énfasis en tener un aspecto joven y bello, la química cosmética seguirá floreciendo. Una buena comprensión de los fundamentos de la química de las emulsiones y de la fisiología de la piel son requisitos previos, cuando se formulan productos de cuidado personal. Un buen químico cosmético debe ser capaz de combinar la ciencia y el arte para crear productos con la sensación y el aspecto que desean los consumidores.