A bőrápoló és színezett kozmetikumok világpiaca 2002-ben meghaladta az 53 milliárd dollárt. A piacra kerülő új termékek száma továbbra is exponenciálisan bővül. A kozmetikai vegyészek folyamatosan keresik az érdekes és egzotikus összetevőket, amelyek javítják a bőr megjelenését és egészségét. Ezeknek a termékeknek az ellátásához vegyületek széles skálájára van szükség. A Cosmetics Toiletries and Fragrance Association (CTFA) Dictionary legutóbbi kiadása több mint 10 000 nyersanyagot sorol fel. Az évszázadok óta használt összetevők listája minden évben több száz új összetevővel egészül ki. Néhány ma használt anyagot az i. e. 11 000-ig visszavezethetünk az altimirai barlangokból származó állatrajzokon.
Történelem
A bőrápoló készítmények megjelenése i.e. 3000 körülre tehető az ókori Egyiptomban. A legtöbb főzetet természetes anyagokból készítették. Kleopátra állítólag szamártejben fürdött, hogy bőrét simán és rugalmasan tartsa. Az egyik természetes anyag, amelyet az ókoriak használtak, a vörös okker vagy vasoxid volt. A vörös érc csomói akkor keletkeztek, amikor a vas oxidálódott vagy rozsdásodott. A vörös vas-oxidot temetkezési sírokban találták meg szertartásos ajakfestékekben és rouge-készítményekben. Az ősi barlangi állatábrázolások rajzolásához is használták, mint az Altimirában látható, és ma is sok sminkkészítményben használják
ma. Szemfestékeket találtak ősi sírokban is. Ezek a festékek elsősorban egy malachit nevű rézalapú zöld ércből álltak, amelyet a közeli kőbányákból bányásztak. Az állati zsírt illatos anyagokkal, például tömjénnel és mirhával kombinálták, hogy korai bőrkenőcsöket készítsenek. A kifinomultabb krémeket és testápolókat próbálgatással és tévedésekkel finomították, és több generáción keresztül adták tovább.
Emulziók
A krémek és testápolók többsége emulzió. Az emulzió egyszerűen úgy definiálható, mint két nem keverhető folyadék, amelyben az egyik folyadék finom cseppek formájában eloszlik a másikban. A homogenizált tej egy tipikus olaj-víz (o/w) emulzió példája. A tejzsír (olaj) a homogenizálási folyamat során finom cseppek formájában diszpergálódik a vízben. Az ok, amiért a zsír nem úszik fel azonnal a tetejére, az emulgeálószerek jelenléte; ebben az esetben egy nátrium-kazeinát nevű tejfehérje, valamint több foszfolipid. A víz az olajban (w/o) emulziók esetében a víz cseppek formájában diszpergálódik és szuszpendálódik az olajfázisban. A nem diszpergált folyadékot vagy külső szuszpendáló fázist folytonos fázisnak is nevezik. A majonéz, a szójaolajból álló folytonos fázisban finom cseppek formájában diszpergált ecetes víz a víz az olajban emulzió egyik példája. A tojásból származó lecitin stabilizálja a majonéz emulziót.
Tenzidek
A legtöbb emulgeálószer felületaktív vagy felületaktív anyagnak tekinthető. Ezek az anyagok képesek csökkenteni a víz felületi feszültségét. Ami egy emulgeálószert felületaktívvá tesz, az a HLB, vagyis a hidrofil-lipofil egyensúlyával függ össze. A HLB-t a molekula hidrofil (vízkedvelő vagy poláris) részének mérete határozza meg a lipofil (olajkedvelő vagy nem poláris) rész méretéhez képest. A HLB-rendszert az anyagok relatív polaritásának rangsorolására hozták létre. A legpólusosabb, vízben oldódó anyagok a húszpontos skála tetején helyezkednek el, míg a nem poláros, olajban oldódó anyagok közelebb vannak a nullához. A nátrium-kazeinát HLB-értéke tizennégy körüli értéket kap, mivel vízben jól oldódik. A vízben rosszul oldódó lecitin HLB-értéke körülbelül hat. Mindkettőnek vannak poláris csoportjai. A tejfehérje poláris csoportja a nátrium. A lecitin felületaktív összetevője egy foszfotidilkolin vagy PC nevű molekula (lásd az 1. ábrát). A PC poláris, vagy vízben oldódó része a foszfát funkciós csoport. Az emulgeálószerek poláris csoportjai a poláris vízfázis felé orientálódnak. Lipofil, nem poláris csoportjaik az olajfázis felé orientálódnak és micellákat képeznek (lásd a 2. ábrát). Ezek a gömb alakú szerkezetek hidrogénkötés és gyenge elektromos erők révén biztosítják az emulzió stabilitását.
A bőrápoló emulgeálószerek az ionos töltés alapján két csoportra oszthatók (lásd 3. ábra). Azokat az anyagokat, amelyek képesek töltött fajokra disszociálni, ionosnak, míg azokat, amelyek nem képesek erre, nemionosnak nevezzük. Az ionos emulgeálószerek a töltés típusa szerint tovább osztályozhatók. Az anionok negatív töltésűek, amikor oldódnak, mint a nátrium-sztearát vagy a szappan.
Amikor a zsírsavak lúggal reagálnak, szappanokat képeznek. A szappanképződés folyamatát szappanosításnak nevezik. A negatív töltésű sztearinsavcsoport a szappan fő emulgeáló egysége, ami az anionos besorolást adja. A pozitív töltésű emulgeálószereket kationosnak nevezzük. A Quarternium24 emulgeáló egysége a pozitív töltésű ammóniumcsoportra disszociál. Az amfoterek olyan vegyületek, amelyek negatív és pozitív töltést is kifejeznek.
A nemionos emulgeálószereket biztonságosságuk és alacsony reakcióképességük miatt gyakran használják bőrápoló emulziókban. Általában kémiai hasonlóság alapján osztályozzák őket. A glicerin, amelyet gyakran adnak a kozmetikai emulziókhoz nedvesítő tulajdonságai miatt, az emulgeálószerek egy osztályának, a glicerinésztereknek a gerincét képezi . A glicerin-monosztearátot vagy GMS-t monoészternek nevezik az egyetlen észterkötése miatt (lásd a 4. ábrát). A diestert úgy állítják elő, hogy minden glicerinmolekulára két molekula sztearinsavat észtereznek. A glicerin mono- és dieszterek nagyon hatékony emulgeálószerek, mivel poláros hidroxil (OH) csoportokat és nem poláros zsírsavakat egyaránt tartalmaznak. Ha a glicerin mindhárom hidroxilcsoportja reakcióba lép, a keletkező triészter kevés emulgeáló képességgel rendelkezik.
A sztearinsavat C18 zsírsavnak nevezik. A zsírokban és olajokban jelenlévő zsírsavakat szénlánc-hosszuk szerint osztályozzák. Mivel a sztearinsav a szépségápolásban használt számos zsír és olaj fő összetevője, a sztearát alapú emulgeálószerek különösen hasznosak. A zsírsavak számos kozmetikai emulgeálószer kulcsfontosságú összetevői a különböző természetes és szintetikus olajokban való keverhetőségük miatt.
A polietilénglikol vagy etilénglikol észtereit PEG észtereknek nevezzük. A PEG-észter oldhatóságát az egy savmolekulára jutó reagált PEG-molekulák száma határozza meg. A PEG 6 oleátban például hat PEG-molekula reagált egy molekula olajsavval. Ahogy nő az egy savmolekulára jutó poláros PEG-molekulák száma, úgy nő a vízoldhatóság/HLB; a PEG 8 oleát jobban oldódik, mint a PEG 6 oleát. A kozmetikai vegyész gyakran használ magas és alacsony HLB-értékkel rendelkező glicerinészterek és PEG-észter keverékeit, hogy meghatározza a különböző zsírok és olajok emulgeálásához szükséges polaritást. Az emulgeálószerek számos típusa túl sok ahhoz, hogy itt felsoroljuk, azonban a McCutcheon’s Emulsifiers and Detergents kiváló forrás a teljesebb felsoroláshoz.
Lágyítószerek
A testápolási és szépségápolási cikkekben használt lágyítószerek többsége zsír és olaj, más néven lipid. Az állati zsír vagy faggyú elsősorban 18, illetve 16 szénlánc hosszúságú sztearin- és palmitinsavakból áll. Számos nagy kozmetikai vállalat az állati eredetű anyagokról, mint például a faggyú, a megújuló növényi eredetű anyagok felé mozdul el. Gyakran használnak kókuszolajat és pálmamagolajat. A jó emollientektől elvárt legfontosabb tulajdonságok közé tartozik a jó kenhetőség, az alacsony toxicitás/bőrirritáció és a jó oxidatív stabilitás. Az olívaolaj fő alkotórésze, az olajsav a kettős kötés jelenléte miatt rossz oxidatív stabilitással rendelkezik. A zsírok és olajok akkor tekinthetők telítettnek, ha nem tartalmaznak kettős kötést. A telítetlen olajok, mint az olívaolaj, kettős kötésekkel rendelkeznek, amelyek reakcióba léphetnek az oxigénnel, különösen melegítéskor. Az oxidációs folyamat hatására a lipidek elszíneződhetnek és szagot kaphatnak, ami miatt megrothadnak és használhatatlanná válnak.
A kőolaj alapú puhítószerek, mint például a vazelin és az ásványi olaj számos készítményben megtalálhatóak, mivel nem tartalmaznak kettős kötéseket vagy reaktív funkciós csoportokat. Az olyan szilikonolajokat, mint a ciklometikon, dimetikon, gyakran adnak hozzá a csúszás és a puhaság növelése érdekében (lásd az 5. ábrát).
A magas esszenciális zsírsavakat, EFA-kat tartalmazó olajok nagyra értékeltek, mert képesek pótolni a bőr rétegeiben természetesen megtalálható lipideket (olajokat). A linolsav egy példa az EFA-kra. A hosszú szénláncú alkoholok, más néven zsíralkoholok, lágyítóként és emulzióstabilizátorként hasznosak. Poláros hidroxilcsoportjaik a vízfázis felé orientálódnak, zsírláncaik pedig az olajfázis felé. A zsíralkoholok és zsírsavak észterei alacsony reakcióképességük és jó stabilitásuk miatt kiváló emolliensek.
A juhgyapjúból származó lanolint gyakran gyapjúzsírnak is nevezik. A lanolint évszázadok óta használják komplex szterolokból, zsíralkoholokból és zsírsavakból álló egyedülálló összetétele miatt. A koleszterin, egy ciklikus molekula, az úgynevezett
egy szterin, az egyik fő összetevő. A szterolok és az alkoholok poláros hidroxilcsoportjai teszik lehetővé, hogy a zsiradék felszívja és megtartsa a vizet. A bőr elsősorban vízből áll, számtalan olaj és puhítószer táplálja és védi azt.
Hidratálók
A hidratálók és a bőrpuhítók közötti fő különbség a vízben való oldhatóságuk. Az egészséges bőrnek szüksége van nedvességre. A hidratálók általában poláris anyagok, amelyek higroszkópos természetűek; megtartják a vizet. A hidratálók hatékonyságának értékeléséhez fontos eszköz a nagy hatótávolság. Ez méri a transzepidermális vízveszteséget vagy TEWL-t. Miután egy hidratálót felvittek a bőrre, rögzítik a nedvességszintet. Néhány perc elteltével a nedvességszint csökken, mivel a bőr természetes hajlamos arra, hogy idővel nedvességet adjon le. Azok az összetevők, amelyek több órán keresztül képesek magas nedvességtartalmat fenntartani a bőr felső rétegeiben, csökkenthetik a vízvesztés sebességét. A glicerin egy nagyon költséghatékony összetevő, amelyet a TEWL csökkentésére használnak. A szorbitot, a szacharózt, a glükózt és más cukrokat szintén gyakran használják a bőr hidratálására. Az aloe, amely poliszacharidok, szénhidrátok és ásványi anyagok keverékét tartalmazza, kiváló hidratáló. Mivel a bőr a téli hónapokban szárazabbá válik, szükség lehet olyan anyagok beépítésére, amelyek jobban elzárják a nedvességet a bőrben.
Viaszok
A viaszok elsősorban hosszú láncú észterekből állnak, amelyek szobahőmérsékleten szilárdak. Bárki, aki valaha is mártott már ujját olvasztott viaszba, megtapasztalta annak tömítő tulajdonságait. Néhány gyakori, kozmetikumokban használt viasz a méhviasz, a kandelilla, a karnauba, a polietilén és a paraffin. A viaszok olvadáspontja az egyedi összetételüktől és lánchosszuktól függően nagymértékben változik. Az ajakbalzsamokban és rúzsokban általánosan használt viaszok strukturáló anyagként működnek, elég merevséget adva a rúzsnak ahhoz, hogy önmagában is megálljon, valamint barrier tulajdonságokkal rendelkeznek. A különböző tulajdonságú viaszok kombinálásával, mint például a magas fény, a rugalmasság és a törékenység, optimális kozmetikai teljesítmény érhető el. Gyakran a viaszokat kompatibilis olajokkal kombinálják a kívánt puhaság eléréséhez. Az összeférhetőséget általában úgy határozzák meg, hogy az olvadáspontjuk felett mérik a két összekevert anyag zavarosságát és szétválásának mértékét. A viaszok különösen hasznosak a kézkrémekben és a szempillaspirál emulziókban sűrítő és vízálló tulajdonságaik miatt.
Sűrítőanyagok
Egy híg krémbe elegendő viasz beépítésével sűrű krém alakítható ki. Sok sűrítőanyag polimer. A cellulóz, egy finom por alakú polimer, amely ismétlődő
D-glükóz egységek, forró vízben megduzzad, és gélhálózatot hoz létre. A karbopol, egy poliakrilsav, semlegesítéskor megduzzad (lásd a 6. ábrát). A benton agyagok megduzzadnak, amikor a kártyakupacra emlékeztető szerkezetüket mechanikus nyírással felnyitják. A karragén, a pektin és a szentjánoskenyérfa-liszt mind olyan kozmetikai sűrítőanyagok, amelyeket néhány kedvenc élelmiszerünkben, például zselékben, salátaöntetekben és pitetöltelékekben is használnak.
Aktív összetevők
Azokat az anyagokat, amelyek fiziológiailag működnek a bőrben vagy segítik a bőr védelmét a sérülésekkel szemben, aktív összetevőknek is nevezik. A híres bőrgyógyász, Dr. Albert Kligman által megalkotott “cosmeceuticals” kifejezés olyan termékre utal, amely a kozmetikum és a gyógyszer között helyezkedik el. Bár a kozmetikum a jogi meghatározás szerint csak a bőr felszínének megszépítésére és védelmére szolgálhat, számos kozmetikai termék bizonyíthatóan behatol a bőr dermális rétegeibe, hogy élettani változást idézzen elő.
A gyümölcssavak egy példa az aktív anyagokra. Más néven alfa-hidroxisavak vagy AHA-k, képesek behatolni a bőrbe, ahol növelhetik a kollagén, az elasztin és az intracelluláris anyagok termelését, így javítva a bőr megjelenését. Több ezer kozmetikai hatóanyagot használnak a bőr különböző módon történő befolyásolására. A bőr világosítására, feszesítésére és feszesítésére használják őket. Használhatók az izzadás elnyomására, mint például az alumínium-klorohidrát esetében. A szalicilsav és a benzoil-peroxid fontos összetevők a pattanások elleni hatásuk miatt (lásd a 7. ábrát). Néhány hatóanyagot azért adnak a bőrkezelésekhez, hogy megvédjék a bőrt a környezettől. A dimetikon és a petrolátum példák a bőrvédő anyagokra.
Napvédő szerek
A napvédő szerek a vegyületek egy osztálya, amelyek védik a bőrt az ultraibolya sugárzástól. A 290 nm és 400 nm közötti hullámhosszak különösen károsak a bőrre. A napvédő krémek ezen káros hullámhosszok elnyelésére vagy visszaverésére való képességét SPF vagy fényvédő faktorukkal értékelik. Például egy 15-ös faktorszámú fényvédővel védett személy tizenötször tovább maradhat a napon, mintha nem lenne védve. Az oktil-metoxicinnamát, az oktil-szalicilát, a titán-dioxid és az avobenzon néhány fontos helyi fényvédő szer. Az általuk elnyelt hullámhossztól függően UVA vagy UVB fényvédők közé sorolhatók. A benzofenon 4, egy vízben oldódó UV-szűrő, amelyet általában a kozmetikai termékek színének védelmére használnak.
Szín
Pigmenteket és színezékeket használnak a termékekben, hogy színt kölcsönözzenek nekik. A titán-dioxid (TiO 2 ) egy fehér pigment, amelyet bányásznak. A természetes bányászott és szintetikus vasoxidokkal kombinálva, amelyek színe az oxidáció és a hidratáltság mértékétől függően a vörös, a sárga, a fekete és a barna között változik, olyan színválaszték állítható elő, amely szinte minden bőrtónushoz megfelelő. Az arcpúdereket szervetlen oxidok és töltőanyagok keverésével állítják elő. A töltőanyagok inert, általában olcsó anyagok, mint például a kaolin, a talkum, a szilícium-dioxid és a csillám, amelyeket a színek kiterjesztésére és teljes kifejlődésére használnak. Az olyan préselt púdereket, mint a szemhéjfestékek és pirosítók, további kötőanyagok, például olajok és cink-sztearát keverésével és a keverék tégelyekbe való préselésével állítják elő.
A szemhéjfestékek és rúzsok gyakran tartalmaznak gyöngyházfényű pigmenteket, amelyeket általában gyöngyöknek neveznek. A gyöngyök csillognak és visszaverik a fényt, így sokféle színt eredményeznek. Úgy állítják elő őket, hogy vékony csillámlemezekre vékony színréteget csapatnak ki. A lerakott szín vastagságának változtatása megváltoztatja az összetett anyagon keresztül megtörő fény szögét, és így különböző színeket hoz létre.
A szerves pigmenteket rúzsok és szemhéjfestékek színezésére használják. Ha a szerves anyagok egy hordozón csapódnak ki, akkor azokat tópigmenteknek nevezzük. A tó kifejezés a szerves sónak egy fémszubsztrátumra, például alumíniumra, kalciumra vagy báriumra történő lakkozására vagy kicsapódására utal. Ezeket D&C (gyógyszer- és kozmetikai) és FD&C (élelmiszer-, gyógyszer- és kozmetikai) színeknek nevezik. Néhány példa: D&C Red#7 kalciumlakk és FD&C Yellow #5 alumíniumlakk. Az olyan színezékek, mint az FD&C Blue#1 és a D&C Yellow #10 könnyen oldódnak, szemben a pigmentekkel, amelyek oldhatatlanok. A színezékek hasznosak a krémek, olajok és samponok színezéséhez.
Tartósítószerek
A legtöbb kozmetikai termékhez tartósítószert kell hozzáadni a mikrobiális szennyeződés és az avasodás megelőzése érdekében. A parabének és a parabenzoesav észterek messze a leggyakrabban használtak a gram-pozitív baktériumokkal szembeni hatékonyságuk miatt. A fenoxietanolt a gramnegatív törzsek elleni védelemre használják. A kozmetikai vegyészek általában tartósítószerek keverékét alkalmazzák a különböző baktériumtörzsek, valamint az élesztőgombák és penészgombák elleni védelem érdekében. Antioxidánsokat, például tokoferolt (E-vitamin) és BHT-t is hozzáadnak, hogy megakadályozzák az érzékeny összetevők oxidációját, valamint megvédjék a bőrt a szabadgyökös károsodástól.
Következtetés
Amíg a társadalom továbbra is nagy hangsúlyt fektet a fiatalos és szép megjelenésre, addig a kozmetikai kémia virágozni fog. Az emulziókémia és a bőrfiziológia alapjainak jó ismerete előfeltétel a testápolási termékek megfogalmazásakor. Egy jó kozmetikai vegyésznek képesnek kell lennie a tudomány és a művészet ötvözésére, hogy a fogyasztók által kívánt érzetű és megjelenésű termékeket hozzon létre.