Historia
Uppkomsten av hudvårdsformuleringar dateras till omkring 3000 f.Kr. i det gamla Egypten. De flesta hopkok framställdes av naturliga material. Kleopatra sägs ha badat i åsnesmjölk för att hålla sin hud slät och smidig. Ett naturligt material som användes av de gamla var röd ockra, eller järnoxid. Klumpar av röd malm bildades när järn oxiderade eller rostade. Den röda järnoxiden hittades i begravningsgravar i ceremoniella läppfärger och rougepreparat. Den användes också för att rita de antika grottbilderna av djur, som man kan se i Altimira, och används fortfarande i många sminkberedningar
idag. Ögonfärger har också hittats på forntida gravplatser. Dessa färger bestod främst av en kopparbaserad grön malm som kallas malakit och som bröts från närliggande stenbrott. Animaliskt fett kombinerades med doftämnen som rökelse och myrra för att framställa tidiga hudsalvor. Mer sofistikerade krämer och lotioner finjusterades genom försök och misstag och fördes vidare under många generationer.
Emulsioner
Majoriteten av krämer och lotioner är emulsioner. En emulsion kan enkelt definieras som två icke blandbara vätskor där den ena vätskan är spridd som fina droppar i den andra. Homogeniserad mjölk är ett exempel på en typisk emulsion av olja i vatten (o/w). Mjölkfett (olja) sprids i vatten som fina droppar genom homogeniseringsprocessen. Anledningen till att fettet inte omedelbart flyter upp till toppen beror på förekomsten av emulgeringsmedel; i det här fallet ett mjölkprotein som kallas natriumkaseinat samt flera fopholipider. När det gäller vatten-i-olja-emulsioner (w/o) sprids vatten som droppar och suspenderas i oljefasen. Den icke-dispenserade vätskan eller den externa suspenderande fasen kallas också den kontinuerliga fasen. Mayonnaise, vinägervatten som sprids som fina droppar i en kontinuerlig fas av sojaolja, är ett exempel på en vatten-i-oljeemulsion. Lecitin från ägg stabiliserar majonnäsemulsionen.
Tensider
De flesta emulgeringsmedel kan betraktas som tensider eller ytaktiva ämnen. Dessa ämnen kan minska vattnets ytspänning. Vad som gör ett emulgeringsmedel ytaktivt är relaterat till dess HLB, eller hydrofil-lipofilbalans. HLB bestäms av storleken på den hydrofila (vattenälskande eller polära) delen av en molekyl jämfört med storleken på den lipofila (oljeälskande eller opolära) delen. HLB-systemet skapades för att rangordna materialens relativa polaritet. De mest polära, vattenlösliga materialen ligger högst upp på den tjugopoängiga skalan, medan de mer opolära, oljelösliga materialen ligger närmare noll. HLB-värdet för natriumkaseinat är omkring 14 på grund av dess höga löslighet i vatten. Lecitin, som är svårlösligt i vatten, har ett HLB-värde på cirka sex. Båda har polära grupper. Den polära gruppen i mjölkproteinet är natrium. Lecitins ytaktiva komponent är en molekyl som kallas fosfotidylkolin eller PC (se figur 1). Den polära eller vattenlösliga delen av PC är den funktionella fosfatgruppen. Emulgeringsmedlens polära grupper orienterar sig mot den polära vattenfasen. Deras lipofila, opolära grupper orienteras mot oljefasen för att bilda miceller (se figur 2). Dessa sfäriska strukturer ger emulsionen stabilitet genom vätebindning och svaga elektriska krafter.
Emulgeringsmedel för hudvård kan delas in i två grupper baserat på jonladdning (se figur 3). Material som kan dissociera till laddade arter anses vara joniska medan de som inte kan göra det kallas nonjoniska. Joniska emulgeringsmedel kan klassificeras ytterligare efter typ av laddning. Anjoniska ämnen är negativt laddade när de löses upp, som i natriumstearat eller tvål.
När fettsyror reagerar med alkali bildar de tvålar. Processen för tvålbildning kallas saponifiering. Den negativt laddade stearinsyragruppen är den viktigaste emulgerande enheten i tvålen, vilket ger den den anjoniska klassificeringen. Positivt laddade emulgeringsmedel kallas kationiska. Quarternium24:s emulgerande enhet dissocieras till den positivt laddade ammoniumgruppen. Amfoteriska föreningar är föreningar som uttrycker både negativa och positiva laddningar.
Nonjoniska emulgeringsmedel används ofta i hudvårdsemulsioner på grund av deras säkerhet och låga reaktivitet. De klassificeras i allmänhet efter kemisk likhet. Glycerin, som vanligen tillsätts i kosmetiska emulsioner på grund av dess fuktgivande egenskaper, är ryggraden i en klass av emulgeringsmedel som kallas glycerylestrar . Glycerylmonostearat (GMS) kallas monoester på grund av sin enda esterbindning (se figur 4). Diestern framställs genom att man förestrar två molekyler stearinsyra för varje molekyl glycerin. Glycerylmono- och diester är mycket effektiva emulgeringsmedel eftersom de innehåller både polära hydroxylgrupper (OH-grupper) och opolära fettsyror. Om alla tre hydroxylgrupperna i glycerin reagerar kommer den resulterande triestern att ha liten emulgeringsförmåga.
Stearinsyra kallas C18-fettsyra. De fettsyror som finns i fetter och oljor klassificeras enligt längden på kolkedjan. Eftersom stearinsyra är en viktig komponent i många av de fetter och oljor som används vid skönhetsbehandlingar är stearatbaserade emulgeringsmedel särskilt användbara. Fettsyror är viktiga beståndsdelar i många kosmetiska emulgeringsmedel på grund av att de kan blandas med en mängd olika naturliga och syntetiska oljor.
Estrar polyetylenglykol eller etylenglykol kallas PEG-estrar. En PEG-esters löslighet bestäms av antalet PEG-molekyler som reagerar per syramolekyl. PEG 6 oleat har till exempel sex PEG-molekyler som reagerat med en molekyl oljesyra. När antalet polära PEG-molekyler per syramolekyl ökar ökar vattenlösligheten/HLB; PEG 8 oleat är mer lösligt än PEG 6 oleat. Kosmetikkemisten använder ofta blandningar av glycerylestrar och PEG-estrar med högt och lågt HLB-värde för att bestämma vilken polaritet som krävs för att emulgera olika fetter och oljor. De många typerna av emulgeringsmedel är för många för att räknas upp här, men McCutcheon’s Emulsifiers and Detergents är en utmärkt källa för en mer fullständig förteckning.
Mjukgörare
Majoriteten av de mjukgörare som används i produkter för personlig vård och skönhet är fetter och oljor, även kallade lipider. Animaliskt fett eller talg består huvudsakligen av stearin- och palmitinsyror med kolkedjelängder på 18 respektive 16 kolkedjor. Många av de stora kosmetikaföretagen håller på att övergå från animaliska material som talg till förnybara vegetabiliska material. Kokosolja och palmkärnolja används ofta. Några av de viktigaste egenskaper som krävs för bra mjukgörare är goda spridningsegenskaper, låg toxicitet/hudirritation och god oxidationsstabilitet. Oljesyra, som är en viktig beståndsdel i olivolja, har dålig oxidationsstabilitet på grund av dess dubbelbindning. Fetter och oljor anses vara mättade om de inte har några dubbelbindningar. Omättade oljor som olivolja har dubbelbindningar som kan reagera med syre, särskilt vid upphettning. Oxidationsprocessen kan ge upphov till färg- och luktfel i lipider som gör att de blir härskna och oanvändbara.
Petroleumbaserade mjukgörare som vaselin och mineralolja finns i många formuleringar eftersom de inte innehåller dubbelbindningar eller reaktiva funktionella grupper. Silikonoljor som cyklometason och dimetason tillsätts ofta för att öka glidförmågan och mjukgörandet (se figur 5).
Oljor som innehåller höga halter av essentiella fettsyror, EFA, är uppskattade för sin förmåga att fylla på lipider (oljor) som finns naturligt i hudlagren. Linolsyra är ett exempel på en essentiell fettsyra. Långkedjiga alkoholer, även kallade fettalkoholer, är användbara som mjukgörare och emulsionsstabilisatorer. Deras polära hydroxylgrupper är orienterade mot vattenfasen och deras fettkedjor mot oljefasen. Estrar av fettalkoholer och fettsyror är utmärkta mjukgörare på grund av sin låga reaktivitet och goda stabilitet.
Lanolin, som härrör från fårull, kallas ofta för ullfett. Lanolin har använts i århundraden tack vare dess unika sammansättning av komplexa steroler, fettalkoholer och fettsyror. Kolesterol, en cyklisk molekyl som kallas
en sterol, är en viktig komponent. De polära hydroxylgrupperna i steroler och alkoholer gör att fettet kan absorbera och hålla kvar vatten. Huden består huvudsakligen av vatten, otaliga oljor och mjukgörare används för att ge den näring och skydda den.
Återfuktare
Den viktigaste skillnaden mellan återfuktare och mjukgörare är deras löslighet i vatten. Hälsosam hud kräver fukt. Fuktgivare är i allmänhet polära material som är hygroskopiska till sin natur; de håller fast vid vatten. Ett viktigt verktyg för att bedöma effektiviteten hos fuktighetsbevarande medel är den höga räckvidden. Det mäter transepidermal vattenförlust eller TEWL. Efter att en fuktighetskräm applicerats på huden registreras fuktnivån. Efter några minuter kommer fuktnivån att minska på grund av hudens naturliga tendens att avge fukt med tiden. Ingredienser som kan bibehålla en hög fuktnivå i hudens övre skikt i flera timmar kan minska hastigheten med vilken vattenförlusten sker. Glycerin är en mycket kostnadseffektiv ingrediens som används för att minska TEWL. Sorbitol, sackaros, glukos och andra sockerarter används också ofta för att återfukta huden. Aloe, som innehåller en blandning av polysackarider, kolhydrater och mineraler, är en utmärkt fuktgivare. Eftersom huden blir torrare under vintermånaderna kan det bli nödvändigt att använda material som bättre förseglar fukten i huden.
Vax
Vax består främst av långkedjiga estrar som är fasta vid rumstemperatur. Alla som någonsin doppat ett finger i smält vax har upplevt dess förseglande egenskaper. Några vanliga vaxer som används i kosmetika är bivax, candelilla, carnauba, polyeten och paraffin. Vaxens smältpunkter varierar kraftigt beroende på deras unika sammansättning och kedjelängder. Vanligtvis används vaxer i läppbalsam och läppstift och fungerar som strukturbildare, vilket ger stiftet tillräcklig styvhet för att stå på egen hand, samt barriäregenskaper. Genom att kombinera vaxer med olika egenskaper, t.ex. hög glans, flexibilitet och sprödhet, kan man uppnå optimala kosmetiska prestanda. Ofta kombineras vaxer med kompatibla oljor för att uppnå önskad mjukhet. Kompatibiliteten bestäms i allmänhet genom att mäta turbiditeten och separationsgraden hos två material som blandas tillsammans över deras smältpunkter. Vax är särskilt användbara i handkrämer och mascaraemulsioner på grund av deras förtjockande och vattentäta egenskaper.
Förtjockningsmedel
Genom att blanda in tillräckligt mycket vax i en tunn lotion kan en tjock kräm bildas. Många förtjockningsmedel är polymerer. Cellulosa, en finpulverig polymer med upprepade
D-glukosenheter, sväller i varmt vatten och skapar ett gelnätverk. Carbopol, en polyakrylsyra, sväller när den neutraliseras (se figur 6). Bentonlera sväller när dess struktur, som liknar en korthög, öppnas genom mekanisk skjuvning. Carrageenan, pektin och johannesbrödgummi är alla exempel på kosmetiska förtjockningsmedel som också används i några av våra favoritmaträtter, t.ex. geléer, salladsdressingar och pajfyllningar.
Aktiva ingredienser
Material som verkar fysiologiskt i huden eller hjälper till att skydda huden från kränkningar kallas också aktiva ingredienser. Termen ”cosmeceuticals”, som myntades av den berömda dermatologen Dr. Albert Kligman, avser en produkt som befinner sig mellan en kosmetika och ett läkemedel. Även om en kosmetika enligt laglig definition endast kan tjäna till att försköna och skydda hudens yta, kan man visa att många kosmetiska produkter tränger in i hudens hudlager för att åstadkomma en fysiologisk förändring.
Fruktsyror är ett exempel på ett aktivt material. De kallas också alfahydroxysyror eller AHA och har förmågan att tränga in i huden, där de kan öka produktionen av kollagen, elastin och intracellulära ämnen och på så sätt förbättra hudens utseende. Tusentals kosmetiska aktiva ämnen används för att påverka huden på olika sätt. De används för att ljusa upp, strama upp och strama upp huden. De kan användas för att undertrycka svettning, som i fallet med aluminiumklorhydrat. Salicylsyra och bensoylperoxid är viktiga ingredienser eftersom de verkar mot akne (se figur 7). Vissa aktiva material tillsätts i hudbehandlingar för att skydda huden mot miljön. Dimethicone och petrolatum är exempel på hudskyddsmedel.
Solskyddsmedel
Solskyddsmedel är en klass av föreningar som skyddar huden mot ultraviolett strålning. Våglängder mellan 290 nm och 400 nm är särskilt skadliga för huden. Solskyddsmedlens förmåga att absorbera eller reflektera dessa skadliga våglängder bedöms med hjälp av deras solskyddsfaktor (SPF). En person som är skyddad med ett solskydd med faktor 15 kan till exempel vistas i solen femton gånger längre än om han eller hon är oskyddad. Octylmetoxikinnamat, oktylsalicilat, titandioxid och avobenzon är några viktiga aktuella solskyddsmedel. De kan klassificeras som antingen UVA- eller UVB-solskyddsmedel beroende på vilka våglängder de absorberar. Bensofenon 4, ett vattenlösligt UV-filter, används ofta för att skydda färgen på kosmetiska produkter.
Färg
Pigment och färgämnen används i produkter för att ge dem en färg. Titandioxid (TiO 2 ) är ett vitt pigment som bryts i gruvor. I kombination med naturliga och syntetiska järnoxider, som varierar i färg från rött, gult, svart och brunt, beroende på graden av oxidation och hydratisering, kan man få fram en färgskala som passar nästan alla hudtoner. Ansiktspuder framställs genom blandning av oorganiska oxider och fyllmedel. Fyllmedel är inerta, i allmänhet billiga material som kaolin, talk, kiseldioxid och glimmer som används för att förlänga och utveckla färgerna fullt ut. Pressade puder som ögonskuggor och blushers framställs genom att man blandar ytterligare bindande ingredienser, t.ex. oljor och zinkstearat, och pressar blandningen i pannor.
Ögonskuggor och läppstift innehåller ofta pärlemorspigment som vanligen kallas pärlor. Pärlor gnistrar och reflekterar ljus för att producera en mängd olika färger. De framställs genom att ett tunt färgskikt fälls ut på tunna plattor av glimmer. Genom att variera tjockleken på den utfällda färgen ändras vinkeln på ljuset som bryts genom kompositmaterialet, vilket skapar olika färger.
Organiska pigment används för att färga läppstift och ögonskuggor. När organiska ämnen fälls ut på ett substrat kallas de lakepigment. Termen lake hänvisar till att det organiska saltet lakas eller fälls ut på ett metallsubstrat, t.ex. aluminium, kalcium eller barium. De kallas D&C (läkemedel och kosmetika) och FD&C (livsmedel, läkemedel och kosmetika) färger. Några exempel är D&C Red#7 kalciumlack och FD&C Yellow #5 aluminiumlack. Färgämnen som FD&C Blue#1 och D&C Yellow #10 är lättlösliga till skillnad från pigment, som är olösliga. Färgämnen är användbara för att ge färgämnen till lotioner, oljor och schampo.
Konserveringsmedel
De flesta kosmetiska produkter kräver tillsats av konserveringsmedel för att förhindra mikrobiell kontaminering och härskning. Parabener och ester av parabensoesyra är de överlägset mest använda på grund av deras effektivitet mot grampositiva bakterier. Fenoxyetanol används för att skydda mot gramnegativa stammar. Kosmetikkemisten använder i allmänhet en blandning av konserveringsmedel för att skydda mot olika bakteriestammar samt mot jäst och mögel. Antioxidanter som t.ex. tokoferol (E-vitamin) och BHT tillsätts också för att förhindra oxidation av känsliga ingredienser samt för att skydda huden från skador orsakade av fria radikaler.
Slutsats
Så länge samhället fortsätter att lägga stor vikt vid att se ung och vacker ut kommer kosmetisk kemi att fortsätta att blomstra. En god förståelse för grunderna i emulsionskemi och hudfysiologi är en förutsättning när man formulerar produkter för personlig vård. En bra kosmetisk kemist måste kunna kombinera vetenskap och konst för att skapa produkter med den känsla och det utseende som konsumenterna önskar.