O mercado global de cosméticos de cuidados com a pele e cor ultrapassou 53 bilhões de dólares em 2002. O número de novos produtos trazidos ao mercado continua a expandir-se exponencialmente. Os químicos cosméticos estão sempre à procura de ingredientes interessantes e exóticos que melhoram a aparência e a saúde da pele. Uma vasta gama de compostos é necessária para fornecer estes produtos. A última edição do Dicionário da Cosmetics Toiletries and Fragrance Association (CTFA) lista mais de 10.000 matérias primas. Todos os anos centenas de novos ingredientes são adicionados à lista dos que têm sido utilizados durante séculos. Alguns materiais utilizados hoje podem ser rastreados até 11.000 A.C.E. nos desenhos de animais das cavernas de Altimira.
História
A aparência da formulação dos cuidados da pele data de cerca de 3000 A.C.E. no antigo Egipto. A maioria das misturas eram preparadas a partir de materiais naturais. Diz-se que Cleópatra tomou banho no leite dos burros para manter a sua pele suave e flexível. Um material natural usado pelos antigos era o ocre vermelho, ou óxido de ferro. Pedaços de minério vermelho eram formados quando o ferro era oxidado ou enferrujado. O óxido de ferro vermelho foi encontrado em túmulos de sepultamento, em colorações de lábios cerimoniais e preparações de rouge. Também foi usado para desenhar os antigos desenhos de animais das cavernas, como visto em Altimira, e ainda é usado em muitas formulações de maquiagem
hoje. Tintas para os olhos também foram encontradas em sepulturas antigas. Estas tintas consistiam principalmente de um minério verde à base de cobre chamado malaquite que era extraído em pedreiras próximas. A gordura animal era combinada com substâncias perfumadas como o incenso e a mirra para produzir pomadas de pele precoces. Cremes e loções mais sofisticados foram aperfeiçoados através de tentativas e erros e transmitidos ao longo de muitas gerações.
Emulsões
A maioria dos cremes e loções são emulsões. Uma emulsão pode ser definida simplesmente como dois fluidos imiscíveis nos quais um líquido é disperso como gotículas finas no outro. O leite homogeneizado é um exemplo de uma emulsão típica de óleo na água (o/w). A gordura do leite (óleo) é dispersa em água como gotículas finas pelo processo de homogeneização. A razão pela qual a gordura não flutua para cima imediatamente é devido à presença de emulsificantes; neste caso, uma proteína do leite chamada caseinato de sódio, bem como vários fofolípidos. No caso de emulsões de água em óleo (p/o), a água é dispersa como gotículas e suspensa na fase oleosa. O líquido não disperso ou fase de suspensão externa também é chamado de fase contínua. A maionese, água em vinagre dispersa como gotículas finas numa fase contínua de óleo de soja, é um exemplo de uma emulsão de água em óleo. A lecitina dos ovos estabiliza a emulsão de maionese.
Tensioactivos
A maioria dos emulsionantes podem ser considerados tensioactivos ou agentes tensioactivos. Estes materiais são capazes de reduzir a tensão superficial da água. O que torna uma superfície emulsificante ativa está relacionado ao seu HLB, ou equilíbrio hidrofílico-lipófilo. O HLB é determinado pelo tamanho da porção hidrofílica (amante da água ou polar) de uma molécula em comparação com o tamanho da porção lipofílica (amante da água ou não-polar). O sistema HLB foi criado para classificar a polaridade relativa dos materiais. Os materiais mais polares, solúveis em água, estão no topo da escala de vinte pontos com materiais mais não polares, solúveis em óleo, mais próximos de zero. Ao HLB de caseinato de sódio é atribuído um valor de cerca de quatorze por causa de sua alta solubilidade em água. A lecitina, por ser pouco solúvel em água, tem um valor de HLB de cerca de seis. Ambos têm grupos polares. O grupo polar na proteína do leite é o sódio. O componente surface-active da lecitina é uma molécula chamada phosphotidylcholine ou PC (Veja Figura 1). A parte polar, ou solúvel em água do PC, é o grupo funcional fosfato. Os grupos polares dos emulsificantes orientam-se para a fase polar da água. Os seus grupos lipofílicos, não polares, orientam-se para a fase oleosa para formar micelas (ver figura 2). Estas estruturas esféricas fornecem estabilidade à emulsão através da ligação ao hidrogênio e forças elétricas fracas.
Os emulsionantes para o cuidado da pele podem ser divididos em dois grupos baseados em carga iónica (Ver Figura 3). Materiais que podem se dissociar em espécies carregadas são considerados iônicos enquanto aqueles que não são chamados de não iônicos. Os emulsificantes iônicos podem ser ainda classificados por tipo de carga. Os aniônicos são carregados negativamente quando solvados como em estearato de sódio ou sabão.
Quando os ácidos gordos reagem com álcali, formam sabões. O processo de formação do sabão é chamado saponificação. O grupo de ácido esteárico carregado negativamente é a principal unidade emulsionante do sabão, dando-lhe a classificação aniônica. Os emulsificantes com carga positiva são chamados catiónicos. A unidade emulsificante Quarternium24 dissocia-se no grupo do amónio com carga positiva. Os anfóteros são compostos que expressam tanto cargas negativas como positivas.
Os emulsionantes não iónicos são frequentemente usados em emulsão de cuidados com a pele pela sua segurança e baixa reactividade. Eles são geralmente classificados por similaridade química. A glicerina, normalmente adicionada às emulsões cosméticas pelas suas propriedades humectantes, é a espinha dorsal de uma classe de emulsificantes chamada ésteres de glicerina . O monoestearato de glicerilo, ou GMS, é chamado de monoéster por causa de sua única ligação éster (ver Figura 4). O diéster é preparado esterificando duas moléculas de ácido esteárico para cada molécula de glicerina. Os monoésteres de glicerina e os diésteres são emulsionantes muito eficazes porque contêm tanto grupos hidroxilos polares (OH) como ácidos gordos não polares. Se os três grupos hidroxil da glicerina reagirem, o triéter resultante terá pouca capacidade emulsificante.
O ácido esteárico é chamado ácido gordo C18. Os ácidos gordos, presentes em gorduras e óleos, são classificados de acordo com o seu comprimento de cadeia de carbono. Como o ácido esteárico é um componente importante de muitas das gorduras e óleos utilizados em tratamentos de beleza, os emulsionantes à base de estearato são particularmente úteis. Os ácidos gordos são componentes chave de muitos emulsionantes cosméticos devido à sua miscibilidade numa variedade de óleos naturais e sintéticos.
Ésteres de polietilenoglicol ou etilenoglicol são chamados ésteres de PEG. A solubilidade de um éster de PEG é determinada pelo número de moléculas de PEG que reagiram por molécula de ácido. O oleato de PEG 6, por exemplo, tem seis moléculas de PEG que reagiram com uma molécula de ácido oléico. Como o número de moléculas polares de PEG por molécula ácida aumenta a solubilidade da água/HLB; o oleato de PEG 8 é mais solúvel que o oleato de PEG 6. O químico cosmético utilizará frequentemente misturas de ésteres glicerílicos e um éster PEG com altos e baixos valores de HLB para determinar a polaridade necessária para emulsificar várias gorduras e óleos. Os muitos tipos de emulsificantes são demasiado numerosos para serem listados aqui, no entanto os Emulsificantes e Detergentes McCutcheon’s são uma excelente fonte para uma lista mais completa.
Emolientes
A maioria dos emolientes usados nos cuidados pessoais e itens de beleza são gorduras e óleos, também chamados lipídios. A gordura animal ou sebo é composta principalmente por ácidos esteárico e palmítico com cadeias de carbono de 18 e 16 comprimentos, respectivamente. Muitas das maiores empresas cosméticas estão se afastando de materiais de base animal como o sebo para materiais de base vegetal renovável. Óleo de coco e óleo de palmiste são frequentemente utilizados. Algumas das principais características exigidas em bons emolientes são boas propriedades de espalhamento, baixa toxicidade/ irritação da pele e boa estabilidade oxidativa. O ácido oleico, um dos principais constituintes do azeite de oliva, tem baixa estabilidade oxidativa devido à presença de sua dupla ligação. As gorduras e óleos são considerados saturados se não tiverem dupla ligação. Óleos insaturados como o azeite de oliva têm ligações duplas que podem reagir com o oxigênio, especialmente quando aquecidos. O processo de oxidação pode produzir cores e odores desagradáveis nos lípidos, fazendo com que estes se tornem rançosos e inutilizáveis.
Emolientes à base de petróleo, como vaselina e óleo mineral, são encontrados em muitas formulações porque não contêm ligações duplas ou grupos funcionais reativos. Óleos de silicone como o ciclometano, o dimeticone são frequentemente adicionados para aumentar o deslizamento e a emoliência (ver Figura 5).
Os óleos que contêm altos níveis de ácidos gordos essenciais, EFAs, são valorizados pela sua capacidade de reabastecer os lípidos (óleos) que se encontram naturalmente dentro das camadas da pele. O ácido linoleico é um exemplo de um EFA. Álcoois de cadeia longa, também chamados de álcoois gordos, são úteis como emolientes e estabilizadores de emulsão. Os seus grupos polares hidroxilos orientam-se para a fase aquosa com as suas cadeias gordurosas orientadas para a fase oleosa. Os ésteres de álcoois gordos e ácidos gordos são excelentes emolientes devido à sua baixa reactividade e boa estabilidade.
A lanolina, derivada da lã de ovelha, é frequentemente chamada de graxa de lã. A lanolina tem sido usada há séculos devido à sua composição única de esteróis complexos, álcoois graxos e ácidos graxos. Colesterol, uma molécula cíclica chamada
um esterol, é um componente importante. Os grupos hidroxila polar de esteróis e álcoois permitem que a graxa absorva e retenha água. A pele é composta principalmente de água, são utilizados inúmeros óleos e emolientes para a nutrir e proteger.
Hidratantes
A principal distinção entre hidratantes e emolientes é a sua solubilidade em água. Uma pele saudável requer hidratação. Os hidratantes são geralmente materiais polares que são higroscópicos na natureza; eles se agarram à água. Uma ferramenta importante para avaliar a eficiência dos hidratantes é o seu elevado alcance. Ele mede a perda de água transepidérmica ou TEWL. Após a aplicação de um hidratante na pele, o nível de hidratação é registado. Após vários minutos, o nível de hidratação será reduzido devido à tendência natural da pele para libertar humidade ao longo do tempo. Ingredientes que podem manter um elevado nível de hidratação nas camadas superiores da pele durante várias horas podem reduzir a taxa de perda de água. A glicerina é um ingrediente muito económico utilizado para ajudar a reduzir a TEWL. Sorbitol, sacarose, glicose e outros açúcares também são comumente usados para hidratar a pele. O Aloe, que contém uma mistura de polissacarídeos, carboidratos e minerais, é um excelente hidratante. À medida que a pele fica mais seca nos meses de inverno, pode ser necessário incorporar materiais que melhor selam a hidratação da pele.
Ceras
As ceras são compostas principalmente de ésteres de cadeia longa que são sólidos à temperatura ambiente. Qualquer pessoa que já mergulhou um dedo em cera derretida experimentou as suas propriedades selantes. Algumas ceras comuns usadas em cosméticos são cera de abelha, candelilha, carnaúba, polietileno e parafina. Os pontos de fusão das ceras variam muito, dependendo da sua composição única e do comprimento da cadeia. Comumente usadas em bálsamos labiais e bastões, as ceras funcionam como agentes estruturantes, dando ao bastão rigidez suficiente para se manter de pé por si só, bem como propriedades de barreira. Combinando ceras com diferentes propriedades, como alto brilho, flexibilidade e fragilidade, é possível obter um ótimo desempenho cosmético. Muitas vezes as ceras são combinadas com óleos compatíveis para obter a suavidade desejada. A compatibilidade é geralmente determinada pela medição da turbidez e do grau de separação de dois materiais misturados acima de seus pontos de fusão. As ceras são particularmente úteis em cremes para as mãos e emulsões de rímel pelas suas propriedades espessantes e impermeabilizantes.
Espessantes
Ao incorporar cera suficiente numa loção fina, pode formar-se um creme espesso. Muitos espessantes são polímeros. Celulose, um polímero em pó fino de repetição
Unidades de D-glucose, incha em água quente criando uma rede de gel. Carbopol, um ácido poliacrílico, incha quando neutralizado (Ver Figura 6). As argilas bentónicas incham quando a sua estrutura, parecida com uma pilha de cartas, é aberta através de cisalhamento mecânico. Carragena, pectina e goma de alfarroba são todos exemplos de espessantes cosméticos que também são usados em alguns dos nossos alimentos preferidos, como geléias, molhos para salada e recheios para tortas.
Ingredientes ativos
Materiais que trabalham fisiologicamente dentro da pele ou ajudam a proteger a pele de insultos também são chamados de ingredientes ativos. O termo “cosmecêuticos” cunhado pelo famoso dermatologista Dr. Albert Kligman, refere-se a um produto que se encontra entre um cosmético e um medicamento. Embora um cosmético, por definição legal, só possa servir para embelezar e proteger a superfície da pele, muitos produtos cosméticos podem ser mostrados para penetrar nas camadas dérmicas da pele para exigir uma mudança fisiológica.
Os ácidos de fruta são um exemplo de um material activo. Também chamados de alfa hidroxiácidos ou AHAs, eles têm a capacidade de penetrar na pele, onde podem aumentar a produção de colágeno, elastina e substâncias intracelulares, melhorando assim a aparência da pele. Milhares de ativos cosméticos são usados para afetar a pele de diversas maneiras. Eles são usados para clarear, apertar e firmar a pele. Eles podem ser usados para suprimir a transpiração, como no caso do cloroidrato de alumínio. O ácido salicílico e o peróxido de benzoíla são ingredientes importantes devido à sua actividade anti-acne (ver figura 7). Alguns materiais activos são adicionados aos tratamentos cutâneos para proteger a pele do ambiente. O dimeticone e o petrolato são exemplos de protectores cutâneos.
Protectores solares
Os protectores solares são uma classe de compostos que protegem a pele da radiação ultravioleta. Comprimentos de onda entre 290nm e 400nm são particularmente prejudiciais para a pele. A capacidade dos protetores solares de absorver ou refletir esses comprimentos de onda prejudiciais são classificados pelo seu FPS ou fator de proteção solar. Por exemplo, uma pessoa protegida com um protector solar factor 15 será capaz de permanecer ao sol quinze vezes mais tempo do que se estiver desprotegida. Metoxicinamato de octilo, salicilato de octilo, dióxido de titânio e avobenzona são alguns importantes protetores solares tópicos. Podem ser classificados como protectores solares UVA ou UVB, dependendo do comprimento de onda que absorvem. Benzophenone 4, um filtro UV solúvel em água, é comumente usado para proteger a cor dos produtos cosméticos.
Cor
Os pigmentos e corantes são usados em produtos para conferir uma cor. O dióxido de titânio (TiO 2 ) é um pigmento branco que é minado. Em combinação com óxidos de ferro naturais minados e sintéticos, que variam na cor do vermelho, amarelo, preto e marrom, dependendo do grau de oxidação e hidratação, pode ser produzida uma gama de cores que será adequada para quase todos os tons de pele. Os pós faciais são produzidos pela mistura de óxidos e cargas inorgânicas. Os fillers são materiais inertes, geralmente baratos como caulim, talco, sílica e mica, que são usados para estender e desenvolver totalmente as cores. Pós prensados como sombras e blushers são preparados misturando ingredientes de ligação adicionais, como óleos e estearato de zinco, e pressionando a mistura em panelas.
As sombras e os batons contêm frequentemente pigmentos perolados, normalmente chamados pérolas. As pérolas brilham e reflectem a luz para produzir uma multiplicidade de cores. Elas são preparadas precipitando uma fina camada de cor em finas plaquetas de mica. A variação da espessura da cor depositada altera o ângulo de refração da luz através do composto, criando cores diferentes.
Os pigmentos orgânicos são usados para colorir batons e sombras de olhos. Quando os orgânicos são precipitados em um substrato são chamados pigmentos lacustres. O termo lago refere-se à formação ou precipitação do sal orgânico sobre um substrato metálico como alumínio, cálcio ou bário. Eles são chamados de cores D&C (medicamento e cosmético) e FD&C (alimento, medicamento e cosmético). Alguns exemplos são D&C vermelho#7 lago de cálcio e FD&C amarelo #5 lago de alumínio. Corantes como FD&C Azul#1 e D&C Amarelo #10 são facilmente solúveis em oposição aos pigmentos, que são insolúveis. As tinturas são úteis no fornecimento de corantes para loções, óleos e champôs.
Conservantes
A maioria dos produtos cosméticos requer a adição de conservante para prevenir contaminação microbiana e ranço. Parabenos e ésteres de ácido parabenzóico são de longe os mais usados devido à sua eficácia contra bactérias gram-positivas. O fenoxietanol é utilizado para proteger contra estirpes gram-negativas. O químico cosmético geralmente emprega uma mistura de conservantes para proteger contra diferentes estirpes bacterianas, bem como contra leveduras e bolores. Antioxidantes como o tocoferol (vitamina E) e o BHT também são adicionados para prevenir a oxidação de ingredientes sensíveis, bem como proteger a pele de danos radicais livres.
Conclusão
Enquanto a sociedade continuar a dar grande ênfase à aparência jovem e bela da química cosmética continuará a florescer. Uma boa compreensão dos fundamentos da química da emulsão e da fisiologia da pele são pré-requisitos para a formulação de produtos de cuidados pessoais. Um bom químico cosmético deve ser capaz de combinar ciência e arte para criar produtos com a sensação e a aparência que os consumidores desejam.