Formulación de Shampoo & selección de tensoactivos

SHAMPOO (CHAMPÚ)El champú es un producto para el cuidado del cabello, usado para limpiarlo de suciedad, la grasa formada por las glándulas sebáceas, escamas de piel y en general partículas contaminantes que gradualmente se acumulan en el cabello.

Shampoo

Cabello dañado

ChampúChampúEl propósito del shampoo es limpiar el cabello.

El usuario además espera una densa y abundante espuma.

Los tensoactivos básicos o primarios son el constituyente principal de los productos de limpieza, son indispensables.

ShampoosShampoosPueden presentarse en varias formas físicas:

• Líquidos, cremas, pasta y en aerosol • La mayoría son líquidos, tanto claros o aperlados

Los principales constituyentes de la mayoría de los champúes líquidos, pueden clasificarse como:

• Detergentes primarios• Detergentes secundarios• Espesantes

– Espumantes

– Estabilizadores de espuma

– Perfumes

– Conservadores

– Diluentes (usualmente agua)

– Acondicionadores

Shampoos (con.)Shampoos (con.)

– Otros aditivos (funcionales)

– Nacarantes / opalescentes– Colorante

Aclaración : Muchos ingredientes son multifuncionales y por lo tanto, no caen

claramente dentro de una categoría

Shampoos (con.)Shampoos (con.)

Viscosidad

Suavidad

EspumaClaridad

Acondicionador

Estabilizante

CostoDetergencia

LimpiezaPersonal

Consideraciones de Formulación

Los tensoactivos usados en un shampoo necesitan ser seleccionados con base en un amplio intervalo de propiedades, que incluye:

Shampoos (con.)Shampoos (con.)

•Costos•Altura de espuma•Textura de espuma•Detergencia•Irritabilidad

•Facilidad de manejo y mezclado•Compatibilidad con otros ingredientes•Color•Olor•Pureza•Biodegradabilidad

Tensoactivos

+

+

-

Aniónico

Catiónico

Amfotérico

Non-iónico

Hidrófobo Hidrófilo

-Típico Hidrófilo

Amina cuaternaria

EO (óxido poli-etileno)

Amina cuaternaria /carboxilopH dependiente

Sulfato/sulfonato/Carboxilato

• Tensoactivos aniónicos básicos

(Tensoactivos aniónicos primarios)

• Tensoactivos aniónicos suaves (Tensoactivos aniónicos secundarios)

Tensoactivos

HidrofóbicoHidrofílico

Son los tensoactivos más usadosExhiben propiedades bien balanceadosExcelente espumanteBajo CMC (concentración micelar crítica) ideal para la limpieza

Lauril éter sulfato / Lauril éter sulfato sódico

1. Sulfatos 1. Sulfatos ééter Alquter Alquíílicoslicos(R(R-- (OCHCH(OCHCH22))xxSOSO44MM))

Tensoactivos Primarios

Comportamiento ideal considerando espuma y detergenciaEs fácilmente espesado con salTiene buena solubilidad acuosaSu compatibilidad con la piel y ojos son aceptables

Tensoactivos primarios (con.)Tensoactivos primarios (con.)

2. Alquil sulfatos (R-SO4m)

El primer tensoactivo sintético

Todavía el más popular

Excelente espumante

Produce espuma densa y cremosa

Derivados de alcohol láurico y mirístico

3. Sulfonatos de α- Olefina

• Una mezcla de sulfonatos de alqueno y de sulfonatosde hidroxialcanos

• Más suave que el sulfonato de alquilo

• Similar irritación al sulfato de éter alquílico

• Estable a valores de pH ácidos y alcalinos

CH3(CH2) n - CH = CH - CH2 - SO3 Na

Tensoactivos aniónicos suaves(Tensoactivos secundarios)Tensoactivos aniónicos suaves(Tensoactivos secundarios)

El objetivo es mejorar la compatibilidad con la piel y los ojos.

Los tensoactivos suaves usualmente reducen la espuma y limpieza comparado con los tensoactivos primarios.

1. SulfosuccinatosROCOH-SO3CH2-CH2-CO2 2Na)

Derivados del ácido sulfosuccínico ambos mono y diésteresEl derivado más popular usado en Europa es el lauril éter sulfosucinato disódicoBuen espumante y relativamente baratoInestabilidad tanto a bajos como a valores altos de pHEstable a pH 6-6.5

2. Cocoil isetionato(RCOOH-CH2-CH2-SO3Na)

Principalmente usado como tensoactivo en barras “syndet”

Mejora la compatibilidad con la piel

Excelentes propiedades emolientes

Usado en productos para bebes y lavados faciales

Máxima estabilidad a pH 5-7

3.Carboxilatos éter alquílicos(R-(OCH2-CH2)x-OCH2-COOM)

Tensoactivo suave, reductor de espuma y limpieza

Compatible con la piel

Estable a pH bajos

4. Tensoactivos de Mg

Tienen mejor compatibilidad con la piel >

Amm de Na, y amina neutralizada

Forma mucha espuma y tiene excelentes propiedades de limpieza.

El ion Mg incrementa la resistencia a los moos.

5. Alquil fosfato

Mono alquil fosfato es un buen tensoactivo

Espumante y con suavidad a la piel

Disponible para shampoo suaves

Di y tri son conocidos como emulsificantes

Tensoactivos AmfotéricosTensoactivos AmfotéricosLa carga cambia en función del pH de la formulación.

Forma complejos con los tensoactivos aniónicos

Tiene propiedades suaves

Alquil betaínasPuede ser catiónico o aniónico dependiendo del pHA pH 5-7 como en un shampoo, forman complejos iónicos con TAMejora la compatibilidad con la piel de una formulación aniónicaEl tamaño de micela viscosidadMejora la espuma de una formulación (espesante de la formulación), haciéndola fina y cremosa

RN+

O

O-CH3

CH3

Alquilamida betaínas

Son más suaves que las betaínas alquílicas

Bajo costo

Mucho más usado en cosméticos

Acilamfoglicinatos y acilamfopropionatos

Los productos más importantes son los derivados de coco

Buena compatibilidad con la piel

Muestra propiedades acondicionadoras en shampoo

Excelente espumante pero no es estable en agua dura

Amino óxidos

Los amino óxidos nunca son aniónicosSon catiónicos, no dependiente al pH, en combinación con los TA pueden actuar como un potenciador de la espuma al mejorar su estructuraBuen espesante para tensoactivos iónicosBuen acondicionador en el enjuague del cabello

Tensoactivos no-iónicosTensoactivos no-iónicos

Pobre formador de espuma en shampoos

Usualmente adicionado como solubilizante para elperfume

Extraordinaria suavidad, usado como el principal tensoactivo en shampoo para bebes

ProductosProductos EtoxiladosEtoxilados

Alquil poliglicósido (APG)No tan bueno como los tensoactivos aniónicos

Presenta buenas propiedades espumantes

Excelente compatibilidad con la piel

Normalmente usado como tensoactivo secundario

Los shampoos de“uso frequente” contienen niveles altos de tensoactivos secundarios suaves

• Muchos tensoactivos secundarios exhiben poca irritación a piel y ojos

• Pequeña adición de tensoactivos secundarios provocan disminución significativa de la irritación

Shampoos (con.)

Evaluación de detergentes como bases en ShampooEvaluación de detergentes como bases en Shampoo

• Facilidad de extenderse

• Poder espumante

• Eficiencia en remover suciedad

• Facilidad de enjuagar

Evaluación de las BasesEvaluación de las Bases• Facilidad de peinar en cabello húmedo• Lustre del cabello• Rapidez de secado• Facilidad de peinar y arreglar el cabello seco• Seguridad del shampoo

DetergenciaDetergencia

Detergencia : La remoción de suciedad, involucrando los siguientes procesos:

• Capacidad de mojar tanto la mugre como al sustrato.

• Reducir la tensión interfacial

• Dispersar las partículas de mugre

Aditivos de shampoosAditivos de shampoos

Es muy importante la viscosidad alta, esto para que:Estabilidad del productoManejo

El producto deberá tener una viscosidad entre 400 y 4000 m Pas

EspesantesEspesantes

Productos nacarantes deberán tener una viscosidad mínima de 2,000 mPas para evitar la precipitación.

Éter sulfato + electrolitos (Cl-) viscosidad por el tamaño de la micela

Alcanolamida el punto de enturbamiento de la formulación

Espesantes (con.)Espesantes (con.)

Usando un espesante de peso molecular adecuado; PEG 6,000, PEG 120

Es cualquier producto que permanece estable a la hidrólisis a temperaturas altas o pH extremos

Espesante Polimérico

Goma natural

Derivados de Celulosa

Espesantes (con.)

Estabilizante de la espuma• En presencia de aceite, como la secreción

sebácea.

Monoetanolaminas son los más eficientes.

Agentes nacarantesAgentes nacarantes

Mono Etilenglicol y ditearato (EGMS,EGDS) son los más utilizados.

Tienen que ser incorporados a temperaturas altas (70 -75)

Bases nacarantes líquidos (Ready – made) son actualmente los más populares

Shampoo con TA dejan el cabello difícil de peinar aún mojado, y deja el cabello suelto cuando se peina después de secarse.

Adición de los acondicionadores

Húmedo – peinabilidad

Carga estática

Acondicionadores

Los TC muestran buenas propiedades pero incompatibles con los TA

Usando polímeros cuaternizados

: Hidroxietil celulosa cuaternizado(Poli cuaternizado 10) compatible con la

mayoría de los TA

Muestra excelentes propiedades acondicionantes

Acondicionadores (con.)

Imparte manejabilidad y cuerpo al cabello, muy bajas concentraciones son suficientes (0.5%).

Concentraciones altas pueden llevar a un sobreacondicionado y un aumento en el cabello

Acondicionadores (con.)

Pequeñas cantidades de componentes grasos: alcohol graso, monoglicérido pueden aumentar el efecto acondicionante del shampoo

Silicones pueden ser acondicionadores muy efectivos, pero difíciles de incorporar y pueden actuar como antiespumantes.

Acondicionadores (con.)

Espesantes y estabilizadores de espumaEspesantes y estabilizadores de espuma

Alcanonamidas o sus derivadosMateriales Poliméricos Electrolitos

Mucho de estos ingredientes son multifuncionales, y la mayoría de los productos usan más de uno.

Algunos tensoactivos son difíciles de espesar, no responden adecuadamente a la adición de electrolitos

La mayoría de los tensoactivos son no-Newtonianos, exhiben:

Adelgazamiento al corteEspesamiento al corteTiempo – dependientesTiempo – independientesPunto de cedenciaetc.

Espesantes (con.)Espesantes (con.)

La prueba de viscosidad debe ser considerada cuidadosamente

Varias materias primas han sido desarrolladas

Derivados de PEG

Material Polimérico : Gomas naturales

Un producto goma-espesante tiene una Reología diferente a un producto similar electrolito-espesante

Espesantes (con.)Espesantes (con.)

El efecto de la temperatura es menor para las gomas que para un sistema electrolito-espesante

Esto puede ser útil cuando se formula en climas donde el producto deberá estar sujeto a variaciones altas de temperatura en el almacenamiento, distribución y uso.

Espesante (con.)Espesante (con.)

La goma estabilizará a menudo la espuma, fortaleciendo la película en la interfase aire/líquido en la matriz de las burbujas

Haciendo sentir la espuma más densa (cremoso) en el uso

A veces es evidente tan pronto como el shampoo esta en las manos

Espesantes (con.)Espesantes (con.)

Algunas desventajasAlgunas desventajas

Costo altoEl proceso es prolongado (con alto consumo de energía, si el proceso utiliza calor)Dificultad para ajustar la viscosidad

Este problema a menudo puede superarse usando una pequeña cantidad de electrolito para ajustar la viscosidad.

Efecto del electrolito en la viscosidad de los tensoactivosEfecto del electrolito en la viscosidad de los tensoactivos

Densidad iónica de la solución

El efecto consecuente en el tamaño y forma de la micela

Adicionando un electrolito con el mismo catión que el TA primario en el sistema

e.g: cloruro.amm lauril sulfato amm.

cloruro Na. lauril éter sulfato Na.

Adición del electrolito más allá de un cierto punto causará adelgazamiento, muy rápido y ↑El máximo en la viscosidad depende de:

ConcentraciónPresencia de alcalonamidasNivel de alcohol graso libreEfecto de los perfumes

Efecto del electrolito (con.)

La máxima viscosidad ocurre a baja concentración de electrolito cuando están presentes éter graso libre y alcalonamidasDebido a la formación de micelas mezcladasDeberá haber experimentos para la relación de viscosidad y la concentración de electrolito

Efecto del electrolito (con.)

ConservadoresConservadores

Asegurar que los productos no contengan patógenos …

Existen varios conservadores:

Parabenos

Imidazolidinil ureas

2-Bromo-2-nitropropano-,1,3-diol

5-Bromo-5-nitro-1,3-dioxano

Dimetil dimetilol (DMDM) hidantoina

Metil cloroisotiazodliona y

metilisotiazodliona

Pohenoxetanol

Drazolidinil urea

Meti dibromoglutatonitrilo

Questernium – 15

Iodato sódico

Glutaraldehido

Conservadores (con.)

Muchos tensoactivos usados en champúes ya tienen propiedades antimicrobianasLa adición de conservadores deberá tomarse en cuentaDeberán realizarse pruebas al producto terminado

Conservadores (con.)

Opacificación de champúes usualmente es por una razón estética

Es una técnica útil para cuando no se puede tener un producto claro.

Opalescentes y nacarantesOpalescentes y nacarantes

Adición de pequeños finos, dispersión de polímero intensamente blanco

Para facilitar la dispersión y subsiguiente estabilidad del producto, diluir el opacificante al 10% con agua antes de agregarlo a la mezcla principal.

OpacificaciOpacificacióón n puedepuede lograrselograrse simplementesimplementeporpor

OpacificantesOpacificantes (con.)(con.)

Comprar una base nacarante listo para usarse(necesario diluir antes de adicionar)

Agregando los agentes comúnmente etilenglicolmono-disperso)

Nacarantes elegidos a la mezcla caliente (Comprando un agente nacarante altamente concentrado en forma líquida o semilíquida que pueda agregarse como mezcla fría

Tres maneras habituales para lograr el nacarado usando estearatoTres maneras habituales para lograr el nacarado usando estearato

1. Composición del estearato

2. Presencia de alcanolamidas y otros materiales

3. Velocidad de enfriamiento

4. Velocidad de corte de la agitación

5. Composición de la base

Factores que afectan la apariencia del nacaradoFactores que afectan la apariencia Factores que afectan la apariencia del nacaradodel nacarado

La mayoría de los acondicionadores activos son tensoactivos catiónicos, incompatible con tensoactivos aniónico que son la base de casi todos los champús

Las propiedades de ambos catiónico y aniónico pueden modificarse

AcondicionadoresAcondicionadoresAcondicionadores

Materiales que han sido usados como acondicionadores en shampoos

Aceites vegetales

Vitaminas

Lanolina y sus derivados

Extractos de plantas

Algunas silicones especiales

ColorColor• Usar colorantes que cumplen con las característica

técnicas requeridas para CEE y de EE.UU. siempre que sea posible

• Colorantes de alta purezas son más caros que los de calidades técnicas

• La estabilidad del color debe ser considerada

• La oxidación del colorante puede disminuirse agregando un absorbente de UV adecuado

Agua• Los absorbentes solubles normalmente

funcionan mejor en los champúes

• La Benzofenona-4 y 2 (0.05-0.1%)

• El color debe agregarse en la solución, no en el material sólido

• La solución del colorante acuosa requiere de conservador

QuelantesQuelantes

• Como las sales de EDTA (ácido etilendiaminotetraacético) se adicionan en baja concentración

• Para ayudar al enjuague en agua dura

• Para incrementar la eficacia del conservador