Тестирование пенообразующих свойств нового мягкого состава поверхностно-активного вещества в соответствии с ASTM D1173-07

Анализ пены для Polyaldo^TM 10-1-CC в сравнении с поверхностно-активными веществами сорбитана лаурата и децилгликозида ПЭГ-80

Пенообразующие свойства недавно разработанного неионного и мягкого поверхностно-активного вещества PolyaldoTM 10-1-CC были исследованы и сравнены с двумя стандартными поверхностно-активными веществами, используемыми в продуктах личной гигиены. Чтобы облегчить также надлежащую сопоставимость с возможными другими системами поверхностно-активных веществ, исследование было проведено как эталонное испытание в соответствии с хорошо установленным стандартом ASTM D1173-07 для анализа пены. Все эксперименты проводились с использованием анализатора пены KRUSS Ross Miles - RMFA, первого прибора, который позволяет проводить автоматический анализ в соответствии с ASTM D1173-07 и тем самым не оставляет места для неопределенностей в условиях эксперимента. Помимо вспениваемости и стабильности пены, как определено в стандарте ASTM, также оценивалась плотность пены, которая может коррелировать с сенсорными свойствами пены. Пена, созданная из Polyaldo^TM 10-1-CC, в условиях окружающей среды показывает свойства, сравнимые с PEG-80, но превосходит это мягкое поверхностно-активное вещество при повышенной температуре 49 °C. Это исследование пены является частью более всестороннего исследования по сравнению трех поверхностно-активных веществ, которое будет опубликовано в журнале SOFW Journal.

Поверхностно-активные вещества являются важным ингредиентом средств личной гигиены, поскольку они способствуют удалению кожного сала и грязи с кожи и волос. Новые правила в отношении химических ингредиентов, а также спрос на натуральные и мягкие альтернативы подталкивают к разработке новых рецептур поверхностно-активных веществ. Одним из важных критериев при разработке рецептур поверхностно-активных веществ является их пенообразование. Объем, стабильность и сенсорные свойства образующейся пены - это аспекты, которые могут привести к коммерческому успеху готового продукта и поэтому требуют тщательного контроля и анализа.

В то время как новейшие приборы для анализа пены позволяют использовать большое количество хорошо контролируемых методов вспенивания, сложный научный анализ и параметры результатов, исследования пены следуют стандарту ASTM D1173-07, который основан на более чем 70 лет публикации, по-прежнему пользуются большой поддержкой по следующим двум причинам: во-первых, все параметры вспенивания внутренне фиксируются приборами, не оставляя места для изменения экспериментальных условий и, следовательно, устанавливая этот метод как первый выбор для тестирования новых составов. Во-вторых, метод вспенивания Росс-Майлза легко облегчает получение информации как о вспениваемости, так и о стабильности пены для высококонцентрированных растворов поверхностно-активных веществ (> 5-кратная критическая концентрация мицелл). Последняя причина, в частности, не может быть устранена некоторыми другими способами вспенивания, такими как, например, барботирование газом.

Комбинация обоих вышеуказанных пунктов также подчеркивает, почему автоматический анализ в соответствии с ASTM D1173-07 с помощью анализатора пены Ross Miles - RMFA является отличным выбором для контроля качества пенообразования для широкого диапазона систем и концентраций поверхностно-активных веществ.

Экспериментальная часть

В этом исследовании вспениваемость, стабильность пены и плотность пены недавно разработанного сверхмягкого неионогенного поверхностно-активного вещества, полиглицерилового эфира Polyaldo TM 10-1-CC, были протестированы в соответствии с ASTM D1173-07 с использованием анализатора пены Ross Miles - RMFA. (рисунок 1б). Чтобы обеспечить основу при оценке полиглицерилового эфира Polyaldo™ 10-1-CC, в исследование были включены два стандартных поверхностно-активных вещества. Сорбитана лаурат ПЭГ-80 известен своим мягким воздействием на кожу. Он содержится во многих очищающих средствах, способствующих мягкости, таких как средства по уходу за детьми и продукты, предназначенные для чувствительной кожи. Децилглюкозид - это поверхностно-активное вещество на основе алкилполиглюкозы (АПГ), полученное из спиртов растительного происхождения. Это хорошее очищающее средство для кожи и обеспечивает отличное мгновенное вспенивание очищающих составов.

Рисунок 1 - а) Схема анализа пены Росс-Майлза до (слева) и после процесса образования пены (справа). Цветные стрелки указывают общую высоту H_t, высоту жидкости H_l и чистую высоту пены H_f, определенную прибором. б) Изображение KRUSS RMFA для автоматического анализа пены в соответствии со стандартом ASTM D1173-07

Все экспериментальные детали и информацию об автоматическом обнаружении высоты можно найти в стандарте ASTM и в других местах. В исследовании 250 мл раствора поверхностно-активного вещества вливают через отверстие диаметром 2,9 мм на высоте 90 см в 50 мл того же раствора поверхностно-активного вещества. Затем прибор определяет границы жидкость/пена и пена/воздух с помощью светопропускания в зависимости от времени со скоростью до 20 показаний в секунду. В отличие от этого высокого временного разрешения, стандарт ASTM ограничивает параметры результата только полной высотой при максимальном значении после вспенивания и через одну, три и пять минут после точки максимальной общей высоты. Эксперименты проводились при двух различных температурах, 25 °C и 49 °C, в соответствии со стандартом ASTM. Для этого объемы приемника жидкости и резервуара были предварительно нагреты до желаемой температуры перед заполнением прибора. Стеклянная колонка прибора с двойными стенками поддерживалась при желаемых температурах с помощью внешнего циркуляционного насоса, гарантирующего постоянные температуры жидкости и пены на протяжении всего эксперимента. Для всех трех поверхностно-активных веществ были приготовлены разбавления 0,5 г/л в дистиллированной воде и измерены с использованием RMFA в течение 24 часов после подготовки образца. Каждый образец измеряли в трех экземплярах.

Результаты и обсуждение

На рисунке 2 показаны типичные кривые зависимости от времени общей высоты и чистой высоты пены для всех трех поверхностно-активных веществ (децил глюкозид, Polyaldo™ 10-1-CC и ПЭГ-80 сорбитан лаурат) при 25 °C. Эти кривые содержат различную информацию, но для простоты мы сосредоточимся здесь на параметрах результатов ASTM, обозначенных также стрелками на рисунке 2.

Рисунок 2 - Сравнение чистой высоты пены и общей высоты как функции времени для всех трех исследованных поверхностно-активных веществ. Стрелки указывают дискретные временные шаги t₀, t₁, t₂, t₃, как определено в стандарте ASTM. Значения на этих временных шагах автоматически считываются программным обеспечением KRUSS ADVANCE.

На рисунке 3 показано сравнение стандартных результатов ASTM для всех трех образцов, исследованных при 25 °C и 49 °C. Погрешности отражают стандартные отклонения, полученные как минимум в трех последовательных экспериментах. При обеих температурах АПГ показывает значительно более высокий начальный объем пены и лучшую стабильность пены, чем сложный полиглицериловый эфир Polyaldo™ 10-1-CC и сорбитанлаурат ПЭГ-80.

В то время как при 25 °C сложный полиглицериловый эфир Polyaldo™ 10-1-CC демонстрирует поведение пены, очень схожее с сорбитанлауратом ПЭГ-80, при 49 °C он явно превосходит последний с точки зрения как начальной высоты пены, так и стабильности пены. Полиглицериловый эфир и Polyaldo™ 10-1-CC демонстрирует увеличение начальной высоты пены с температурой. Это можно интуитивно понять, учитывая повышенную подвижность поверхностно-активного вещества и изменения поверхностного натяжения и вязкости.

Однако сорбитана лаурат ПЭГ-80 показывает меньшую пенообразующую способность при повышении температуры. Это связано с хорошо известным поведением полисорбата 80 при гидролизе в водной среде при повышенной температуре.

Рисунок 3 - Сравнение стандартных результатов ASTM для трех образцов, исследованных при 25 °C (вверху) и 49 °C (внизу)

Измерение высоты жидкости в зависимости от времени дает информацию о начальной плотности пены (т.е. влажности) и ее дренаже поведение. Оба являются ценной информацией, выходящей за рамки стандартных параметров результатов ASTM. Помимо объема пены, важными параметрами, описывающими влажность пены, являются начальная плотность пены и ее зависимость от времени. Плотность пены определяется как отношение максимального объема жидкости, хранящейся в пене, к чистому объему пены. Плотность пены может влиять на стабильность пены, но также считается, среди прочего, что она связана с сенсорными свойствами пены. На рисунке 4 показано сравнение начальных максимальных плотностей пены.

Рисунок 4 - Сравнение максимальной плотности пены всех трех исследованных поверхностно-активных веществ при 25 °C и 49 °C

В то время как при 25 °C АПГ может хранить в пене примерно в два раза больше жидкости, при 49 °C плотность пены (т.е. влажность) АПГ превышает таковую у полиглицерилового эфира Polyaldo ™ 10-1-CC и сорбитана лаурата ПЭГ-80. только примерно на 50 %. Опять же, по сравнению с сорбитанлауратом ПЭГ-80, сложный полиглицериловый эфир Polyaldo ™ 10-1-CC показывает сопоставимую плотность пены при 25 °C, но значительно более высокую при 49 °C.

Результаты

Подводя итог, по сравнению с АПГ, сложный полиглицериловый эфир Polyaldo™ 10-1-CC демонстрирует незначительные пенообразующие свойства с точки зрения начальной высоты пены, стабильности пены и влажности, но он явно совместим с сорбитанлауратом PEG-80 при 25 °C и даже превосходит его при повышенных температурах.

Недавно выпущенный KRUSS RMFA способствовал этому сравнительному исследованию пенообразующих свойств с максимальной воспроизводимостью, что привело к минимальным значениям погрешностей. В сочетании с ASTM D1173-07 (который реализован в приборе и программном обеспечении) это гарантирует хорошую воспроизводимость между лабораториями и позволит проводить дальнейшие сравнительные исследования на основе данных, представленных здесь.

Это исследование пены Росс-Майлза является частью более всестороннего исследования, в котором сравниваются также основные свойства (например, цвет, вязкость, значение pH и т.д.), поверхностное натяжение, критическая концентрация мицелл и структура пены (т.е. распределение размеров пузырьков) трех исследуемых поверхностно-активных веществ для публикации в журнале SOFW Journal.