Na rynku kosmetycznym istnieje wiele produktów stanowiących układy transparentne, o estetycznym i “lekkim” wyglądzie. Cieszą się zaufaniem i powodzeniem wśród konsumentów europejskich, oraz jak wykazują przeprowadzane badania, przywołują również pozytywne skojarzenia, takie jak:

•    Lekkość (oil-free, nietłuszczące, nie zatykające pory, szybko wchłaniające się, wygładzające).
•    Świeżość (nawilżające, odświeżające/chłodzące, stymulujące).
•    Natura (czyste, proste, pozbawione chemikaliów, bez zapachu, o neutralnym pH, bez dodatków sztucznych, wrażliwe, hiperalergiczne).
•    Młody wygląd (modne, szykowne, ładne).

Typy konsumentów nastawionych na tego rodzaju produkty to:
•    O zdrowym trybie życia
•    O wrażliwej skórze
•    Ekolodzy
•    Hedoniści

Najprostsze produkty wśród transparentnych kosmetyków stanowią układy wodne zawierające substancje żelujące. Mogą to być mieszaniny związków powierzchniowo czynnych, takich jak surfaktanty, które w odpowiednich proporcjach tworzą ciekłe żele. Najczęściej są to jednak polimery. Polimery tworzą gestą sieć w wodzie czego efektem staje sie żelowa struktura. Niestety układ taki może zawierać głównie substancje rozpuszczalne w wodzie, co bardzo ogranicza działanie takiego kosmetyku. W przypadku pielęgnacji twarzy i ciała o wiele bardziej korzystne stają się układy emulsyjne, które zawierają filmotwórcze substancje o charakterze olejowym. Mając na uwadze doskonałe właściwości aplikacyjne oraz sensoryczne silikonowych surowców kosmetycznych, stają się one pożądanym materiałem w produktach przeznaczonych do pielęgnacji skóry. Połączenie cechy transparentności kosmetyku z materiałami silikonowymi daje transparentne emulsje silikonowe o  przyjemnym wyglądzie, bardzo dobrych właściwościach sensorycznych i wysokiej funkcjonalności.Narastająca potrzeba na kosmetyki określane mianem naturalnych oraz hedonistyczne dążenie do niezapomnianych wrażeń sensorycznych znajduje odzwierciedlenie właśnie w tego typu preparatach.

Aby wyjaśnić czym są wspomniane powyżej transparentne produkty silikonowe należy zacząć od podstawowego pojęcia emulsji. Emulsja jest układem koloidalnym składającym się z dwóch faz, przy czym jedna jest zdyspergowana w drugiej w postaci niewielkich kropel. Spoiwem nie mieszajacych się ze sobą faz jest emulgator, który dzięki swojej charakterystycznej budowie gromadzi sie na granicy faz i utrzymuje produkt w postaci zdyspergowanej przez długi okres czasu. Podstawowym czynnikiem wyróżniającym emulsje silikonowe od standardowych jest fakt, iż jako emulgatory wykorzystywane są polimeryczne związki powierzchniowo czynne o charakterze silikonowym (np.: Dimethicone Copolylol). Związki te zawierają długie wiązania, które tworzą między sobą szerokie kąty. Umożliwia to swobodną rotację grup funkcyjnych oraz  zezwala na wyjątkową elastyczność łańcucha siloksanowego. Dzięki temu krople fazy zdyspergowanej są skutecznie otaczane przez cząsteczki silikonowego emulgatora, tworząc wyjątkowo stabilny układ. Fazę zewnętrzną w dużej części tworzą lotne oraz mniej lotne silikony, które zmieszane z innymi składnikami muszą utworzyć układy transparentne.

 

Rys.1 Emulsja silikonowa - otoczona polimerycznym emulgatorem     
          silikonowym kropla fazy zdyspergowanej: a) optymalna ilość
          emulgatora; b) zbyt duża ilość emulgatora.


Posiadając już wiedzę na temat budowy emulsji, należy zwrócić uwagę na najłatwiej i najszybciej identyfikowalną cechę emulsji, którą jest jej wygląd zewnętrzny. Naturalny wygląd emulsji od zawsze kojarzony był z produktem o charakterystycznym białym kolorze. Co prawda obie fazy, olejowa i wodna, tuż przed połączeniem są zazwyczaj zupełnie transparentnymi cieczami, jednak produktem staje się mleczna emulsja, która traci transparentność. Fakt ten może zastanawiać, lecz przy odrobinie podstawowej wiedzy z zakresu fizyki można to łatwo wyjaśnić. Podstawowym parametrem różniącym obie fazy jest współczynnik załamania światła (R.I), o którym zazwyczaj się nie wspomina, bądź też zapomina. Rozdrobnienie jednej z faz w drugiej powoduje załamanie i rozproszenie światła na układzie emulsyjnym, co z reguły daje wizualny efekt w postaci bieli. W przypadku emulsji o charakterze nietransparentnym, nie ma potrzeby zastanawiania się nad współczynnikiem załamania światła fazy olejowej i wodnej. Dla emulsji transparentnych staje się to krytycznym czynnikiem, warunkującym “przezroczystość” układu. Dzięki dopasowaniu RI obu faz światło jest transmitowane poprzez emulsję bez żadnych zakłóceń. Do sterowania współczynnikiem załamania światła wykorzystuje się najczęściej glicerynę, glikol propylenowy, sorbitol, mannitol.  Procedura uzyskania transparentnej emulsji silikonowej składa się z następujących po sobie czynności:

1.    Zmieszać ze sobą wszystkie składniki ciągłej fazy silikonowej i zmierzyć jej współczynnik załamania światła (R.I.1).

2.    Zmieszać ze sobą wszystkie składniki fazy wodnej i zmierzyć jej współczynnik załamania światła (R.I.2).

3.    Dopasować R.I.2 do R.I.1 poprzez dodatek do fazy wodnej gliceryny bądź glikolu propylenowego.

4.    Dodać fazę wodną bardzo powoli do zewnętrznej fazy silikonowej podczas bardzo szybkiego i efektywnego mieszania.

5.    Jeśli emulsja nie jest całkowicie klarowna należy ją wyklarować poprzez zgranie R.I układu zdyspergowanego z R.I.1 fazy silikonowej.

•    Jeśli R.I<R.I.1 dodać glicerynę lub glikol propylenowy
•    Jeśli R.I>R.I.1 dodać wody
          
Po dodaniu fazy wodnej do olejowej, co powinno trwać około 15-30 minut, należy dokładnie zhomogenizować utworzoną emulsję. Czas homogenizacji powinien wynosić tyle samo ile wynosił czas dodawania fazy wodnej.  Gdy zgodnie z punktem 5 współczynniki załamania światła zostaną ostatecznie dopasowane, należy emulsję ponownie zhomogenizować.

Możliwe jest wstępne ocenienie współczynnika załamania światła fazy silikonowej oraz wodnej poprzez wyliczenie teoretycznej wartości R.I jako sumy iloczynów procentu wagowego oraz współczynników załamania światła poszczególnych składników:

R.I. = W1x n1 + W2x n2+ W3x n3+ Wnx nn  gdzie:

W - procent wagowy składnika(%)
n – współczynnik załamania światła składnika

Orientacyjne wartości współczynników załamania światła niektórych surowców kosmetycznych przedstawia poniższa tabela.

Ze względu na interakcje poszczególnych surowców na poziomie molekularnym, rzeczywista wartość współczynnika załamania światła fazy wodnej czy silikonowej będzie zawsze odbiegała od wyliczonej wartości teoretycznej. Wzór ten umożliwia jednak wstępną ocenę R.I poszczególnych faz jeszcze przed ostatecznym ustaleniem składu emulsji, co staje się bardzo pomocne.

Do wyliczenia niezbędnej ilości wody, czy gliceryny, jaką należy dodać do emulsji w celu zrównania współczynników załamania światła, wykorzystujemy wzór:

(x)R.I (wody lub gliceryny) + (1-x)R.I.2 = R.I.1

Gdzie x stanowi procent dopasowania :

waga emulsji / (1-x):100= nowa, całkowita waga emulsji

Technologia otrzymywania transparentnych emulsji silikonowych nie jest prosta. Wymaga przede wszystkim precyzji, czasu oraz odpowiedniego dobrania składu obu faz, tak aby końcowy produkt stał się pożądanym układem transparentnym. Pomocne w tym celu stają się powyższe wzory, jednak najpewniejszym sposobem jest eksperymentalne dobranie parametrów procesu oraz końcowego składu emulsji.


Na podstawie broszury informacyjnej firmy Dow Corning ”Formulation Guide- Clear products” oraz artykułu ”Refractive index matching and clear emulsions” Sun JZ, Erichson MC, Parr JW, Journal of Cosmetic Science 2005 Jul-Aug;56(4):253-65.