Les épaississants constituent la structure et le fondement de diverses formulations cosmétiques. Ils sont essentiels à l'apparence, aux propriétés rhéologiques, à la stabilité et au toucher des produits. Sélectionnez différents types d'épaississants couramment utilisés et représentatifs, préparez-les en solutions aqueuses à différentes concentrations, testez leurs propriétés physiques et chimiques, telles que la viscosité et le pH, et utilisez une analyse descriptive quantitative pour vérifier leur apparence, leur transparence et les multiples sensations cutanées pendant et après utilisation. Des tests sensoriels ont été réalisés sur les indicateurs, et une recherche bibliographique a été effectuée afin de synthétiser et de résumer les différents types d'épaississants, ce qui peut servir de référence pour la conception de formules cosmétiques.
1. Description de l'épaississant
De nombreuses substances peuvent être utilisées comme épaississants. Du point de vue du poids moléculaire relatif, on distingue les épaississants de faible et de haut poids moléculaire ; du point de vue des groupes fonctionnels, on distingue les électrolytes, les alcools, les amides, les acides carboxyliques et les esters. Les épaississants sont classés selon la méthode de classification des matières premières cosmétiques.
1. Épaississant à faible poids moléculaire
1.1.1 Sels inorganiques
Le système utilisant un sel inorganique comme épaississant est généralement un système de solution aqueuse de tensioactifs. L'épaississant le plus couramment utilisé est le chlorure de sodium, qui possède un effet épaississant évident. Les tensioactifs forment des micelles en solution aqueuse, et la présence d'électrolytes augmente le nombre d'associations de micelles, entraînant la transformation de micelles sphériques en micelles en forme de bâtonnets, augmentant ainsi la résistance au mouvement et donc la viscosité du système. Cependant, une quantité excessive d'électrolytes affecte la structure micellaire, réduit la résistance au mouvement et diminue la viscosité du système, ce que l'on appelle le « relargage ». Par conséquent, la quantité d'électrolyte ajoutée est généralement de 1 à 2 % en masse, et il agit en synergie avec d'autres types d'épaississants pour accroître la stabilité du système.
1.1.2 Alcools gras, acides gras
Les alcools gras et les acides gras sont des substances organiques polaires. Certains articles les considèrent comme des tensioactifs non ioniques car ils possèdent à la fois des groupes lipophiles et des groupes hydrophiles. La présence d'une petite quantité de ces substances organiques a un impact significatif sur la tension superficielle, l'omc et d'autres propriétés du tensioactif, et l'ampleur de cet effet augmente avec la longueur de la chaîne carbonée, généralement selon une relation linéaire. Leur principe d'action est que les alcools gras et les acides gras peuvent s'insérer (se joindre) dans les micelles de tensioactifs pour favoriser leur formation. L'effet des liaisons hydrogène entre les têtes polaires (ou têtes polaires) permet aux deux molécules de se rapprocher à la surface, ce qui modifie considérablement les propriétés des micelles de tensioactif et produit un effet épaississant.
2. Classification des épaississants
2.1 Tensioactifs non ioniques
2.1.1 Sels inorganiques
Chlorure de sodium, chlorure de potassium, chlorure d'ammonium, chlorure de monoéthanolamine, chlorure de diéthanolamine, sulfate de sodium, phosphate trisodique, hydrogénophosphate disodique et tripolyphosphate de sodium, etc.
2.1.2 Alcools gras et acides gras
Alcool laurylique, alcool myristylique, alcool C12-15, alcool C12-16, alcool décylique, alcool hexylique, alcool octylique, alcool cétylique, alcool stéarylique, alcool béhénylique, acide laurique, acide C18-36, acide linoléique, acide linolénique, acide myristique, acide stéarique, acide béhénique, etc.
2.1.3 Alcanolamides
Diéthanolamide de coco, monoéthanolamide de coco, monoisopropanolamide de coco, cocamide, lauroyl-linoléoyl diéthanolamide, lauroyl-myristoyl diéthanolamide, isostéaryl diéthanolamide, diéthanolamide linoléique, diéthanolamide de cardamome, monoéthanolamide de cardamome, diéthanolamide d'huile, monoéthanolamide de palme, monoéthanolamide d'huile de ricin, diéthanolamide de sésame, diéthanolamide de soja, diéthanolamide de stéaryle, monoéthanolamide de stéarine, stéarate de monoéthanolamide de stéaryle, stéaramide, monoéthanolamide de suif, diéthanolamide de germe de blé, PEG (polyéthylène glycol)-3 lauramide, PEG-4 oléamide, PEG-50 amide de suif, etc.
2.1.4 Éthers
Éther de polyoxyéthylène cétylique (3), éther de polyoxyéthylène isocétyl (10), éther de polyoxyéthylène lauryl (3), éther de polyoxyéthylène lauryl (10), Poloxamer-n (éther de polyoxypropylène éthoxylé) (n = 105, 124, 185, 237, 238, 338, 407), etc.
2.1.5 Esters
Ester de suif glycérylique PEG-80, diisostéarate de PEC-8PPG (polypropylène glycol)-3, palmitate de glycéryle hydrogéné PEG-200, cire d'abeille PEG-n (n = 6, 8, 12), isostéarate de PEG-4, distéarate de PEG-n (n = 3, 4, 8, 150), oléate/cocoate de glycéryle PEG-18, dioléate de PEG-8, stéarate de glycéryle PEG-200, beurre de karité glycérylique PEG-n (n = 28, 200), huile de ricin hydrogénée PEG-7, huile de jojoba PEG-40, laurate de PEG-2, dioléate de méthyl glucose PEG-120, stéarate de pentaérythritol PEG-150, oléate de propylène glycol PEG-55, Triisostéarate de sorbitane PEG-160, stéarate de PEG-n (n = 8, 75, 100), copolymère PEG-150/décyle/SMDI (copolymère de polyéthylène glycol-150/décyle/méthacrylate), copolymère PEG-150/stéaryle/SMDI, isostéarate de PEG-90, dilaurate de PEG-8PPG-3, myristate de cétyle, palmitate de cétyle, acide éthylène glycol C18-36, stéarate de pentaérythritol, béhénate de pentaérythritol, stéarate de propylène glycol, ester béhénylique, ester cétylique, tribéhénate de glycéryle, trihydroxystéarate de glycéryle, etc.
2.1.6 Oxydes d'amines
Oxyde de myristylamine, oxyde d'isostéaryl aminopropylamine, oxyde d'aminopropylamine d'huile de coco, oxyde d'aminopropylamine de germe de blé, oxyde d'aminopropylamine de soja, oxyde de PEG-3 laurylamine, etc.
2.2 Tensioactifs amphotères
Cétylbétaïne, coco aminosulfobétaïne, etc.
2.3 Tensioactifs anioniques
Oléate de potassium, stéarate de potassium, etc.
2.4 Polymères hydrosolubles
2.4.1 Cellulose
Cellulose, gomme de cellulose,carboxyméthylhydroxyéthylcellulose, cétylhydroxyéthylcellulose, éthylcellulose, hydroxyéthylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxypropylméthylcellulose, base de formazan cellulose, carboxyméthylcellulose, etc.
2.4.2 Polyoxyéthylène
PEG-n (n = 5M, 9M, 23M, 45M, 90M, 160M), etc. ;
2.4.3 Acide polyacrylique
Polymère croisé d'acrylates/acrylate d'alkyle en C10-30, copolymère d'acrylates/cétyle éthoxy(20) itaconate, copolymère d'acrylates/cétyle éthoxy(20) méthyl acrylates, copolymère d'acrylates/tétradécyle éthoxy(25) acrylate, copolymère d'acrylates/octadécyle éthoxy(20) itaconate, copolymère d'acrylates/octadécane éthoxy(20) méthacrylate, copolymère d'acrylate/octadécane éthoxy(50) acrylate, polymère croisé d'acrylate/VA, PAA (acide polyacrylique), polymère réticulé d'acrylate de sodium/isodécanoate de vinyle, carbomère (acide polyacrylique) et son sel de sodium, etc.
2.4.4 Caoutchouc naturel et ses produits modifiés
Acide alginique et ses sels (ammonium, calcium, potassium), pectine, hyaluronate de sodium, gomme de guar, gomme de guar cationique, gomme de guar hydroxypropylée, gomme adragante, carraghénane et ses sels (calcium, sodium), gomme xanthane, gomme sclérotine, etc.
2.4.5 Polymères inorganiques et leurs produits modifiés
Silicate de magnésium et d'aluminium, silice, silicate de sodium et de magnésium, silice hydratée, montmorillonite, silicate de sodium et de lithium et de magnésium, hectorite, montmorillonite de stéarylammonium, hectorite de stéarylammonium, sel d'ammonium quaternaire -90 montmorillonite, montmorillonite d'ammonium quaternaire -18, hectorite d'ammonium quaternaire -18, etc.
2.4.6 Autres
Polymère réticulé décadiène PVM/MA (polymère réticulé de polyvinylméthyl éther/acrylate de méthyle et décadiène), PVP (polyvinylpyrrolidone), etc.
2.5 Tensioactifs
2.5.1 Alcanolamides
Le plus couramment utilisé est le diéthanolamide de noix de coco. Les alcanolamides sont compatibles avec les électrolytes pour l'épaississement et donnent les meilleurs résultats. Le mécanisme d'épaississement des alcanolamides repose sur l'interaction avec des micelles de tensioactifs anioniques pour former des fluides non newtoniens. Les performances des alcanolamides varient considérablement, et leurs effets sont également différents lorsqu'ils sont utilisés seuls ou en combinaison. Certains articles décrivent les propriétés épaississantes et moussantes de différents alcanolamides. Récemment, il a été signalé que les alcanolamides présentent un risque potentiel de production de nitrosamines cancérigènes lors de leur transformation en cosmétiques. Parmi les impuretés des alcanolamides figurent des amines libres, sources potentielles de nitrosamines. Il n'existe actuellement aucun avis officiel de l'industrie des soins personnels sur l'interdiction des alcanolamides dans les cosmétiques.
2.5.2 Éthers
Dans les formulations à base de sulfate de sodium d'éther polyoxyéthyléné d'alcool gras (AES) comme principe actif principal, seuls des sels inorganiques peuvent généralement être utilisés pour ajuster la viscosité. Des études ont montré que cela est dû à la présence d'éthoxylates d'alcool gras non sulfatés dans l'AES, qui contribuent significativement à l'épaississement de la solution tensioactive. Des recherches approfondies ont montré que le degré moyen d'éthoxylation est d'environ 3 OE ou 10 OE pour jouer un rôle optimal. De plus, l'effet épaississant des éthoxylates d'alcool gras dépend fortement de la largeur de distribution des alcools n'ayant pas réagi et de leurs homologues contenus dans leurs produits. Plus la distribution des homologues est large, plus l'effet épaississant du produit est faible, et plus la distribution des homologues est étroite, plus l'effet épaississant est important.
2.5.3 Esters
Les épaississants les plus couramment utilisés sont les esters. Récemment, le PEG-8PPG-3 diisostéarate, le PEG-90 diisostéarate et le PEG-8PPG-3 dilaurate ont été signalés à l'étranger. Ce type d'épaississant appartient aux épaississants non ioniques, principalement utilisés dans les solutions aqueuses de tensioactifs. Ces épaississants sont difficilement hydrolysables et présentent une viscosité stable sur une large plage de pH et de température. Le plus couramment utilisé actuellement est le PEG-150 distéarate. Les esters utilisés comme épaississants ont généralement des masses moléculaires relativement élevées, ce qui leur confère certaines propriétés de composés polymères. Le mécanisme d'épaississement est dû à la formation d'un réseau d'hydratation tridimensionnel en phase aqueuse, incorporant ainsi des micelles de tensioactifs. Ces composés agissent comme émollients et hydratants, en plus de leur utilisation comme épaississants en cosmétique.
2.5.4 Oxydes d'amines
L'oxyde d'amine est un tensioactif polaire non ionique. Il se caractérise par : en solution aqueuse, en raison de la différence de pH, il présente des propriétés non ioniques, et peut également présenter de fortes propriétés ioniques. En milieu neutre ou alcalin, c'est-à-dire lorsque le pH est supérieur ou égal à 7, l'oxyde d'amine se présente sous forme d'hydrate non ionisé en solution aqueuse, présentant une non-ionicité. En solution acide, il présente une faible cationicité. Lorsque le pH de la solution est inférieur à 3, la cationicité de l'oxyde d'amine est particulièrement marquée, ce qui lui permet de bien fonctionner avec les tensioactifs cationiques, anioniques, non ioniques et zwitterioniques dans différentes conditions. Il présente une bonne compatibilité et un effet synergique. L'oxyde d'amine est un épaississant efficace. Lorsque le pH est de 6,4 à 7,5, l'oxyde d'alkyl diméthyl amine peut faire atteindre à la viscosité du composé 13,5 Pa.s-18 Pa.s, tandis que les amines d'oxyde d'alkyl amidopropyl diméthyl peuvent faire atteindre à la viscosité du composé 34 Pa.s-49 Pa.s, et l'ajout de sel à ce dernier ne réduira pas la viscosité.
2.5.5 Autres
Quelques bétaïnes et savons peuvent également être utilisés comme épaississants. Leur mécanisme d'épaississement est similaire à celui d'autres petites molécules, et ils obtiennent tous cet effet épaississant en interagissant avec des micelles tensioactives. Les savons peuvent être utilisés comme épaississants dans les cosmétiques en stick, tandis que la bétaïne est principalement utilisée dans les systèmes tensioactifs aqueux.
2.6 Épaississant polymère hydrosoluble
Les systèmes épaissis par de nombreux épaississants polymères ne sont pas affectés par le pH de la solution ni par la concentration de l'électrolyte. De plus, les épaississants polymères nécessitent une quantité moindre pour atteindre la viscosité requise. Par exemple, un produit nécessite un épaississant tensioactif tel que le diéthanolamide d'huile de coco avec une fraction massique de 3,0 %. Pour obtenir le même effet, 0,5 % de fibres de polymère brut suffit. La plupart des composés polymères hydrosolubles sont utilisés non seulement comme épaississants dans l'industrie cosmétique, mais aussi comme agents de suspension, dispersants et agents coiffants.
2.6.1 Cellulose
La cellulose est un épaississant très efficace dans les systèmes aqueux et est largement utilisée dans divers domaines cosmétiques. La cellulose est une matière organique naturelle contenant des unités glucosides répétées, chacune contenant trois groupes hydroxyles permettant la formation de divers dérivés. Les épaississants cellulosiques épaississent grâce à de longues chaînes gonflantes par hydratation, et le système épaissi par la cellulose présente une morphologie rhéologique pseudoplastique évidente. La fraction massique généralement utilisée est d'environ 1 %.
2.6.2 Acide polyacrylique
Il existe deux mécanismes d'épaississement des épaississants à base d'acide polyacrylique : l'épaississement par neutralisation et l'épaississement par liaison hydrogène. La neutralisation et l'épaississement consistent à neutraliser l'épaississant acide polyacrylique afin d'ioniser ses molécules et de générer des charges négatives le long de la chaîne principale du polymère. La répulsion entre les charges de même sexe favorise le redressement et l'ouverture des molécules pour former un réseau. La structure produit l'effet épaississant ; l'épaississement par liaison hydrogène consiste à combiner l'épaississant à l'eau pour former une molécule d'hydratation, puis à le combiner à un donneur d'hydroxyle ayant une fraction massique de 10 % à 20 % (par exemple, possédant 5 groupes éthoxy ou plus). Des tensioactifs non ioniques sont combinés pour démêler les molécules bouclées du système aqueux et former une structure en réseau afin d'obtenir un effet épaississant. Différents pH, différents neutralisants et la présence de sels solubles ont une grande influence sur la viscosité du système épaississant. Lorsque le pH est inférieur à 5, la viscosité augmente avec l'augmentation du pH ; entre 5 et 10, la viscosité reste quasiment inchangée ; mais à mesure que le pH augmente, l'efficacité épaississante diminue à nouveau. Les ions monovalents réduisent l'efficacité épaississante du système, tandis que les ions divalents ou trivalents peuvent non seulement fluidifier le système, mais aussi produire des précipités insolubles lorsque la teneur est suffisante.
2.6.3 Caoutchouc naturel et ses produits modifiés
La gomme naturelle contient principalement du collagène et des polysaccharides, mais la gomme naturelle utilisée comme épaississant est principalement composée de polysaccharides. Le mécanisme d'épaississement consiste à former un réseau d'hydratation tridimensionnel par l'interaction de trois groupes hydroxyles de l'unité polysaccharidique avec des molécules d'eau, ce qui produit un effet épaississant. Les formes rhéologiques de leurs solutions aqueuses sont généralement des fluides non newtoniens, mais les propriétés rhéologiques de certaines solutions diluées sont proches de celles des fluides newtoniens. Leur effet épaississant est généralement lié au pH, à la température, à la concentration et aux autres solutés du système. C'est un épaississant très efficace, dont le dosage habituel est de 0,1 % à 1,0 %.
2.6.4 Polymères inorganiques et leurs produits modifiés
Les épaississants polymères inorganiques présentent généralement une structure en trois couches ou une structure en réseau expansé. Les deux types les plus utilisés commercialement sont la montmorillonite et l'hectorite. Le mécanisme d'épaississement est le suivant : lorsque le polymère inorganique est dispersé dans l'eau, les ions métalliques qu'il contient diffusent hors de la plaquette. À mesure que l'hydratation progresse, celle-ci gonfle, puis les cristaux lamellaires se séparent complètement, entraînant la formation de cristaux lamellaires à structure lamellaire anionique et d'ions métalliques dans une suspension colloïdale transparente. Dans ce cas, les lamelles présentent une charge de surface négative et une faible charge positive à leurs angles due aux fractures du réseau. En solution diluée, les charges négatives à la surface sont supérieures aux charges positives aux angles, et les particules se repoussent, de sorte qu'il n'y a pas d'effet épaississant. Avec l'ajout et la concentration d'électrolyte, la concentration en ions dans la solution augmente et la charge de surface des lamelles diminue. À ce stade, l'interaction principale passe de la force de répulsion entre les lamelles à la force d'attraction entre les charges négatives à la surface des lamelles et les charges positives aux angles des bords. Les lamelles parallèles sont alors réticulées perpendiculairement les unes aux autres pour former ce que l'on appelle un « carton ». La structure de l'« espace intermédiaire » provoque un gonflement et une gélification, ce qui produit un épaississement. Une augmentation supplémentaire de la concentration ionique détruira la structure.
Date de publication : 28 décembre 2022