WYKŁAD 7 9. Hydrokoloidy Hydrokoloidy są syntetycznymi lub naturalnymi polimerami. Polimery liniowe są słabiej rozpuszczalne niż rozgałęzione. Hydrokoloidy ulegają w wodzie hydratacji i pęcznieniu tworząc roztwory koloidalne (hydrozole). Przy dużych stężeniach hydrokoloidu rośnie lepkość i w końcu powstaje hydrożel, w którym cząsteczki wody nie przemieszczają się swobodnie. W kosmetyce hydrokoloidy są stosowane jako zagęszczacze emulsji, przeciwdziałające ich wysychaniu, jako lepiszcza w pudrach oraz w kremach beztłuszczowych i żelach (galaretach). Hydrokoloidy można podzielić na kilka grup: a) naturalne i modyfikowane polisacharydy b) polipeptydy (np. żelatyna) c) hydrokoloidy syntetyczne d) hydrokoloidy nieorganiczne

9.1. Polisacharydy Naturalne polisacharydy: glukany, galaktany, gumy, śluzy, poliuronidy, pektyny. Glukany to polimery glukopiranozy powiązanej wiązaniem glikozydowym - lub -1,4. Są to na przykład skrobia i celuloza. Skrobia składa się w 20% z amylozy (300-4000 reszt cukrowych), która rozpuszcza się w wodzie i w 80% z nierozpuszczalnej amylopektyny (rozgałęziony polimer złożony z 9000-10000 reszt, rozgałęzienia poprzez wiązania glikozydowe -1,6). Amyloza jest w ziarnach skrobiowych otoczona amylopektyną. Skrobia pęcznieje w gorącej wodzie i tworzy koloidy, które na zimno żelują. Jest wykorzystywana w pudrach.

Celuloza zawiera wiązania glikozydowe 1,4- i jest nierozpuszczalna w wodzie (polimer zawierający ponad 10000 monomerów), ponieważ tworzy silne międzyłańcuchowe wiązania wodorowe. Częściowa degradacja kwasem solnym prowadzi do zmniejszenia ciężaru cząsteczkowego i tak spreparowana celuloza (celuloza krystaliczna, Avicel, Elcema) tworzy z wodą żele. Stosowana jest jako stabilizator emulsji i czynnik wiążący. Zapobiega rozdzielaniu się składników ciekłych i stałych. Stosowana jest w pastach do zębów, pudrach i maseczkach do twarzy.

Alkilocelulozy otrzymuje się chemicznie z celulozy przez alkilowanie (np. jodkiem metylu). W wyniku tego alkilocelulozy są lepiej rozpuszczalne w wodzie. Otrzymane etery, zawierają średnio od 0,7 do 2 grup metylowych na 3 możliwe. Metyloceluloza jest stosowana do wyrobu żeli kosmetycznych (maseczki do twarzy, pasty do zębów), jest regulatorem konsystencji w szamponach i kremach do golenia, pełni też rolę stabilizatora emulsji, koloidu ochronnego i emulgatora tłuszczów, olejów mineralnych i olejków eterycznych (Cellotyhl, Cellumeth, Tylose, Methocel MC, Tylopur M, Viscotran MC), etyloceluloza (AT-cellulose, Ethocel) – nie rozpuszcza się w wodzie, natomiast dobrze rozpuszcza się w rozpuszczalnikach organicznych, dlatego jest stosowana w lakierach do paznokci. Karboksymetyloceluloza zawiera w podstawniki (-CH2-COOCH3) na atomach tlenu grup hydroksylowych (CMC, Cellolax, Cethyloce, Carmethose, Tylose (MGA,C), Tylopur C) podstawienie jest na poziomie 0,7-0,8 grup hydroksylowych. Sól sodowa jest używana jako środek wiążący i zagęszczający (w preparatach do pielęgnacji włosów, pastach do zębów).

Galaktany to polimery innego cukru – galaktozy Galaktany to polimery innego cukru – galaktozy. Są nimi agar-agar (izolowany z krasnorostów; 70% agarozy i 30% agaropektyny, i karagenina (polimer siarczanu galaktopiranozy o masie 1-8x105, tworzy sole, z których sól sodowa tworzy lepkie roztwory wodne, a sole wapnia – żele). Agar-agar i karagenina są składnikami past do zębów, szamponów i środków do pielęgnacji włosów i kremów jako czynnik zagęszczający.

Gumy (arabska i taragakenotowa) są polimerami cukrowymi Gumy (arabska i taragakenotowa) są polimerami cukrowymi. Tragalanta zawiera frakcję nierozpuszczalną w wodzie (basoryna) i frakcję rozpuszczalną w wodzie (tragakentyna) zbudowaną z reszt kwasu galakturonowego. Tragakanta jest substancją wiążącą wodę i zagęszczającą i jest stosowana w pastach do zebów, jako stabilizator emulsji. Guma arabska jest otrzymywana z gałęzi drzew rodzaju Accacia (Afryka) j chemicznie jest solą sodową, magnezową lub wapniową kwasu poliarabinowego (i innych cukrów: arabinozy, galaktozy, ramnozy i kwasu L-glukuronowego w proporcjach 3:3:1:1). Guma arabska rozpuszcza się w glicerynie i glikolu propylenowym. Guma arabska jest stosowana w kosmetyce jako środek wiążący wodę, zagęszczający, koloid ochronny lub emulgator.

Śluzy są złożonymi polisacharydami izolowanymi np. z nasion lnu Śluzy są złożonymi polisacharydami izolowanymi np. z nasion lnu. Pęcznieją w wodzie i przechodzą w gęste ,ciągliwe ciecze. Są stosowane jako środki łagodzące podrażnienia skóry oraz emolienty. Poliuronidy to polimery kwasów uronowych (kwasy uronowe mają grupę kwasową; karboksylową powstałą z utlenienia grupy hydroksymetylowej w pozycji 6 heksopiranoz). Wśród poliuronidów ważne są: kwas alginowy (polimer kwasu D-mannurowego z wiązaniami glikozydowymi 1,4). Występuje w ścianach komórkowych alg morskich w postaci soli Ca i Mg, jest rozpuszczalny w gorącej wodzie i wiąże aż 200-300 razy więcej wody niż wynosi jego masa. Nazwy techniczne: Kelacid, Norgine, Sazio. Zastosowanie w kosmetyce mają sole sodowe (Algin, Alto, Alloid, Kelgin, Kelcosol, Texamide) w maseczkach do twarzy, pastach do zębów, środkach do kąpieli i żelach.

Pektyny występują w ścianach komórkowych roślin jako spoiwo (skórki pomarańczy i cytryn – zawartość do 30%). Są to liniowe polimery kwasu galakturonowego z wiązaniami -1-4. Rozpuszczają się w wodzie dając 5% lepkie roztwory, tworzą żele i są stosowane w pastach do zębów i kremach, jako koloidy ochronne i emulgatory.

9.2. Żelatyna Żelatyna jest polipeptydem pozyskiwanym z hydrolitycznej degradacji kolagenu. Gotowanie kolagenu degraduje go do ok. 1/3 masy. W skład żelatyny wchodzą głównie: glicyna, prolina, hydroksyprolina, kwas glutaminowy, alanina, arginina, lizyna, seryna, i leucyna. Żelatyna rozpuszcza się w wodzie, a jej 1% roztwory wodne zestalają się po ochłodzeniu do 35-40°C. Żelatyna jest dobrą pożywką dla drobnoustrojów, dlatego może być stosowana tylko w obecności środków konserwujących. W kosmetyce jest stosowana do wytwarzania maseczek do twarzy oraz w mieszance z agar-agarem i gliceryną w preparatach nawilżających skórę.

Hydrokoloidy syntetyczne 9.3. Hydrokoloidy syntetyczne Syntetyczne hydrokoloidy to polimery kwasu akrylowego (karbopol), alkoholu winylowego (PVA), winylopirolidonu (PVP) lub kwasu krzemowego (żel krzemionkowy).

Karbopol (nazwa handlowa Carboxypolymethylene, Carbomer) jest polimerem kwasu akrylowego (CH2=CH-COOH) - CLXXXVII. Roztwory wodne karbapolu mają małą lepkośc, ale po zobojętnieniu grup kwaśnych zasadą lepkość jest duża (pH 6-10). Sole karbapolu są używane jako środki zagęszczające i dyspergujące (szampony, pasty do zębów), PVA (CLXXXVII) (Elvanol, Gelvatol, Moviol, Polyviol, Vinol) jest ciałem stałym, dobrze rozpuszcza się w wodzie, jest stosowany jako stabilizator emulsji, koloid ochronny, środek zagęszczający i zapobiegający wysychaniu preparatów (mydła, pasty do zębów, kremy). Tworzy żele z krzemionką. PVP (CLXXXVII) (Kollidon, Periston, Povidone, Vinisil) jest polimerem winylopirolidonu o masie ok. 1 mln. Daltonów. Dobrze rozpuszcza się w wodzie i rozpuszczalnikach organicznych, wymaga konserwacji, jest dobrze tolerowany przez skórę. Jest stosowany jako stabilizator emulsji, koloid ochronny w emulsjach oraz środek dyspergujący, zagęszczający i wiążący. PVP jest składnikiem preparatów do pielęgnacji włosów – nadaje im połysk i elastyczność oraz ułatwia ich układanie. Do tego celu jest używany jako kopolimer winylopirolidonu, octanu winylu i soli amonowej kwasu akrylowego (pod nazwą Luviflex). Ma on duże powinowactwo do keratyny włosów.

Hydrokoloidy nieorganiczne 9.4. Hydrokoloidy nieorganiczne Żel krzemionkowy (silikażel, SiO2·nH2O) stosuje się jako stabilizator emulsji i zawiesin, środek zagęszczający i czynnik zapobiegający wysychaniu. Grupy hydroksylowe Si-O-H tworzą wiązania wodorowe, które powodują wzrost gęstości preparatów po czasie chroniąc żel przed sedymentacją (zjawisko tiksotropii). Żele są tworzone w rozpuszczalnikach niepolarnych. Glinokrzemiany – bentonit (montmorylonit) jest minerałem o wzorze ogólnym AlSi2O5(OH)·nH2O ma budowę warstwową, ujemnie naładowane warstwy glinokrzemianu są przedzielone dodatnio naładowanymi kationami Na+ i Ca2+. Wiąże on dużą ilość wody zwiększając znacznie objętość. W preparatach kosmetycznych występuje w stężeniach 2-3% i pełni rolę stabilizatora emulsji i czynnika zagęszczającego. Jest stosowany w maściach i pudrach (jako suchy składnik)