structurer les phases huileuses

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FORMULATION
Article
d'auteur / Author article
'SQQIRXWXVYGXYVIVPIW
Depuis 2012, la galénique huile est à
l'honneur. Les huiles démaquillantes
et huiles capillaires n'en finissent
plus de pousser sur les rayonnages
et la recherche de solutions pour
gélifier les phases grasses est plus
qu'actuelle pour les formulateurs.
G
élifier, structurer,
épaissir les phases
huileuses est une
problématique
qui touche toutes
les applications : capillaire, soin,
solaire, et, plus traditionnellement
bien sûr, le maquillage. De nombreux
ingrédients classiques ou plus
modernes permettent de modifier la
rhéologie des huiles, pour augmenter
la stabilité des émulsions, améliorer
la déposition d'actifs tels que les
filtres UV et pour créer des produits
toujours plus attrayants visuellement
et sensoriellement.
RGLÀFDWHXUV
0
UKpRORJLTXHVSRXU
SKDVHVKXLOHXVHV
YpULWDEOHGpÀ
S’il n’existe pas de modificateur
rhéologique parfait pour les phases
aqueuses, le défi est encore plus
grand pour les phases huileuses. Les
molécules d'huiles sont beaucoup
plus grosses et moins auto-structurantes que les molécules d'eau, ce
qui réduit l'efficacité des modificateurs rhéologiques pour huile.
Les formulateurs sont à la recherche
de performances variées qui diffèrent
en fonction de l'application choisie :
rigidité du système (sticks), capacité
d'écoulement (gel huileux), transparence ou non, compatibilité avec différentes polarités d'huiles...
Le challenge est donc de trouver
des modificateurs rhéologiques pour
huiles qui soient efficaces et compatibles, le plus largement possible.
/ HVFRUSVJUDVjSRLQWGH
IXVLRQpOHYp
C’est la manière la plus courante
d'épaissir les huiles. En augmentant
la température de fusion du système,
ils vont rigidifier le mélange d'huiles
à température ambiante, en formant
des structures microcristallines solvatées dans l’huile. Ils contribuent
aux propriétés mécaniques des
0W_\W[\Z]K\]ZMWQTaXPI[M['
Since 2012, oil-based formulations have the place
of honour. Cleansing oils and hair care oils keep on
mushrooming on store shelves, and finding solutions to
jellify oily phases has more than ever, become a topical
issue for formulators.
J
ellify, structure, thicken oily
phases is an issue that concerns
all applications: hair care, skincare, sun care, and of course
more traditionally make-up. Many traditional or more modern ingredients
enable to modify the rheology of oils,
to increase the stability of emulsions,
improve the deposition of actives
such as UV filters and create always
more visually and sensory appealing
products.
N°29 - Septembre / Octobre 20144,.!//%+*Cosmétique
KHRORJ\PRGLÀHUVIRU
5
RLO\SKDVHVDUHDO
FKDOOHQJH
If there is no ideal rheology modifier
for aqueous phases, the challenge
is even greater with oily phases. Oil
molecules are much larger and less
self-structuring than water molecules,
which reduces the efficiency of lipophilic rheology modifiers.
Formulators are looking for all sorts
of performances that differ depending on the chosen application: rigidity of the system (sticks), flowability
(oily gel), transparent or non-transparent applications, compatibility with
different oil polarities...
The challenge therefore stands in finding lipophilic rheology modifiers,
which are, as much as possible efficient and compatible.
) DWVZLWKDKLJKPHOWLQJ
SRLQW
It is the most common way of thickening oils. By increasing the melting
point of the system, they will rigidify
oil mixtures at room temperature, by
forming solvated microcrystalline
structures in the oil. They contribute
to the mechanical properties of sticks
(break-resistance, melting point,...),
Author article / Article d'auteur
FORMULATION
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TLEWIWLYMPIYWIW#
sticks (résistance à la casse, point de
fusion,...), peuvent être utilisés pour
augmenter la viscosité de la phase
huileuse des émulsions assurant ainsi
une meilleure stabilité. On trouve dans
cette catégorie, les alcools gras, les
acides gras, et bien entendu les cires.
Les acides gras ont des longues
chaînes grasses linéaires non ramifiées, entraînant un point de fusion
élevé, boosté par des interactions très
fortes entre les têtes polaires.
Les alcools gras, au point de fusion
souvent moins élevé que les acides
gras, proviennent le plus souvent
d’hydrolyse d’esters divers.
Les cires sont des substances renfermant des acides gras de haut poids
moléculaire et des alcools gras saturés à longues chaînes, parfois libres
mais surtout combinés entre eux par
estérification. Elles sont plastiques,
ont un point de fusion élevé, une faible
viscosité une fois fondues.
Les cires végétales sont extraites de
plantes provenant de pays tropicaux
ou désertiques (ex : cire de carnauba,
de candelilla). Ce sont des esters
d'acides gras saturés ou insaturés et
d'alcools gras saturés à longue chaîne
carbonée.
Les cires animales ont progressivement disparues pour des raisons
éthiques, à l'exception de la cire
d’abeille pour son pouvoir texturant,
durcisseur et ses propriétés filmogènes, notamment dans les rouges
à lèvres.
Pour éviter les inconvénients de certaines cires naturelles (variations de
qualité, incompatibilités, ...), Croda a
développé une gamme d'esters cireux naturels, les Syncrowax™.
Les cires minérales sont issues de la
distillation du pétrole et sont composées d'hydrocarbures. Les cires microcristallines à longues chaînes ramifiées ont une température de fusion
supérieure aux paraffines à chaînes
plus courtes et linéaires.
Les cires ozokérites et les cires montaniques (esters d'acide montanique
C28) sont extraites de lignites et
de charbon, roches sédimendaires
composées de végétaux fossilisés,
dont il existe très peu de sources
exploitables dans le monde. En raison de leur forte concentration en
acides et alcools gras libres par rapport à leur concentration en esters
montaniques, ce sont des cires très
dures. Comme alternative aux structurants dérivés de cires de montan,
Croda propose aux formulateurs la
Syncrowax™ ORM, idéale pour modifier la rhéologie des phases grasses
polaires en formant un gel opaque
rigide.
Les cires synthétiques peuvent être
des substituts aux cires animales et
minérales ou des cires de polyéthylène. Leur point de fusion très élevé
n'empêche pas les cires polyéthylènes d’avoir un bon étalement. Elles
ont aussi un bon pouvoir gélifiant des
silicones.
De plus, l’utilisation des corps gras
impacte aussi les propriétés visuelles
et sensorielles : réduction du brillant,
toucher sec et freinant, transparence
impossible.
they can be used to increase the viscosity of the oily phase in emulsions
thereby ensuring a better stability.
Fatty alcohols, fatty acids, and of
course waxes can be found in this
category.
Fatty acids have unbranched long
linear fatty chains, resulting in a
high melting point, boosted by very
strong interactions between the polar heads.
Fatty alcohols, with an often
lower melting point than fatty acids,
usually come from the hydrolysis of
various esters.
Waxes are substances containing
fatty acids with a high molecular
weight and long-chain saturated
fatty alcohols, sometimes free but
most often combined with each other
through esterification. They are plastic, with a high melting point and a
low viscosity once melted.
Vegetable waxes are extracted from
plants native to tropical or desert
countries (eg. carnauba wax, candelilla wax). They are esters of saturated or unsaturated fatty acids and of
saturated long-chain fatty alcohols.
Animal waxes have gradually disappeared for ethical reasons, except beeswax for its texturing, hardening power, and its film forming
properties, especially in lipsticks.
To overcome the drawbacks of some
natural waxes (quality changes, incompatibilities ..), Croda has developed a range of natural wax esters,
the Syncrowax™.
Mineral waxes are produced from
the distillation of oil and are composed of hydrocarbons. Microcrystalline waxes with long branched
chains have a higher melting point
than paraffins with shorter linear
chains.
Ozokerite waxes and montanic
waxes (esters of montanic acid C28)
are extracted from lignite and coal,
sedimentary rocks consisting of fossilized plants, of which there are
very few exploitable sources worldwide. Due to their high concentration
in free fatty acids and alcohols in
comparison to their concentration in
montanic esters, they are very hard
waxes. As an alternative to structuring derivatives of montan waxes,
Croda offers Syncrowax™ ORM to
formulators, which is ideal for modifying the rheology of polar fatty
phases by forming a rigid opaque
gel.
Synthetic waxes can act as substitutes to animal and mineral waxes
or polyethylene waxes. Their high
The global information on cosmetics & fragrancesSeptember / October 2014 - N°29
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FORMULATION
Article
/ HVFKDUJHVPLQpUDOHVj
SRXYRLUDEVRUEDQWpOHYp
Ces épaississants inorganiques,
forment des structures 3D, qui permettent de gélifier les huiles les plus
polaires et les systèmes à base de silicones, et de créer des produits thixotropes. Il en existe deux catégories :
Les silices pyrogénées, produites
par un procédé de combustion qui
donne des particules sphériques
de l’ordre du millimicron ayant la
propriété d’épaissir à la fois les systèmes aqueux et les systèmes huileux
(nom INCI : Silica). La surface de cette
silice est caractérisée par la présence
de groupements silanol qui vont former un réseau d’agrégats par liaisons
hydrogène qui se traduit visuellement
par un épaississement du solvant.
d'auteur / Author article
Les bentonites sont des argiles colloïdales chargées, constituées principalement de montmorillonite, un silicate d’aluminium, de magnésium ou
de calcium hydraté, qui se présente
sous forme de feuillets (nom INCI :
Magnesium Aluminium Silicate).
Très utilisées pour leurs pouvoirs
gélifiants dans les milieux aqueux,
ces bentonites sont modifiables par
substitution des cations minéraux
par des ammoniums quaternaires à
longue chaîne, pour les rendre lipophiles et ainsi leur donner la propriété
d'épaissir les milieux non aqueux (ex :
stearalkonium bentonite).
Les gels formés sont la résultante
de forces électrostatiques qui existent entre les feuillets d'argiles et le
solvant. Dans les systèmes huileux,
le composé quaternaire permet la
compatibilité avec les huiles en
créant des liaisons hydrogènes entre
les feuillets d'argile. Les gels de bentonite présentent un seuil d'écoulement, qui aide à la suspension des
pigments et autres particules solides.
Il n’est cependant pas possible de
fabriquer des formules transparentes,
ou des sticks avec ces épaississants.
/ HVQRXYHOOHV
WHFKQRORJLHV
Des nouveaux ingrédients offrent
aujourd'hui aux formulateurs des alternatives aux gélifiants classiques,
permettant à la fois de s'affranchir de
problèmes d'approvisionnement ou de
qualité, et d'offrir de nouveaux bénéfices esthétiques ou fonctionnels.
Les copolymères polyoléfines sont
« S'il n'existe pas de modificateur
rhéologique parfait pour les phases
aqueuses, le défi est encore plus
grand pour les phases huileuses ».
“If there is no ideal rheology modifier
for aqueous phases, the challenge is
even greater with oily phase."
melting point, does not keep polyethylene waxes from having a good
spreadability and a good siliconelike gelling power.
In addition, the use of fats also impacts the visual and sensory properties: reduced shine, and a dry skin
feel with a lack of softness and no
possible transparency.
LJKDEVRUEHQF\PLQHUDO
+
ÀOOHUV
These inorganic thickeners, form
3D structures that make it possible
to jellify the most polar of oils and
silicone-based systems, and create
N°29 - Septembre / Octobre 20144,.!//%+*Cosmétique
thixotrope products. Two categories
exist:
Pyrogenic silicas produced by
using a combustion process that provides spherical millimicron particles
that have the property of thickening
both aqueous and oily systems (INCI
name: Silica). The surface of this silica is characterized by the presence
of silanol groups that form a network
of aggregates through hydrogen
bonds, which will visually result in a
thickening of the solvent.
Bentonites are charged colloidal
clays, consisting mainly of montmorillonite, an aluminium silicate, of
magnesium or hydrated calcium,
which comes in the form of sheets
(INCI name: Magnesium Aluminium
Silicate). Widely used for their gelling powers in aqueous media, these
bentonites can be modified through
the substitution of mineral cations by
long chain quaternary ammoniums,
to make them more lipophilic and
thereby give them the property to
thicken non-aqueous media (eg.
stearalkonium bentonite).
The formed gels result from the
electrostatic forces between the
clay layers and the solvent. In oily
systems, the quaternary compound
enables the compatibility with oils by
creating hydrogen bonds between
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FORMULATION
Article
des copolymères variés d'éthylène/
propylène/butylène/styrène, très efficaces pour créer des gels transparents d'huiles hydrocarbonées.
Leur efficacité est limitée pour les
huiles polaires, ils sont occlusifs par
nature et ont un impact négatif sur les
propriétés sensorielles du gel obtenu.
Les acides aminés modifiés hydrophobiquement, sont des gélifiants
efficaces basés sur l’acide L-glutamique. Ils forment des réseaux de
fibres nanométriques dans les huiles
qui permettent de former des gels
huileux sans modifier le sensoriel des
formules. Ces produits nécessitent
néanmoins un fort degré de chauffage pour être mis en œuvre.
Les dimères polyamides, sont des
polymères d’acides dimériques et de
FIGURE 1 :
MÉCANISME DE GÉLIFICATION DES OLEOCRAFT™.
OLEOCRAFT™ MECHANISM OF GELIFICATION.
the clay sheets. Bentonite gels have
a yield flow that helps for the suspension of pigments and other solid
particles.
However, these thickeners do not
make it possible to produce clear
formulations, or sticks.
1HZWHFKQRORJLHV
New ingredients now offer formulators alternatives to traditional gelling
agents, enabling both to overcome
supply or quality issues, and offer
new aesthetic and functional benefits.
These polyolefin copolymers
are various copolymers of ethylene/
propylene/butylene/styrene, very
efficient to create transparent gels of
hydrocarbon oils.
Their efficiency is limited for polar
N°29 - Septembre / Octobre 20144,.!//%+*Cosmétique
d'auteur / Author article
diamine capables de gélifier toutes
polarités d'huiles et d'obtenir des
viscosités variables, allant du gel au
stick solide grâce à leurs différentes
chaines et groupes moléculaires
terminaux. L'huile est attirée par les
chaînes grasses dimériques, qui forment entre elles un réseau tridimensionnel par liaisons hydrogènes entre
les groupements acides et amines
(cf. Figure 1).
Ces polymères structurants multifonctionnels sont capables de former
des gels et sticks transparents, mais
également de stabiliser les émulsions
tout en apportant des bénéfices additionnels grâce à la formation d'un
film souple de polymère à la surface
de la peau : brillance, résistance à
l'eau, longue tenue, booster de SPF.
Croda propose la gamme des
OleoCraft ™ , comprenant quatre
grades dont le degré de chauffe
dépend du poids moléculaire qui
permettent une compatibilité optimale pour un résultat dans toutes
les gammes de viscosités.
&RQFOXVLRQ
Le formulateur dispose aujourd'hui
de solutions variées pour gélifier,
structurer, épaissir les phases huileuses et obtenir des effets et bénéfices de plus en variés. Q
Julie SAINTECATHERINE
CRODA FRANCE
Coordinatrice marketing et technique
Marketing and technical coordinator
« De nouveaux ingrédients offrent
aujourd'hui aux formulateurs des
alternatives aux gélifiants classiques ».
“New ingredients now offer
formulators alternatives to traditional
gelling agents."
oils, they are occlusive by nature and
have a negative impact on the sensory properties of the resulting gel.
Hydrophobically
modified
amino acids, are efficient gelling
agents based on L-glutamic acid.
They form networks of nanometric
fibres in oils that help form oily gels
without altering the sensory properties of formulas. However, these products require a high level of heating
to be used.
Polyamide dimers are polymers
of dimeric and diamine acids, capable of gelling all polarities with
varying viscosities, ranging from the
gel to the solid stick thanks to their
different chains and terminal molecular groups. The oil is attracted by the
dimeric fatty chains that form together
a three dimensional network through
hydrogen bonds between acid
and amines groups (see Figure 1).
These multifunctional structuring
polymers can form transparent
gels and sticks, but also stabilize
emulsions while providing additional
benefits through the formation of a
flexible polymer film at the surface
of the skin: brightness, water resistance, long wear, SPF booster.
Croda proposes the OleoCraft™
range consisting of four grades
whose heating level depends on their
molecular weight and that allow for
a maximum compatibility with a result in all ranges of viscosities.
&RQFOXVLRQ
The formulator now has at hand various solutions to gel, structure, and
thicken oily phases resulting in evermore varied effects and benefits. Q