第四节 乳化体体系设计
理想的化妆品乳化体应满足如下要求：①较好的稳定性，体系本身要稳定，要耐受3年保质期限，能经受不同地区、不同温度环境的影响，能经受使用过程中的涂抹影响等；②具有较高的安全性，对皮肤安全无刺激；③能提供良好的外观，作为化妆品来说，必须具有良好的外观，才能满足消费者的视觉需要；④能提供良好的肤感；⑤作为基质体系要具有一定的功效添加剂承载能力，具有一定的耐离子性。
化妆品乳化体配方设计步骤见图2-5。
图2-5 乳化体系设计流程图
一、明确目标要求
乳化体系在设计时，首先要明确产品设计的目标要求，目标要求决定了乳化体设计的方向。产品目标要求具体涉及多个方面，例如功效、状态、肤感、价位、产品使用人群等，都将会成为我们乳化体配方设计中的重要依据。
二、乳化剂类型的确定
乳化体主要有两种类型，如果再考虑状态，主要有四种剂型，见表2-10。
表2-10 不同乳化体剂型的特点
根据类型特点，结合产品要求，确定合适的剂型。另外，功效对剂型的选择也有影响，例如祛痘印的护肤产品，选用O/W乳液，肤感清爽，比较合适。
三、水相、油相的确定
1.油相原料
乳化体化妆品相对于其他类型的护肤化妆品来说，含有油性润肤剂是其最大的特点。保护滋润肌肤，有效修护皮肤的脂质层油脂膜。产品的特性及其最终效果和油相的组分也有密切的关系。W/O型乳化体产品的稠度主要决定于油相的熔点，所以油相的熔点一般不超过37℃；而O/W型乳化体产品的油相熔点可远远超过37℃。另外乳化剂和生产方法也能改变油相的物理特性并最终表现在产品的性质上。矿油是在许多膏霜中最常用的、作为油相主要载体的原料，在某些产品中也应用它本身的特点，在清洁霜中作为类脂物的溶剂，在发膏中作为光亮剂和定形剂，肉豆蔻酸异丙酯等液体酯类适用于作为非油腻性膏霜的油相载体。蜡类用于油相的增稠，促进封闭膜的形成和留下一层非油腻性膜。硬脂酸锂和硬脂酸镁等金属皂在150～170℃时分散于矿油中，可使矿油增稠形成类似凡士林的凝胶。亲油胶性黏土分散于油中能形成触变性的半固体。矿油中也可加入12-羟基硬脂酸使其凝胶化。油相也是香料、防腐剂和色素以及某些活性物质如雌激素，维生素A、维生素D和维生素E等的溶剂，颜料也可分散在油相中。相对来说油相中的配伍禁忌要较水相少得多。
2.油相乳化所需HLB值
对于指定的油，乳化存在一个最佳HLB值，乳化剂的HLB值为此值时乳化效果最好。即：此HLB值就是油相所需HLB值。
该HLB值可利用一对已知HLB值的乳化剂，一个亲水，另一个亲油，将两者按不同比例混合，用混合乳化剂制备一系列乳化体，找出乳化效果最好的混合乳化剂，其HLB值便是该油相所需的HLB值。另外，还有一种简单的确定被乳化油所需HLB值的方法：目测油滴在不同HLB值乳化剂水溶液表面的铺展情况，当乳化剂HLB值很大时油完全铺展，随着HLB值減小，铺展变得困难，直至在某一HLB值乳化剂溶液上油刚好不展开时，此乳化剂的HLB值近似为乳化油相所需的HLB值。这种方法操作简便，所得结果有一定参考价值。
表2-11、表2-12列出了乳化各种油所需的HLB值。
表2-11 乳化各种油所需的HLB值（O/W型）
表2-12 乳化各种油所需的HLB值（W/O型）
另外，油相往往不是一种油，而是多种油的混合物，混合油相的HLB值具有加和性，可根据查的HLB值和各种油在油相中的百分含量求得乳化混合油相所需的HLB值。例如混合油相含烷烃矿物油60％，肉豆蔻酸异丙酯40％，它们各自的所需HLB值分别为：10，12。则乳化混合油所需HLB值=10×60％+12×40％=10.8。
3.水相原料
在乳化体化妆品中，水相是许多有效成分的载体。作为水溶性滋润物的各种保湿剂，如甘油、山梨醇、丙二醇和一些水溶性保湿剂等，能防止O/W型乳化体的干缩；作为水相增稠剂的亲水胶体，如纤维素胶、海藻酸钠、鹿角菜胶、黄蓍树胶、羧基聚甲烯化合物、硅酸镁铝胶等，能使O/W型乳化体增稠和稳定，在保护性手用霜中起到阻隔剂的功能；各种电解质，如抑汗霜中的铝盐、卷发液中的硫代乙醇酸铵和在W/O型乳化体中作为稳定剂的硫酸镁等，都是溶解于水中的；许多防腐剂和杀菌剂，如咪唑烷基脲、季铵盐、氯化酚类和对羟基苯甲酸酯等也是水相中的一种组分；此外还有营养霜中的一些活性物质，如水解蛋白、人参浸出液、珍珠粉水解液、蜂王浆、水溶性维生素及各种酶制剂等。如前所述，在水相中存在这些成分时，要十分注意各种物质在水相中的化学相容性，因为许多物质很易在水溶液中相互反应，甚至失去效果。
4.两相的比例
从粒度相同的密排六方球体的几何学考虑，乳化体中分散相的均匀球粒的最大容量可占74％，在O/W型乳化体中可以含有最多74％的油相；而W/O型乳化体中可以含有最多74％的水相。也就是说，内相可以小于1％，而外相必须大于26％。但是，在凝胶乳化体系中，由于分散相可以形成不规则内相，内相的比例可超过74％，有的可以做到90％以上。
油水两相的比例，由多种因素来确定。从剂型方面来看，一般来说油包水型乳化体中油相的比例较水包油型乳化体的高；从产品功能来看，不同的功能，产品中油水相的比例会有所不同。一般手用霜，油相的比例约为7％，而供严重开裂用的手用霜，油相的比例往往高达25％；在北方适用的乳液，通常要比在南方适用的油相的比例要高；不同年龄段的人适用的乳化体的油相比例会有明显不同，年轻人比较喜欢含油量较少的清爽型的乳化体（膏霜或乳液），而中老年人则喜欢用油相比例高的乳化体（膏霜或乳液）；即便是同一个人，由于使用部位的不同，对乳化体的油相比例诉求也不一样。作为配方师来说，根据产品不同的诉求，对乳化体的油水相的比例做出准确合理的判断，进而，开发出有针对性的具有明确市场定位的乳化体产品（膏霜或乳液）。
四、乳化剂的确定
1.乳化剂选择原则
从乳化剂的亲水-亲油性平衡的角度，可确定下列选择乳化剂的一般原则：①油溶性的乳化剂倾向形成W/O型乳化体；②油溶性的表面活性剂与水溶性表面活性剂的混合物产生的乳化体的质量和稳定性都优于单一表面活性剂产生的乳化体；③油相的极性越大，乳化剂应是更亲水的；被乳化的油越是非极性，乳化剂应是更亲油的。
在实际应用中，化妆品和其他日化制品的乳化体是较复杂的，这些乳化体的配制，除了按照上述的一般原则和从亲水-亲油平衡、界面膜吸附等物理化学原理选择乳化剂外，作为乳化体的最终产品还应该考虑下列性质：①乳化体的类型（O/W或W/O型）；②原科和添加剂的配伍性；③感观性质（消费者认可的性质，如油腻、润滑和柔软等肤感）；④物理性质（如黏度、涂抹分散性、触变性和吸收快慢等）；⑤产品对皮肤的刺激性和使用的安全性等。
2.乳化剂HLB值的加和性和乳化剂的复配
在实际配方中，往往使用两种或两种以上的乳化剂。不同HLB值的乳化剂结合使用，其混合后的HLB值同混合油相所需HLB值一样，具有加和性。即：乳化剂a和乳化剂b按一定比例混合后的HLB混可通过下式计算得出：
HLB混=HLBa·A％+HLB6·B％ （2-7）
式中，HLB混、HLBa和HLBb分别为混合体系、乳化剂a和b的HLB值。A％和B％分别为乳化剂a和b在混合物中所占的质量分数。
例如50％Span-20（HLB=8.6）与50％Tween-20（HLB=16.7）组成的混合乳化剂。此混合物的HLB值=8.6×50％+16.7×50％=12.65。
3.筛选乳化剂举例
（1）计算油相所需HLB值 按照已有的资料估算油相所需的HLB值。表2-13列出了某一油相基质所需的HLB值计算方法。
表2-13 油相基质所需HLB值的计算
油相所需HLB值约为10.05。
（2）初选乳化剂 根据油相所需HLB值，初步选出几组乳化剂，每一组可以是单一乳化剂，也可以是两种以上乳化剂组成的混合乳化剂。再根据乳化剂（组）HLB值与油相相近，计算乳化油相所需的HLB值的乳化剂体系中各组成的比例。
计算方法以HLB值为10的吐温-60（HLB值15）和司盘-60（HLB值5）乳化剂时为例进行说明：设吐温-60在混合乳化剂中的质量分数为w％，则5（1−w％）+15×w％=10，解之得w％=50％。则吐温-60在混合乳化剂中的质量分数为50％，司盘-60在混合乳化剂中的质量分数为1−50％=50％。
表2-14列出HLB值约为10的一些乳化剂对。这些体系的HLB值都能满足表2-14所列油相基质的要求。
表2-14 一些HLB值约为10的乳化剂对
再对以上几组混合乳化剂进行乳化试验，初步选定乳化剂体系。
（3）用量的调整 对选定的乳化剂对进行用量确定，设定用量梯度试验，稳定性好用量较低的即为所需用量。
五、乳化体系调整
乳液产品配方的组成是多样和复杂的，除主要基体的成分外，还含有各种功能添加剂、香精、防腐剂和着色剂等。这些添加的组分，特别是一些活性剂，对基质的稳定性、物理性质和感官性质都有很大的影响。需要进行产品的实际配方试验，对配方各组成成分进行调整。调整配方是一项较复杂的工作，也是最终产品成败的关键，如果调整之处过多，则整个配方需要重新设计。这项工作经验性的成分较大。
调整工作主要包括如下几方面。
1.HLB值的调整
一些添加物对HLB值有影响，其中主要包括脂肪醇、脂肪酸和无机盐。长链脂肪醇，如十六醇、月桂醇、胆甾醇、聚乙二醇、聚乙二醇醚等有机极性化合物，它们可以改进乳液的透明度或贮存稳定性。同时，长链脂肪醇是油溶性极性化合物。它可与界面膜上的乳化剂分子形成“复合物”，形成牢固的混合界面膜。如十六醇硫酸钠盐加十六醇、十二烷基酸酯钠盐加月桂醇或胆甾醇，均可获得液滴极细、稳定的乳液。短链脂肪醇，如辛醇，在短链非离子乳化剂中C8H17（EO）6-OH中可使非离子全部自水相转入油相中，能影响乳化剂在乳液中的相分配。阴离子乳化剂若为脂肪酸皂，则需加脂肪酸以调整HLB值，一般为对应的脂肪酸，如三乙醇胺油酸皂用油酸。此外，对阴离子乳化剂来说，与其对应的阳离子乳液的类型也有影响，加入多价离子（如钙、镁和铝等），则容易将乳化剂转为油溶性的乳化剂，使HLB值调低。
2.黏度的调节
黏度的调节主要是增加外相的稠度，常用的增稠剂有水溶性聚合物、无机盐和长链的脂肪醇。水溶性聚合物的种类很多，使用时应注意配伍性。使用无机盐增稠时用量应合适，过量时可能产生盐析作用。
3.pH值调节
用作pH值调节剂的碱类有各种胺、醇胺和醇酰胺，常用中和碱有三乙醇胺（TEA）和2-氨基-2-甲基-丙醇（AMP），有时，也可使用NaOH和KOH。酸类有柠檬酸、硼酸和脂肪酸。pH值的调节不仅是控制产品pH值范围，而且有时对产品黏度也有较大的影响。
六、乳化体稳定性测试
乳化体系确定之后，必须对产品的稳定性进行最后的测试。乳液制品应该按照不同的等级标准进行耐热和耐寒试验（即冰冻-熔化试验，48℃、24h转入−5～15℃、24h），以及离心考验（2000r/min、3000r/min、4000r/min旋转30min，不分层）。
配方师在实际的配方设计过程中，根据具体的产品特点和开发要求，对乳化剂稳定性的考查强度一般都高于行业标准。