Como suspender partículas em formulações cosméticas

Entenda como ocorre o processo de suspensão de partículas em formulações cosméticas e aprenda a criar cosméticos estabilizados, sem correr o risco do material particulado se depositar no fundo da embalagem

Quais partículas costumam ser suspensas?

Um sabonete com glitter, um shampoo esfoliante, um spray corporal iluminador com mica…estes produtos consistem em formulações compostas por partículas sólidas insolúveis dispersas em uma fase líquida contínua. Produtos assim normalmente possuem efeito visual de cintilância (quando há o uso de glitter ou mica) e sensorial tátil (quando são utilizadas partículas esfoliantes abrasivas). Engana-se, porém, quem pensa que para criar esses produtos basta apenas adicionar esses materiais particulados nas formulações. Na prática, para criar esse tipo de produto e não correr o risco das partículas se depositarem no fundo da embalagem é necessário adicionar um agente responsável pela suspensão das partículas no meio. Esse agente pode ser chamado de agente suspensor e normalmente é representado por espessantes de fase aquosa, como alguns tipos de gomas e polímeros sintéticos. O agente suspensor permite que as partículas se distribuam por todo o produto e não se depositem no fundo da embalagem por decantação.

Nesse artigo você irá ver:

• A importância de adicionar um agente suspensor;
• Como eles atuam;
• Exemplos de mercado.

A importância de adicionar um agente suspensor

Muitos formuladores, ao tentarem criar produtos com materiais particulados insolúveis na fórmula, encontram dificuldades, já que manter as partículas suspensas quase sempre é um grande desafio. Saber lidar com com esse tipo de estrutura de fórmula é fundamental para criar produtos funcionais, e uma das maneiras de estruturar adequadamente produtos com esse direcionamento é pelo conhecimento de ingredientes cosméticos com ação suspensora de partículas: os chamados agentes suspensores.

Em muitos casos, a falta de conhecimento sobre opções de ingredientes como esses é o que torna árdua a tarefa de criação da formulação. 

A capacidade de suspensão de uma determinada formulação irá depender das características reológicas fornecidas pelo espessante utilizado no sistema, como gomas, polímeros sintéticos entre outros. 

Como eles atuam?

Alguns espessantes atuam criando estruturas através da água da formulação e exibem uma propriedade chamada valor/tensão de escoamento (yield stress).

A tensão de escoamento (ou yield stress) de uma formulação pode ser definida como a tensão mínima necessária para induzir o movimento de um fluido.  

A força gravitacional também é muito importante na suspensão de partículas. Se a energia necessária para a partícula ‘romper’ essas estruturas for maior que a energia gravitacional da partícula, a estrutura não irá romper, resultando na suspensão da partícula. 

A partícula continua estável a menos que a força da gravidade operando sobre ela exceda a tensão de rendimento/escoamento do líquido. A tensão de escoamento necessária para suspender uma partícula pode variar dependendo do diâmetro da partícula, bem como densidade da fase contínua e da partícula. 

Efeito da densidade de reticulação na capacidade de suspensão dos carbômeros

Alguns carbômeros podem ser utilizados como agentes suspensores, e o efeito da densidade de reticulação desses ingredientes pode influenciar sua capacidade de suspensão. O termo ‘carbômero’ designa polímeros reticulados de ácido acrílico. Polímeros são moléculas que possuem uma longa cadeia de unidades repetidas (monômeros).

Densidade de reticulação é a quantidade de reticulação (crosslinking) presente no polímero, ou seja, a quantidade de ligações que unem as cadeias de polímero. O polímero, quando é colocado na água da formulação, forma estruturas (redes pouco ou muito emaranhadas).

O Carbopol 941, por exemplo, é um polímero com pouca reticulação. Como existem poucos locais de reticulação, o polímero se ‘abre’ facilmente quando é adicionado em baixas concentrações, e as cadeias do polímero não se aproximam muito (ficam distantes umas das outras). Isso dificulta a retenção/suspensão das partículas insolúveis.

Já o Carbopol 934 é um polímero que apresenta muitas reticulações. Como existem muitos espaços de reticulação ligando as cadeias de polímero, ele não ‘abre’ facilmente quando é adicionado em baixas concentrações na água (cerca de 0.1%). Por conta disso, existem grandes espaços as cadeias de polímeros, o que não possibilita a suspensão de partículas. Já em altas concentrações (cerca de 1%), as partículas de gel se aproximam, criando um sistema emaranhado com alto valor de rendimento (apresenta alta resistência à tensão de cisalhamento aplicada), o que possibilita a suspensão de partículas.

Exemplos de mercado

Existem alguns espessantes que podem ser utilizados como agentes suspensores em formulações cosméticas. Abaixo indico algumas opções que utilizo no meu dia a dia como formulador. 

Aculyn^TM 33 (INCI Name: Acrylates Copolymer)

É um polímero acrílico aniônico utilizado como modificador de reologia. Possui estrutura levemente reticulada para proporcionar comportamento pseudoplástico. É um produto líquido, processável a frio, que aumenta a viscosidade instantâneamente após a neutralização. Não é indicado para sistemas com baixo pH (abaixo de 6).

Como trabalhar com ele: O Aculyn^TM 33 é fornecido como uma emulsão de baixa viscosidade e pode ser incorporado diretamente nas formulações. No geral ele pode ser adicionado na água, seguido da adição dos demais ingredientes e então o agente neutralizador pode ser adicionado.

Esse espessante pode ser neutralizado por bases orgânicas e inorgânicas. Em sistemas aquosos simples podem ser usados ajustadores de pH como hidróxido de sódio, hidróxido de potássio ou hidróxido de amônia. 

Em emulsões, como loções e creme, sugere-se o uso de alcanolaminas, como a trietanolamina e aminometilpropanol. 

Carbopol^Ⓡ Ultrez 20 (INCI Name: Acrylates/C10-30 Alkyl Acrylate Crosspolymer)

É um copolímero de ácido acrílico reticulado. É um espessante fácil de usar, já que ele se auto-umedece, dispersando-se em minutos. Pode ser utilizado em formulações que possuem surfactantes e eletrólitos, exibe boa transparência em formulações de géis e cria produtos com viscosidade moderada a alta.

Como trabalhar com ele: O Carbopol^Ⓡ Ultrez 20 pode ser ‘polvilhado’ na superfície da água. Aguarde sua hidratação e então homogeneize suavemente. A neutralização pode ser feita antes ou depois da adição do polímero. Após isso, adicione os demais ingredientes, mantendo baixa agitação para evitar a incorporação de ar. No geral pode ser utilizada uma solução de hidróxido de sódio para neutralizar o polímero. 

Amaze^TM XT (INCI Name: Dehydroxanthan Gum)

É um polímero aniônico, natural derivado, comercializado na forma de um pó. É indicado principalmente para produtos de estilização capilar, já que proporciona fixação sem o tacky e descamação normalmente fornecido por géis de mercado. Além disso, também é uma opção de espessante para demais sistemas cosméticos, como mousses, loções, cremes e pomadas, por conta de sua facilidade de processamento nas formulações. 

Como trabalhar com ele: Não é necessário aquecimento nem neutralização. O Amaze^TM XT se dispersa facilmente na água. Entretanto, os géis formados por esse espessante podem ser afetados pelas variações no valor de pH, bem como pela  adição de eletrólitos. A melhor viscosidade se dá na faixa de pH de 4.5 a 6. Além disso, com a queda no pH há comprometimento na claridade da formulação. A adição de sais monovalentes, como o cloreto de sódio, acima de 0.25%, também pode diminuir a viscosidade e claridade dos géis formados por Amaze^TM XT. 

Kelcogel^Ⓡ CG-LA (INCI Name: Gellan gum)

É um polissacarídeo produzido a partir de uma cultura de Sphingomonas elodea. É indicado para formulações de baixa viscosidade que precisam de alta tensão de rendimento (yield stress), uma vez que a ação da gravidade sobre as partículas suspensas é menor que a tensão de rendimento.  
Como trabalhar com ele: Para facilitar a sua hidratação ele pode ser adicionado na água sob aquecimento, aquecendo o sistema até 75ºC. Em processos a frio sugere-se a adição de 0.3% de citrato de sódio (que é um sequestrante) na água para facilitar a hidratação da goma, uma vez que os íons divalentes presentes na água podem inibir a hidratação do espessante. Além disso, o ideal é que o pH do meio esteja acima de 4 para garantir a hidratação do Kelcogel^Ⓡ CG-LA.

Conclusão

Formulações cosméticas com partículas insolúveis suspensas, como glitter, mica e esfoliante, podem possuir apelo visual e sensorial, entretanto, não basta apenas adicionar a partícula em questão na formulação. É necessário utilizar um agente suspensor, que irá fornecer uma tensão de rendimento que supere a ação da gravidade sobre as partículas dispersas. Exemplos de mercado incluem o Aculyn^TM 33, Carbopol^Ⓡ Ultrez 20, Amaze^TM XT e Kelcogel^Ⓡ CG-LA.

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Referências

[1] Flow and Suspension Properties of Carbopol^Ⓡ Polymers – Lubrizol.
[2] LABA, Dennis. How do I thicken my cosmetic formula?. Cosmetics and toiletries, v. 116, n. 11, p. 35-44, 2001.
[3] MARTIN, Jeffrey. Yield Stress Measurements for Personal Care, Part I: Definition and Basics. Cosmetics & Toiletries, 2015.
[4] Material do fornecedor (CP Kelco) – Kelcogel^Ⓡ CG-LA.
[5] Material do fornecedor (Dow Chemical) – Aculyn^TM 33.
[6] Material do fornecedor (Lubrizol) – Carbopol^Ⓡ Ultrez 20.[7] Material do fornecedor (Nouryon) – Amaze^TM XT Polymer.