Emulgator berechnen und ins Becherglas einwiegen

Emulgatormengen berechnen

Dossier »Emulsionen herstellen« Teil 5

Bei der Entwicklung eigener Rezepturen spielen viele Faktoren hinein, die einen Einfluss auf die Stabilität, das Auftragsverhalten und die Konsistenz einer Emulsion besitzen. Eine wesentliche Rolle spielt dabei die Einsatzkonzentration des gewählten Emulgators. Im Folgenden möchte ich Ihnen einige Orientierungspunkte anbieten, die Ihnen erlauben, die optimale Dosierung eines Emulgators einschätzen zu können.

Innere Phase einer O/W-Emulsion: Kleine Öltröpfchen in Wasser
Innere Phase einer O/W-Emulsion: Kleine Öltröpfchen in Wasser

Wenn wir Öle, Wasser und Emulgatoren emulgieren, »zerspringt« die innere Phase (in W/O-Emulsionen sind es Wasser-, in O/W-Emulsionen Ölpartikel) zu kleinen Tröpfchen, und der Emulgator bildet einen dünnen (Grenzflächen-)Film um die einzelnen Partikel und hält sie auf Abstand, entweder durch einen elastischen Film oder durch gleiche elektrische Aufladung der Teilchen, die sich gegenseitig abstoßen:

Koaleszenz von Öltröpfchen in einer Emulsion
Koaleszenz einer Emulsion

Zu hohe Emulgatorkonzentrationen in einem Pflegeprodukt lassen eine Emulsion haptisch stumpf, stoppend und trocken erscheinen. Das Spektrum aller vorhandenen Fette in dem kosmetischen Produkt wird verändert, tendiert zu gesättigten Fettkomponenten und verringert seine hautphysiologische Qualität. Viele Verbraucherinnen beobachten vermehrt Unterlagerungen und die Neigung zu Komedonen durch Emulsionen mit hohen Emulgatoranteilen. Nicht der Emulgator an sich ist Verursacher, sondern eine unangemessene Einsatzkonzentration. Allerdings stehen wir hier in einem Dilemma:»Zu viel« ist hautphysiologisch und haptisch suboptimal, »zu wenig« führt unweigerlich – über kurz oder lang – zu instabilen Emulsionen bis hin zur Phasentrennung.

Eine logische Regel muss her!

Wenn wir Anhaltspunkte finden wollen, woran wir uns bei einer optimalen Dosierung des Emulgators orientieren können, ergibt sich aus dem vorher Gesagten für Öl-in-Wasser-Emulsionen die grundsätzliche Regel, dass der Anteil der inneren Phase die Emulgatormenge wesentlich bestimmt. In O/W-Emulsionen bedeutet dies prinzipiell:

Heike

REGEL 1

Je höher die Fettphase, desto höher ist der absolute Emulgator-Anteil.

2007 begannen meine umfassenden Testreihen mit verschiedenen Emulgatoren, Emulgatoren-Compounds und möglichen Einsatzkonzentrationen. Ich suchte nach Gesetzmäßigkeiten, nach einer Formel, mit der es eventuell möglich sein sollte, Emulgatoren und ihre Dosierung zukünftig sicherer einschätzen, möglicherweise sogar berechnen zu können. Zum damaligen Zeitpunkt existierten viele Rezepturen mit ungewöhnlich hohem, teilweise 10%igem absoluten Emulgatoranteil (bei 25 % Fettphase). Insbesondere auf privaten DIY-Kosmetik-Webseiten bestanden einige Fettphasen zu einem erheblichen Anteil aus Emulgatoren. Interessant war, dass diese Emulgator-Konzentrationen vor allem bei Emulsionen mit hoher Wasserphase gewählt wurden. Aus heutiger Sicht weiß ich, dass mit dem Emulgator die gewünschte cremige Konsistenz erreicht werden sollte.

Meine Tests führten mich jedoch zu einem ganz anderen Ergebnis. Ich verstand: Höhere Fettphasenanteile bedingen bei O/W-Emulsionen eine größere »Dichte« der inneren Phase und damit einen Viskositäts-Anstieg, der die Beweglichkeit der Tröpfchen reduziert; daher sind mit steigender Fettphase geringere relative Anteile des Emulgators an der Fettphase ausreichend. Ausgehend von dieser Beobachtung entwickelte ich ein neues Konzept zur Kalkulation des Emulgatoranteils. Dieses Konzept wirft nicht vorhandene Modelle aus der kosmetischen Chemie über Bord – dort sind Emulgatorkonzentrationen zwischen 20 und 25 %, auf die Fettphase berechnet, seit Jahren bewährter Standard, den ich kenne und an dem ich mich orientiere – aber es offenbart wesentliche Wechselwirkungen zwischen den Parametern, die eine Emulsion bestimmen.

Heike

REGEL 2

Je höher die Fettphase, desto geringer ist der relative Emulgator-Anteil.

Mit beiden Regeln im Hinterkopf haben wir eine solide Orientierung. Hinter diesem gedanklichen Ansatz steckt ein weiterer – die Trennung zweier Funktionen, die ein Emulgator in einer Emulsion erfüllen kann:

  1. die des reinen Emulgators, der die Trennung von Fett- und Wasserphase verhindert,
  2. die des Konsistenzgebers, der aus einer Lotion eine feste Creme macht.

Mein Konzept trennt beide Funktionen und eröffnet die Möglichkeit, hautphysiologische Formulierungen mit einem Minimalgehalt an Emulgatoren und geringerer Konsistenz zu entwickeln oder – wenn gewünscht – mit einem höheren Anteil an Fettalkoholen und Wachsen – viskosere Cremes zu konzipieren, die jedoch geringer mit der Hautbarriereschicht interagieren als es höherdosierte Emulgatoren tun.

Höhe der Fettphase in %Absolute Konzentration
des emulgierenden Systems in %
Relative Konzentration
des emulgierenden Systems in %*
204,0 %20 %
254,5 %18 %
305,0 %17 %
406,0 %16 %
* auf die Fettphase gerechnet

Unabhängig davon ist der kosmetikchemische Grundsatz, das emulgierende System zwischen 20–25 % der Fettphase zu planen, ein sehr guter Anhaltspunkt für Sie. Mit dem in diesem Beitrag vermittelten Wissen können Sie nun mit den Anteilen spielen: Sie wissen, an welchen Schrauben Sie »drehen« können.

Wichtig: Die Angabe der Emulgatorkonzentration nimmt alle emulgierenden Komponenten in den Blick und garantiert eine stabile Emulsion. Sie sagt nicht zwingend etwas über die Konsistenz aus. Wer mehr Konsistenz wünscht, kann darüber hinaus weitere Konsistenzgeber hinzufügen. Seien Sie sich jedoch bewusst, dass dies Auftragsverhalten, Hautgefühl und Verträglichkeit beeinflusst – und vor allem das Wasserfreigabeverhalten.

Heike
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