Стадии технологического процесса получения шампуней

Подготовка сырья. Сырье, поступившее на склад, перед использованием в производстве, обязательно подвергается внешнему осмотру и лабораторному анализу на соответствие требованиям, предусмотренным данной технологией, после чего оно подается на разгрузку в реактор.

Приготовление средства. Шампуни готовят путем механического смешения компонентов с водой в реакторе, оборудованном мешалкой. Использование мешалки специальной конструкции предупреждает вспенивание массы. Смешение компонентов производится при температуре производственного помещения и атмосферном давлении.

В реактор при включенной мешалке последовательно загружаются водно-спиртовой экстракт и ПАВ, которые затем перемешивают.

Питьевая вода проходит очистку на водоочистительном комплексе и подается в реактор при выключенной мешалке. Предварительно берется проба этой воды на соответствие требованиям, предъявляемым к качеству воды для приготовления шампуней. Подача воды контролируется счетчиком для воды. Далее производится перемешивание компонентов шампуня с водой.

Добавляются формалин и отдушка. Далее при выключенной мешалке с помощью насоса заливают предварительно приготовленный раствор хлористого натрия и перемешивают. Готовый продукт с помощью насоса подается в промежуточную емкость на отстой. Продукт отстаивается, после чего отбирается проба и делается анализ на соответствие техническим условиям, и при получении положительных результатов средство отправляется на расфасовку. 2].

Современные шампуни в большинстве являются мультифункциональными и их рецептуры могут содержать от 10 до 15 ингредиентов и более. К ним относятся базовые ПАВ, загустители (регуляторы вязкости), эмульгаторы и стабилизаторы эмульсий, комплексообразователи (регуляторы жесткости воды), пенообразователи и стабилизаторы пен, кондиционеры, красители, ароматизаторы, консерваторы и другие функциональные добавки.

Согласно определению шампуней, они представляют собой однородные однофазные или многофазные жидкости с геле — или кремообразной массой без посторонних примесей. По агрегатному состоянию — это грубодисперсные системы класса эмульсий. Большинство эмульсий относятся к прямому типу дисперсий «масло в воде» с невысоким содержанием дисперсной «масляной» фазы. При приготовлении эмульсий водную и масляную фазы необходимо диспергировать одну в другой. Для диспергирования шампуней наиболее широко применяют механическое перемешивание жидкостей с использованием лопастных и пропеллерных мешалок (рисунок 6). [3].

Рисунок 6. Лопастные мешалки.

1. Подготовка водной фазы Водная фаза эмульсий шампуней кроме воды как растворителя содержит водорастворимые ингредиенты: загустители, умягчители, увлажнители, базовые ПАВ, электролиты. Большая часть из них добавляется в воду изначально и лишь небольшое количество в ходе смешения с масляной фазой и доводке готовой эмульсии шампуня до заданной кондиции.

Технологическая вода Согласно нормативной документации на моющие гигиенические косметические изделия в шампунях в качестве технологической воды как растворителя допускается использование воды для хозяйственных нужд, деминерализованной и деионизированной. Традиционно используют хозяйственную воду с добавлением в нее секвестрантов. Эти вещества предотвращаю образование нерастворимого осадка содержащихся в воде солей поливалентных металлов Са, Mg, Fe и других и одновременно понижают жесткость воды путем связывания секвестрантов с катионами Са²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ в комплексные соединения.

Из веществ секвестрантов в шампунях наиболее часто применяют этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭТДА) и кристаллогидраты её динатриевой соли (Трилон Б).

Кислотно-щелочной баланс.

Согласно НД, величина водородного показателя рН в шампунях должна находиться в интервале от 5,0 до 8,5. В качестве регулятора значений величины рН в шампунях преимущественно используют лимонную кислоту и едкий натр. Основная масса лимонной кислоты вводится в воду сразу после ее дозировки, чтобы создать в ней кислую среду, обеспечивающей большую скорость растворения многих ингредиентов без нагрева водной фазы, а также исключающей гидролиз алкилоламидов с выделением аммиака. Едкий натр вводится в водную фазу в конце ее приготовления с целью доведения рН до заданной величины. [3].

Загущение Согласно техническим требованиям к шампуням их консистенция с гелеили кремообразной массой может изменяться от жидкой до густой. Большая часть загустителей (80% от их массы) вводятся в водную часть изначально при её приготовлении, оставшаяся часть — добавляется в готовую эмульсию при доводке ее до заданной вязкости.

В качестве загустителей применяют алкилоамиды, полимерные материалы, электролиты. При добавлении алкилоамидов и электролитов изменение вязкости водного раствора ПАВ производится за счет агрегативной трансформации мицелл в более сложные геометрические формы, что увеличивает напряжение внутреннего трения и вязкости и обеспечивает тем самым эффект загущения шампуней. Алкилоламиды вводят в шампунь на стадии образования водной фазы, а электролиты — в конечный состав шампуня с целью корректировки вязкости, улучшения совместимости.

При добавлении полимерных материалов (водорастворимые полимеры, этоксилированные многоатомные спирты с полиольной цепью). Загущающее действие основано на их способности самопроизвольно формировать дисперсные системы типа студней с пространственной сеткой — каркасом из полимерных цепей с двумерной или трехмерной решеткой.

Замутнение и опалесценция Большинство шампуней изготавливаются непрозрачными и имеют перламутровый или опалевый вид. Их непрозрачность создается вводом в них веществ — замутнителей. В качестве последних используют соли жирных кислот С₁₆-С₁₈ (пальмитаты и стеараты магния и цинка), алкилоламиды и глицериды жирных кислот, эфиры этиленгликоля и полиэтиленгликоля (монои диэтиленгликольмоностеараты), моноалкиловые эфиры жирных кислот.

Перламутровый эффект обусловлен изменением оптических свойств кристаллов, которые частично отражают и частично преломляют падающий свет. Кристаллы различных стеаратов создают разный перламутровый эффект. На перламутровый эффект также оказывает длина алкильной группы алкилоламидов: например, кокосовый диэтаноламид дает меньше блеска, а лауриновый моноизопропаноламид больше блеска. На степень мутности и уровень блеска значительное влияние оказывает величина скорости сдвига при смешении его с водной фазой и температура. При больших скоростях сдвига получается высокая степень мутности и низкий уровень блеска и, наоборот, при малых скоростях сдвига мутность уменьшается, а блеск увеличивается.

Ввод базовых и вспомогательных ПАВ.

В производстве шампуней в качестве базовых ПАВ в основном используют натриевые и аммониевые соли сульфоэфиров жирных спиртов (преимущественно лаурилового спирта С₁₂ и смеси жирных спиртов С₁₂-С₁₄ кокосового масла):алкилсульфаты и алкилэтоксисульфаты со степенью оксиэтилирования от 2 до 3, сульфаты монои триэтаноламидов лауриновой кислоты и смеси жирных кислот кокосового масла.

Концентрация базовых ПАВ в шампунях определяется их рецептурой и потребительскими свойствами и составляет (масс%): в очищающих вспениваемых шампунях от 5 до 27, а в многофункциональных кондиционирующих от 7 до 30. Все перечисленные ПАВ являются анионными и хорошо растворяются в воде (за исключением лаурилэтоксисульфата).

При подготовке водной фазы базовые ПАВ вначале растворяют в чистой технологической воде. Масса этой воды равна величине разности между общей массой, вводимой в шампунь в качестве растворителя согласно рецептуре, и массой воды, расходуемой на стадии загущения и змутнения, а также при подготовке раствора натрия гидроксида для доводки рН в кислотно-щелочном балансе водной фазы. В среднем это количество воды составляет 50% от ее общей массы.

Вспомогательные ПАВ вводят в шампуни для усиления пенообразования и улучшения качества пены (более кремообразная и густая), придания дерматологической мягкости рецептуре (снижают раздражение кожи и глаз), а также повышения вязкости шампуня. В качестве вспомогательных ПАВ используют амфотерные ПАВ: кокамидопропилбетаины, кокамфокарбоксиглицинаты, лаурил (С₁₂) — миристил (С₁₄) — и кокдиметиламиноксиды, кокамидопропил-диметиламиноксиды, децил-, ундецили кокполиглюкозиды. Они хорошо растворимы в воде и для очищающих вспениваемых шампуней не содержащих масляной фазы, вводятся в водную фазу вместе с базовыми ПАВ. [3].

Другие вещества К ним относятся ингредиенты улучшающие функциональные и потребительские свойства. Это могут быть эмульгаторы, стабилизаторы эмульсий и пен, солюбилизаторы, консерванты, увлажнители, полезные добавки, обуславливающие вид шампуня.

2. Подготовка масляной фазы Масляная фаза содержит водонерастворимые ингредиенты: красители, отдушки, кондиционеры, консерванты, эмоленты, полезные добавки. Некоторые из этих веществ могут быть водорастворимыми, но в рамках технологии изготовления шампуней, особенно многофункциональных кондиционирующих, их целесообразно вводить в масляную фазу.

В зависимости от состава и физико-химических свойств ингредиентов, масляную фазу готовят либо по частям. Либо полностью с одновременной загрузкой. В ходе загрузки ингредиентов в фазу, её непрерывно перемешивают до получения однородной массы и, если необходимо, нагревают до температуры 75−80?С, чтобы увеличить скорость растворения. Готовую масляную фазу добавляют в водную фазу при непрерывном перемешивании.

3. Корректировка вязкости и кислотно-щелочного баланса шампуня Вязкость большинства шампуней корректируют с помощью добавления в них солевого раствора NaCl. Водородный показатель корректируют добавлением в шампунь раствора едкого натра NaOH и лимонной кислоты.

4. Технологическая установка Технологический процесс производства шампуней включает в себя стадии взвешивания и дозировки ингредиентов, их загрузку и перемешивание, нагрев и охлаждение фаз, и их перекачивание, анализ промежуточных смесей и конечного продукта, доводка готового продукта до заданной кондиции (рН среды, вязкость, плотность, внешний вид и цвет) и перекачка его в емкость для хранения с последующей фасовкой.

Рисунок 7. Схема конструкции высокоэффективного смесителя с двойным циркуляционным контуром.

Для проведения этих стадий технологическая установка должна иметь в своём составе: аппараты-смесители, насосы, мерники и дозаторы, питатели, нагреватели/охладители, анализаторы, запорную арматуру.

В зависимости от производственной установки рабочий объём смесителей составляет от 50 до 6000 л. В качестве перемешивающих устройств в смесителях используют лопастные, пропеллерные (рисунок 8) и якорно-скребковые мешалки, снабженные стационарными волнорезами.

Современные смесители (рисунок 7) дополнительно оснащены автономной системой мойки, очищающей аппарат от предыдущей смеси после откачивания. [3].

Рисунок 8. Пропеллерная мешалка.

Рисунок 9. Реактор для производства шампуней. [5].

Рисунок 10. Вакуумно-гомогенизирующий аппарат для приготовления.

косметических

Рисунок 11. Блок-схема технологической установки производства шампуней.

Аппараты-смесители приготовления: водной фазы (1), водного раствора NaOH (2), масляной фазы (3,4), шампуня (5). [3].