CC BY
61
УДК 541.64:665.58
Ю. А. Шигабиева, С. А. Богданова, Ю. Г. Галяметдинов
ВЛИЯНИЕ ЭКСТРАКТА ЗЕЛЕНОГО ЧАЯ НА СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ПОЛИМЕРНЫХ КОСМЕТИЧЕСКИХ ГЕЛЕЙ
Ключевые слова: полимерный косметический гель, экстракт зеленого чая, структурно-механические свойства.
Исследовано влияние экстракта зеленого чая на структурно-механические свойства полимерных косметических гелей - вязкость, предел текучести, время релаксации напряжений, механическую стабильность. Рекомендованы концентрационные диапазоны введения добавки для обеспечения оптимальных структурно-механических, технологических и потребительских характеристик.
Keywords: polymer cosmetic gel, green tea extract, structural and mechanical properties.
The influence of green tea extract on the structural and mechanical properties of polymer cosmetic gels - viscosity, yield stress, the stress relaxation time, mechanical stability has been investigated. Concentration range of the additive introduction for gel optimal set of structural, mechanical, technological and consumer characteristics has been suggested.
Введение
Современные косметические композиции являются многокомпонентными гетерогенными системами - гелями, эмульсиями, суспензиями, пенами. Актуальной тенденцией в химической технологии производства косметических средств является введение в их состав многофункциональных активных ингредиентов с антиоксидантными, фотопротекторными и прочими активными свойствами [1-3]. В большинстве косметических композиций активные компоненты представлены различными натуральными экстрактами, настоями, соками и т.д., поскольку субстанции, получаемые из природного сырья, нетоксичны и обладают положительным физиологическим и косметическим действием на кожу, их эффект близок к физиологическому действию веществ внутреннего метаболизма [4]. Активно ведется поиск новых эффективных ингредиентов, обладающих антиоксидантной активностью.
Ранее нами были изучены фотопротекторные свойства ряда антиоксидантных компонентов в форме экстрактов, на основании которых составлены рекомендации для разработки косметических средств [5]. Определено, что экстракт зеленого чая проявляет наиболее сильные защитные свойства, поглощая лучи с длиной волны 271 нм, что характерно для формирующих его дисперсную фазу фе-нольных соединений: катехинов, танинов и т.д. [6]. Имеются сведения, что экстракт зеленого чая является наиболее ярким представителем системы анти-оксидантов природного происхождения [7].
Перспективными косметическими продуктами являются полимерные гели [8]. Представлялось целесообразным проанализировать возможность получения полимерных косметических гелей с экстрактом зеленого чая и оценить его влияние на коллоидно-химические свойства гелей. В научно-технической литературе такие сведения отсутствуют.
Целью данной работы являлось исследование влияния экстракта зеленого чая на структурно-механические характеристики полимерных косметических гелей.
Экспериментальная часть
В работе использовался пропиленгликолевый экстракт зеленого чая, полученный в ИОФХ им. А.Е.Арбузова КазНЦ РАН (ТУ 9154-010-027000552002). В состав косметических гелей он вводился в концентрации от 0,5 до 5,0 % масс.
Структурно-механические свойства полимерных гелей определялись методом ротационной вискозиметрии на реовискозиметре КИейеБ! с измерительным устройством типа «цилиндр-цилиндр» в диапазоне скоростей сдвига 0,5-500 с-1 при 250С.
В состав косметических гелей, кроме экстракта зеленого чая, входили полимерный гелеоб-разователь (полимер акриловой кислоты) торговой марки «СагЬотег-141», глицерин, консервант, парфюмерная композиция и вода. Их содержание было оптимизировано нами в ранее проведенных работах [2].
Обсуждение результатов
Структурно-механические характеристики полимерных косметических гелей оказывают существенное влияние на проявление активных свойств (высвобождение биологически активного ингредиента, удобство нанесения, продолжительность воздействия и т.д.). Их исследование и оптимизация имеют важнейшее технологическое и прикладное значение.
Кривые течения гелей с экстрактом зеленого чая указывают на вязкопластичный характер композиций во всем исследуемом диапазоне концентраций добавки.
Приведенные экспериментальные данные можно с высокой точностью аппроксимировать уравнением Гершеля-Балкли:
т = т0 + К -у
где т0 - статический предел текучести, Па; К - коэффициент консистенции, пропорциональный эффективной вязкости при градиенте скорости сдвига, равном единице, Па-с; у- скорость сдвига, с-1;
п - индекс течения системы.
6 543 2 1
100 0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
т, Па
Рис. 1 - Кривые течения косметических гелей с экстрактом зеленого чая: 1 - базовая композиция; 2 - 0,5% масс.; 3 - 1% масс.; 4 - 2% масс.; 5 - 3,5% масс.; 6 -5% масс.
Одними из важных параметров, характеризующих структурированность и прочность гелей, являются пределы текучести. Статический предел текучести т0 определялся из уравнения Гершеля-Балкли, а динамический предел текучести т0д - на прямолинейном участке кривой течения (рис. 1).
Важным аспектом с точки зрения практического применения полимерных гелей является влияние экстракта зеленого чая на временные параметры системы (время релаксации, механическую стабильность) [9,10].
Структурно-механические характеристики, рассчитанные по представленному выше алгоритму, представлены на рис. 2, 3.
Т0д, Па 300 275 250 225 200 175 150 125 100
т0, Па
30,5
30
29,5
- 29 -- 28,5
- 28 27,5 27 26,5
- 26 -- 25,5 25
4,5
С, % масс.
Рис. 2 - Зависимость динамического Тод и статического То пределов текучести гелей от концентрации экстракта зеленого чая
П, Па*с
0,3
0,25 -0,2 -0,15 -0,1 -0,05 -0
-- 1,2 - 1
3,5 4 4,5 5 С, % масс.
Рис. 3 - Зависимость пластической вязкости п и времени релаксации к гелей от концентрации экстракта зеленого чая
Данные рис. 2, 3 характеризуют общий характер изменения структурно-механических свойств полимерных косметических гелей в зависимости от содержания экстракта зеленого чая. Прочность гелей при введении активного ингредиента имеет тенденцию к снижению, что отражается на уменьшении динамического предела текучести при увеличении концентрации до 5% масс. (рис. 2).
При этом пластическая вязкость в диапазоне концентраций, близком к 5% масс., изменяется более существенно: при введении 3,5% масс. экстракта зеленого чая в гель ее значение уменьшается на 30%, для 5% масс. - на 43%, что с технологической и потребительской точки зрения является нежелательным. Наблюдаемые эффекты, по-видимому, связаны с коллоидной природой вводимой добавки [11]. Коллоидные частицы золя танино-катехинового комплекса, очевидно, препятствуют формированию равномерно структурированной сетки геля.
Значения механической стабильности геля в зависимости от концентрации экстракта зеленого чая приведены в табл. 1 (от базовой гелевой композиции до геля с содержанием активной добавки 5,0 % масс.).
Таблица 1 - Зависимость механической стабильности гелей от концентрации экстракта зеленого чая
Concentration of green tea ex-tract^/o mass. Mechanical stability of the gel М
0 0,83±0,02
0,5 0,82±0,02
1,0 0,81±0,03
2,0 0,78±0,02
3,5 0,70±0,03
5,0 0,62±0,01
Данные табл. 1 указывают на способность всех исследуемых систем восстанавливать структуру после приложенной нагрузки, о чем свидетельствуют высокие значения М, т.е. все приведенные гели характеризуются тиксотропностью. Происходит снижение величины механической стабильности при повышении содержания экстракта зеленого чая по сравнению с базовой композицией, что доказывает участие коллоидных частиц активного ингредиента в перераспределении энергии связи в гелевой матрице.
Обобщая результаты анализа структурно- механических характеристик полимерных косметических гелей с экстрактом зеленого чая, можно сделать вывод, что рекомендуемый концентрационный диапазон ввода данного активного ингредиента, обеспечивающий получение оптимального комплекса технологических и потребительских свойств гелей, составляет от 0,5 до 2,0 % масс. Полученные данные могут быть использованы при разработке рецептуры и технологии получения косметических гелевых продуктов сектора anti-age.
200
)и с
Литература
1. R.K. Chaudhuri, C. Hwang, G. Puccetti, G. Guttierez, M. Serrar, J. Cosmet. & Emblica, 119, 59-70 (2004).
2. Ю.А. Романова, С.А. Богданова, Л.Н. Залялютдинова, С.Г. Абдуллина, Ю.Г. Галяметдинов, Вестник Казан. технол. ун-та, 10, 52-56 (2010).
3. К.Т. Ли, Sofw J., 3, 10-14 (2002).
4. К. Юнг, Soft J., 4, 56-62 (2005).
5. Ю.А. Романова, К.С. Васильева, И.А. Колесникова, С.А. Богданова, Ю.Г. Галяметдинов, Вестник Казан. технол. ун-та, 10, 305-307 (2011).
6. В.И. Кочубей, Определение концентрации веществ при помощи спектрофотометрии. Руководство к лабораторной работе. Саратов, СТУ, 2008, 14 с.
7. П.А. Федина, А.Я. Яшин, Н.И. Черноусова, Химия растительного сырья, 2, 91-97 (2010).
8. Л.В. Самуйлова, Т.В. Пучкова, Косметическая химия: учеб.издание. Ч.1: Ингредиенты. Москва, Школа косметических химиков, 2005, 336 с.
9. М.Г. Карталов, Бюллетень сибирской медицины, 3, 4853 (2009).
10. И.О. Рогачев, В.В. Гладышев, Б.С. Бурлака, И.Л. Ке-чин, Запорожский медицинский журнал, 3, 92-94 (2011).
11. Ю.А. Шигабиева. Дисс. канд. хим. наук, Казан. нац. исслед. технол. ун-т, Казань, 2014, 158 с.
© Ю. А. Шигабиева - канд. хим. наук, ассистент кафедры технологии косметических средств, КНИТУ, [email protected]; С. А. Богданова - канд. хим. наук, доцент кафедры технологии косметических средств, КНИТУ, [email protected]; Ю. Г. Галяметдинов - д-р хим. наук, профессор, зав. каф. физической и коллоидной химии, КНИТУ, [email protected].
© Y. A. Shigabieva - Doctor of Chemistry, Professor, Department of Physical and Colloid Chemistry, KNRTU, [email protected]; S. A. Bogdanova - Doctor of Chemistry, Assistant professor, Department of Technology Cosmetics, KNRTU, [email protected]; Y. G. Galyametdinov - Doctor of Chemistry, Associated professor, Department of Technology Cosmetics, KNRTU, [email protected].
