Naturkosmetik selber machen
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Heike Käser
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Olionatura, Naturkosmetik selber machen Olionatura | Basiswissen · Emulsionen herstellen

Emulsionstypen unterscheiden

Wenn wir eine Lotion oder Creme rühren, stellen wir chemisch betrachtet eine Emulsion her. Eine Emulsion ist eine Mischung (korrekt nennt man diese Dispersion) aus Substanzen, die nicht mischbar sind. In der Kosmetik verwenden wir Emulsionen aus Wasser und Fett (Öle, Pflanzenbuttern und Wachse). Im normalen Zustand trennen sich beide Phasen: Das leichtere Öl schwimmt oben und grenzt sich klar definiert ab – Emulsionen sind daher von Natur aus zunächst instabil. Wenn man sie kräftig schüttelt (physikalisch gesehen also Energie zuführt), zersprengen die beiden Phasen in unzählige Tröpfchen, die sich vorübergehend mischen, und es bildet sich eine so genannte Kurzzeitemulsion. Allerdings trennen sich beide Phasen wieder, da Wasser- und Öltröpfchen die Neigung haben, so lange zu großen Wasser- bzw. Öltropfen zusammenzufließen, bis beide Phasen wieder vollkommen getrennt vorliegen: Wasser unten, Fett oben. Dieses Zusammenfließen nennt man Koaleszenz.

Um die wässrige und die ölige Phase zu einer Emulsion zu verbinden, benötigen wir einen Emulgator: Emulgatoren sind Substanzen mit einem wasserliebenden (hydrophilen) und einem fettliebenden (lipophilen) Teil. Sie haben die Eigenschaft, die Grenzflächenspannung beider Substanzen zu verringern, so dass sie sich leichter mischen; daher nennt man sie auch »grenzflächenaktive Substanzen«, zu denen auch die stark hydrophilen, waschaktiven Tenside subsummiert werden. Sie verhalten sich beiden Phasen gegenüber so, dass ihr hydrophiler Teil sich an Wassermoleküle, ihr lipophiler Teil an Fettmoleküle bindet. Sie bilden um die Tröpfchen einen Grenzflächenfilm, der ihr Zusammenfließen verhindert. Auch unsere Haut produziert Emulgatoren, die Hauttalg und Schweiß zu einem Hydro-Lipid-Film verbinden; hier sind es freie Fettsäuren, Diglyceride und Cholesterole.

Im Folgenden möchte ich Ihnen erläutern, worin sich O/W- und W/O-Emulgatoren unterscheiden. Alle Grafiken stammen aus meinem Buch Naturkosmetik selber machen, in dem Sie bei Interesse vertiefende Erläuterungen finden.

Emulgator-Molekül
Ein Emulgatormolekül mit hydrophilem »Kopf« und lipophilem »Schwanz«

Wir arbeiten im Wesentlichen mit zwei Typen an einfachen Emulsionen, Öl-in-Wasser-(O/W) und Wasser-in-Öl-Emulsionen (W/O), daher werde ich die beiden zuerst darstellen.

O/W-Emulsionen

Öl-in-Wasser-Emulsion

Beginnen wir mit einer Öl-in-Wasser-Emulsion (O/W): Hier löst sich der Emulgator in Wasser – der äußeren (kontinuierlichen) Phase – und hüllt die kleinen Öltröpfchen (die innere, disperse Phase) ein, sodass sie nicht mehr zusammenfließen können.

Wie Sie in der Abbildung sehen, weisen O/W-Emulsionen viele kleine (hier gelbe) Öltröpfchen in einer wässrigen Phase auf: Der Emulgator weist mit seinem hydrophilen (wasserliebenden) Kopf (dem kleinen runden Teil) in die Wasserphase, während sein lipophiler (fettliebender) Schwanz im Öltröpfchen steckt.

O/W-Emulgatoren sind: Glycerinstearat SE, Lamecreme, Montanov™ 68, Montanov™ L, TEGO® Care CG 90, TEGO® Care 450, TEGO® Care PS (Emulsan), TEGO® Care PSC-3, Dermofeel® GSC palm oil free, Emulprot®, Bergamuls® ET-1, Xyliance

W/O-Emulsionen

Wasser-in-öl-Emulsion

Bei einer Wasser-in-Öl-Emulsion (W/O) ist der Emulgator im Öl gelöst und umhüllt die kleinen Wassertröpfchen, damit sie nicht zusammenfließen können:

Die Abbildung zeigt eine W/O-Emulsion: Viele kleine (hier blaue) Wassertröpfchen sind in einer öligen Phase verteilt: Der Emulgator weist mit seinem lipophilen (fettliebenden) Ende in die Ölphase, während sein hydrophiler (wasserliebender) Kopf im Wassertröpfchen steckt.

W/O-Emulgatoren sind: Olivem® 900, Dermofeel® PR, Lanolin, Wollwachsalkohol

Wann bildet sich O/W, wann W/O?

Ausschlaggebend dafür, welcher Emulsionstyp sich bildet, ist –  neben anderen Faktoren wie dem Volumen-Verhältnis der beiden Phasen (Fett und Wasser) und dem Herstellungsverfahren – der verwendete Emulgator. Es gibt die sog. Bancroft-Regel, die aussagt, dass diejenige Phase zur Außenphase (der so genannten kontinuierlichen Phase) wird, in der sich der Emulgator besser löst. Lipophile Emulgatoren bilden also eher Wasser-in-Öl- und hydrophile eher Öl-in-Wasser-Emulsionen. Der Emulsionstyp wird auch durch den sogenannten HLB-Wert gekennzeichnet, der hydrophilic-lipophilic Balance, die die Neigung des Emulgators beschreibt, sich eher in wässriger oder in öliger Phase zu lösen. Ein HLB-Wert über 10 charakterisiert in der Regel einen O/W-Emulgator, ein HLB-Wert unter 10 tendiert zu einem W/O-Emulgator.

Das erweiterte Emulsionsmodell

Das oben beschriebene »Tröpfchen-Modell« der Emulsionstypen (bekannt als 2-Phasen-Modell) ist bereits durch Forschungsergebnisse Anfang der 70er Jahre erweitert worden, die ein anderes Modell kosmetischer O/W-Emulsionen zeichnen. Es ist einfach zu verstehen; die folgende Grafik soll Ihnen zeigen, wie sich Öle, Wasser, Emulgatoren und Koemulgatoren in einer Emulsion verhalten und wie sie wirken. Gezeigt wird eine Öl-in-Wasser-Emulsion:

Das Gelstruktur-Modell einer Emulsion

Sie sehen die vom Emulgator ummantelten Öltröpfchen (1)  in Wasser (2) – und nun kommt die Erweiterung des klassischen Modells:

Wenn wir eine Emulsion mit einem Emulgator und einem Fettalkohol (Cetylalkohol, Cetearylalkohol) oder Wachsester (Cetylpalmitat, Myristylmyristat) emulgieren, bilden beide zusammen Phase (3) einer O/W-Emulsion, eine sogenannte flüssig-kristalline Gelphase aus, in der zwischen den wasserliebenden Polen der Moleküle, die sich lamellenartig ausrichten, Wasser aus der äußeren Phase eingebunden wird. Der Begriff »flüssig-kristallin« beschreibt einen Zustand, in dem die Moleküle wie in einem Kristall einer festen, räumlichen Ordnung unterliegen, jedoch beweglich bleiben.

Diese Gelstrukturen durchziehen die Emulsion wie ein Netz oder ein Schwamm. Wasser, das nicht mehr in dieses Gel-Gerüst passt, wird als freies Wasser, so genanntes Bulkwasser, mechanisch gebunden.

In der kosmetischen Anwendung ist es das freie (das so genannte Bulk-)Wasser, das sofort hydratisiert, Wirkstoffe abgibt und kühlt, während das interlamellar gebundene Wasser wie ein Feuchtigkeits- und Wirkstoff-Depot wirkt, also erst nach und nach frei gegeben wird.

Phase (4) schließlich besteht aus überschüssigem, auskristallisierten Koemulgator, der – zusammen mit Lipiden – die so genannte lipophile Gelphase bildet.

B Quellenangaben

  1. Christina Ballmann, Entwicklung und Charakterisierung halbfester Zubereitungen auf der Basis von Triglyceriden. Dissertation, Kiel 2006
  2. M. Gloor, K. Thoma, J. Fluhr: Dermatologische Externatherapie. Berlin: Springer-Verlag, 2000
  3. Gert Kutz, Rolf Daniels, Hagen Trommler: Emulsionen. Entwicklung, Herstellung, Prüfung. Editio Cantor Verlag, 2011
  4. Hans Mollet, Arnold Grubenmann: Formulierungstechnik. Emulsionen, Suspensionen, feste Formen. Weinheim: WILEY-VCH, 2000
  5. Horst Stegemeyer, Lyotrophe Flüssigkristalle. Darmstadt: Steinkopff-Verlag, 1999
  6. Seminarunterlagen von Frau Prof. Ortanderl zur Vorlesung »Emulsionstechnologie«, FH Bonn-Rhein-Sieg, 2006