Emulsionen herstellen

Emulgatormengen berechnen

Emulgatorbasis aus Lecithin und einem Zuckerester

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.

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:

Innere Phase einer Emulsion

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

Wir benötigen demnach mindestens soviel Emulgator, dass er alle Tröpfchen dicht und elastisch umschließen kann. Wenn wir uns das bildlich vorstellen, heißt das: Je mehr innere Phase vorliegt und je kleiner die Tröpfchen sind, desto mehr Emulgator benötigen wir, da die gesamte Grenzfläche der inneren Phase mit der Anzahl der Tröpfchen steigt. Dies ist wichtig, da bei unzureichenden Grenzflächenfilmen die kleinen Tröpfchen wieder zu größeren Tropfen zusammenfließen können und koaleszieren. Geschieht dies vollständig, liegen beide Phasen nach einer gewissen Zeit völlig getrennt vor:

Koaleszenz

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.

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:

Regel 1: Je höher die Fettphase, desto höher ist der absolute Emulgator-Anteil.

2007 begannen meine umfassenden Testreihen mit verschiedenen Emulgatoren und möglichen Einsatzkonzentrationen. Ich suchte nach Gesetzmäßigkeiten, nach einer Formel, mit der es 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 Emulgatoranteil. Interessant war, dass diese Emulgatorkonzentrationen vor allem bei Emulsionen mit hoher Wasserphase üblich waren. Aus heutiger Sicht weiß ich, dass man mit dem Emulgator mehr Wasser »binden«, vor allem jedoch Konsistenz erreichen wollte.

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 (nach meinen Tests bis 15, teilweise 13 % und weniger bei ca. 50 % Fettphase, je nach Emulgator). Ausgehend von dieser Beobachtung entwickelte ich ein neues Konzept zur Kalkulation des Emulgatoranteils.

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.

Emulgatorkonzentrationen (Montanov™ 68¹), gerundet, nach meinem Modell
Höhe der Fettphase in % Absolute Emulgatorkonzentration in % (gerundet) Relative Emulgatorkonzentration relativ zur Fettphase in %
¹Ich habe diesen Emulgator als Beispiel gewählt, weil er ein Komplex-Emulgator ist, d. h. er enthält bereits Fettalkohole (Cetearyl Alcohol) und kann daher solo verwendet werden, ohne weitere Zusätze an Koemulgatoren oder Konsistenzgebern.
20 4,0 % 20 %
25 4,5 % 18 %
30 5,0 % 17 %
40 6,0 % 16 %

Die Angabe der Emulgatorkonzentration nimmt alle emulgierenden Komponenten in den Blick und garantiert eine stabile Emulsion. Sie sagt nichts über die Konistenz aus. Wer mehr Konsistenz wünscht, kann darüber hinaus weitere Konsistenzgeber hinzufügen. Seien Sie sich bewusst, dass dies Auftragsverhalten, Hautgefühl und Verträglichkeit beeinflusst.