Schmelzpunkte berechnen?

Vor einiger Zeit – ich hatte gerade zwei Lippenstifte gegossen – sah ich die beiden so vor mir stehen und spürte Lust zu weiteren Varianten und ganz anderen Konzepten. Wie es so meine Art ist, begann ich zunächst zu recherchieren: In meinen Fachbüchern zuhause, in archivierten Zeitschriftenartikeln, online in englischsprachigen Magazinen. Ich entdeckte Interessantes – und stieß auf ein Rätsel.

In meinen recherchierten Informationen fand ich zunächst vor allem die Bestätigung meiner eigenen Beobachtungen. Bei der Rezepturentwicklung für meine Lippenstifte für das Buch »Naturkosmetische Rohstoffe« war nämlich ein wesentlicher Aspekt, den optimalen Zeitpunkt zu bestimmen, an dem ich die Masse in die Form gieße. Geschieht dies zu früh, besteht die Gefahr, dass sich Pigmente beim Abkühlen in der sehr flüssigen Masse absetzen oder inhomogen verteilen; geschieht dies zu spät, ist die Masse angedickt und lässt sich nur noch mit Verlusten gießen.

Ich hatte derzeit beim Rühren der Lippenstift-Fettmasse mit dem metallenen Sensor meines Bratenthermometers diesen spezifischen Temperaturpunkt jeweils abgepasst, und es erwies sich ein Temperaturbereich um die 65 °C als ideal. Sobald dieser erreicht ist, muss man schnell sein und gießen – dann wird der Stift wunderbar und die Pigmente sitzen, wo sie sollen (wobei ich die Form immer sofort für 20 Minuten ins Tiefkühlfach stelle). Diesen Temperaturbereich fand ich auch als ideal für den Schmelzbereich von Lippenstiftmassen angegeben. Nur: Was ist mit »Schmelzpunkt« exakt gemeint? Die Temperatur (oder der Temperaturbereich), wenn etwas zu schmelzen beginnt? Wenn eine Masse ganz aufgeschmolzen ist? Und: Kann man eine Formulierung wie einen Lippenstift einfach anhand der bekannten Mittelwerte aller Schmelzpunkte der enthaltenen Wachse errechnen?

Fragen über Fragen

Ich tat dann das, was ich in solchen Fällen immer tue: Ich rief bei einer auf Wachse spezialisierten Firma an und fragte einen Fachmann aus der Anwendungstechnik, der selbst im Labor steht und Rezepte entwickelt. Er bestätigte mir, dass eine rein mathematische Berechnung des Schmelzpunkts nicht funktioniere, um eine Lippenstiftformulierung nach Wunsch zu konzipieren. Man könne nicht einfach mit mathematischen Mittelwerten arbeiten, weil sich Fette beim Schmelzen und Erstarren durch verschiedene Parameter beeinflussen.

Ich recherchierte in diese Richtung ein wenig weiter und fand diese Aussage bestätigt: Schmelzpunkte werden u. a. durch die kristallinen Strukturen der Ingredienzien beeinflusst, von denen sich manche gegenseitig stören und instabilisieren, andere wiederum zusammen zu besonders stabilen Gittern aushärten. Einen weiteren Einfluss hat die sogenannte Schmelzenthalpie, also die Energie, die notwendig ist,  um eine spezifische Menge eines Stoffes bei einer bestimmten Temperatur zu verflüssigen, sprich Bindungskräfte zwischen Molekülen zu lösen.  Man kann nur eins machen, lautete das Fazit meines Anwendungstechnikers: Testen, testen, testen … und sich an die Rahmenrezepturen herantasten, die funktionieren. Ein klein wenig Carnaubawachs, und – wupps! – steige der Schmelzpunkt einer Masse unproportional. Daher gebe es keinen anderen Weg als den praktischen Test. Das habe ich dann selbst erfahren können, als ich 2024 die Formulierungen meiner Duftbalsame nach neuen Erkenntnissen überarbeitete: Obwohl alle 25 % Wachse enthalten, die einen errechneten durchschnittlichen Schmelzpunkt von 70 °C aufweisen, unterscheiden sie sich deutlich.

Was ich jedoch mit der Zeit herausgefunden habe, sind Eckdaten für die Planung einer Lippenstift-Formulierung, und diese Eckdaten sind (unabhängig von den korrekten Aussagen des Fachmanns) sehr hilfreich, um Anhaltspunkte für die Konzeption eines Lippenstifts zum geben. Arbeitet man innerhalb dieser Eckdaten, wird es ein Lippenstift, also einer, der fest genug für eine Hülse ist, aber nicht so fest, dass man ihn nicht benutzen kann. Seine exakten Eigenschaften – ob die Weichheit/Härte exakt so ist wie man es sich gewünscht hat, wie leicht er Farbe abgibt, ob er glänzt oder eher matt wirkt, wie gut er haftet, ob er Öl schwitzt oder mit der Zeit weißliche Ausblühungen zeigt – das alles wird von sehr vielen weiteren Faktoren beeinflusst, die man tatsächlich testweise ermitteln muss. In meinem neuen Buch, an dem ich gerade (2024) nach langer, privat motivierter Pause wieder meine Arbeit aufgenommen habe, werden Sie diese Dinge nachlesen können.