Масло и вода не смешиваются. Это знает любой, кто встряхивал бутылку с заправкой для салата: через минуту масло снова наверху. Крем на 70–80% состоит из воды и на 15–25% из масел, но месяцами стоит на полке однородным. Держат его эмульгаторы, а за очищение отвечают их «родственники» — поверхностно-активные вещества (ПАВ). Я каждый день подбираю эти компоненты под конкретные рецептуры и расскажу, как они работают, где маркетинг расходится с химией и что в составе подсказывает, как средство поведёт себя на коже.

Эмульсия — это система из двух несмешивающихся жидкостей, где одна распределена в другой в виде капель размером обычно от 0,5 до 10 мкм. В косметике встречаются два основных типа:

Любая эмульсия термодинамически нестабильна: системе энергетически выгодно сократить площадь контакта масла и воды, то есть разделиться. Распад проходит несколько стадий. Сначала капли всплывают и собираются у поверхности (кремообразование). Затем они слипаются в хлопья, а потом сливаются в крупные капли (коалесценция). На последней стадии на поверхности баночки появляется масляная лужица.

Скорость всплытия описывает закон Стокса. Она растёт с квадратом радиуса капли и падает с ростом вязкости внешней фазы. Отсюда два практических рычага технолога: делать капли мельче с помощью гомогенизатора на 3000–8000 об/мин и загущать водную фазу. Третий рычаг — эмульгатор, без которого первые два почти бесполезны.

Молекула эмульгатора амфифильна. Одна её часть, обычно жирная углеводородная цепь C16–C22, тянется к маслу. Другая, полярная «головка», тянется к воде. Эмульгатор встраивается на границу между фазами, снижает межфазное натяжение и образует вокруг капли оболочку, которая мешает каплям сливаться. Защищает эта оболочка двумя способами: заряженные головки отталкивают капли друг от друга электростатически, а объёмные гидрофильные цепи создают стерический барьер.

Чтобы выбрать эмульгатор под нужный тип эмульсии, используют шкалу ГЛБ (гидрофильно-липофильный баланс, по Гриффину):

У масел тоже есть «требуемый ГЛБ». Для минерального масла он около 10, для масла ши — около 8, для циклических силиконов — 7–8. Поэтому эмульгаторы часто комбинируют. Классическая пара Sorbitan Stearate (ГЛБ 4,7) и Polysorbate 60 (ГЛБ 14,9) в нужном соотношении попадает точно в требуемое значение. ГЛБ — лишь стартовая точка: финальное решение всё равно принимаешь по результатам центрифуги и термоциклов.

В вопросе часто смешивают две независимые оси. «Прямой» и «обратный» описывают тип эмульсии, которую даёт эмульгатор. «Неионогенный», «анионный» и «катионный» описывают заряд его полярной части. Неионогенный эмульгатор бывает и прямым, и обратным.

Прямые эмульгаторы (м/в) вводят обычно в концентрации 2–5%:

Обратные эмульгаторы (в/м): Polyglyceryl-4 Isostearate, Polyglyceryl-2 Dipolyhydroxystearate, Cetyl PEG/PPG-10/1 Dimethicone, Sorbitan Oleate. Их вводят 2–4%, и почти всегда в водную фазу добавляют 0,5–1% сульфата магния (Magnesium Sulfate). Соль снижает подвижность капель воды и заметно повышает стабильность. Если в составе в/м-крема нет соли, я бы насторожился. Самая старая обратная эмульсия — cold cream на пчелином воске с бурой, которому около двух тысяч лет, если считать от рецепта Галена.

Если на этикетке крема есть Cetearyl Alcohol, Cetyl Alcohol или Stearic Acid, это не «вредный спирт», а жирный спирт или кислота консистенции. В концентрации 1–5% они вместе с эмульгатором выстраивают в воде сетку из жидкокристаллических слоёв — гелевую сеть. Она отвечает за плотность крема и за то, что капли застревают в этой сети и не всплывают.

Второй способ стабилизации — загустить водную фазу:

Отдельный класс — полимерные эмульгаторы, например Acrylates/C10-30 Alkyl Acrylate Crosspolymer. В количестве 0,2–0,4% он держит до 20% масла почти без классического эмульгатора. Получаются гель-кремы, которые при нанесении «ломаются» и отдают воду мгновенно. Есть и эмульсии Пикеринга, где границу фаз стабилизируют твёрдые частицы: оксид цинка, диоксид титана, модифицированный крахмал. Этим отчасти объясняется, почему солнцезащитные кремы с минеральными фильтрами бывают такими стабильными.

Стабильность я проверяю так: центрифуга 3000 об/мин 30 минут, пять–шесть циклов «−5 °C / +45 °C», выдержка при 40–45 °C от двух до трёх месяцев. Образец, который выдержал всё это без масляного ободка и падения вязкости, отправляю дальше по цепочке.

Эмульгатор и моющий ПАВ химически родственны: оба амфифильны. Разница в балансе и задаче. Эмульгатор должен надолго сесть на границу фаз. Моющий ПАВ должен быстро захватить жир с кожи и унести его с водой.

Механизм такой. Выше критической концентрации мицеллообразования молекулы ПАВ собираются в мицеллы, сферы с жирным ядром внутри. Кожное сало, остатки декоративной косметики и SPF растворяются в этих ядрах и смываются. Пена к силе очищения прямого отношения почти не имеет. Это потребительский сигнал, и у неионогенных глюкозидов её мало, хотя моют они нормально.

Основные классы моющих ПАВ:

Типичный шампунь содержит 10–15% активного вещества ПАВ. Средство для умывания лица — 6–10%. Важно понимать, что SLES поставляется пастой на 70% или раствором на 27–28%, поэтому цифра в рецептуре и реальное содержание ПАВ — разные вещи.

«Сульфаты вызывают рак». Не вызывают. Для SLS и SLES нет данных о канцерогенности, и Научный комитет ЕС по безопасности потребителей (SCCS), как и американская экспертная группа CIR, допускают их в смываемых продуктах. Реальный вопрос к SLES — примесь 1,4-диоксана, побочного продукта этоксилирования. Нормальные поставщики очищают сырьё и указывают содержание в спецификации. Я всегда запрашиваю этот показатель.

«SLS и SLES — одно и то же». Нет. SLS действительно раздражает: в дерматологии его используют как эталонный раздражитель в патч-тестах в концентрации 0,5–2%. Молекула SLES длиннее за счёт этоксигрупп, мицеллы у неё крупнее, и в кожу она проникает хуже. В связке SLES : CAPB примерно 3 : 1 образуются смешанные мицеллы, и раздражающий потенциал падает ещё сильнее. Шампунь на SLES с бетаином и pH 5,5 для большинства людей вполне комфортен.

«Бессульфатный — значит мягкий». Надпись «без сульфатов» ничего не гарантирует. Sodium C14-16 Olefin Sulfonate формально не сульфат, но по обезжиривающей силе близок к SLS. Обратный пример — Sodium Coco-Sulfate. Его продают как «натуральный ПАВ из кокоса», а по сути это SLS со смесью длин цепей. Читайте INCI, а не значки на лицевой стороне.

«Аминокислотные ПАВ лучше во всём». Sodium Cocoyl Glutamate, Sodium Cocoyl Glycinate, Sodium Lauroyl Sarcosinate, Sodium Methyl Cocoyl Taurate действительно мягче к коже и меньше нарушают липидный барьер. Но у них свои ограничения:

Поэтому «мягкий» шампунь часто ощущается хуже: не пенится, а волосы после него кажутся недомытыми. Хорошая бессульфатная рецептура почти всегда собрана из трёх-четырёх ПАВ, а не из одного модного.

«Сульфаты смывают краску с волос». Отчасти верно, но решает не только тип ПАВ. Сильнее влияют общая концентрация активного вещества, частота мытья и pH. Щелочной шампунь раскрывает кутикулу, и пигмент вымывается быстрее. Для окрашенных волос важнее pH 4,5–5,5 и кондиционирующие полимеры (Polyquaternium-10, Guar Hydroxypropyltrimonium Chloride), чем полный отказ от SLES.

Аллергию тоже иногда приписывают не тому компоненту. При реакции на «мягкий» шампунь виновником часто оказывается не сульфат, а примеси в CAPB — амидоамин и DMAPA, остающиеся после синтеза.

Состав на этикетке многое говорит о том, как средство поведёт себя на коже, если знать, куда смотреть.

Тип эмульсии. В/м-кремы, где эмульгатор вроде Polyglyceryl-4 Isostearate или PEG/PPG-диметикона стоит рядом с маслами в начале списка, ощущаются плотнее и жирнее, долго держат плёнку. М/в-кремы впитываются быстрее, а гель-кремы на полимерных эмульгаторах — почти мгновенно.

Эффект «мыления». Белые разводы при растирании крема дают Glyceryl Stearate, Stearic Acid и высокое содержание жирных спиртов. Лечится добавкой 1–2% Dimethicone или заменой части эмульгатора на Cetearyl Glucoside, Sucrose Stearate.

Обычно я комбинирую два-три эмолента с разной скоростью растекания. Так крем сразу скользит по коже, а через пять минут не оставляет липкости.

Липкость. Glycerin до 3–5% почти не ощущается. Выше 7% появляется липкий финиш, который маскируют силиконами или крахмалами (Tapioca Starch, Aluminum Starch Octenylsuccinate).

Вязкость очищающих средств. Гель на SLES с бетаином загущается хлоридом натрия по так называемой солевой кривой. Вязкость растёт примерно до 1,5–2,5% NaCl, после пика резко падает, и шампунь становится водой. Если вам прислали «жидкую» партию, первым делом проверьте, не переборщили ли с солью.

Ощущения после умывания. Стянутость после мытья — признак избыточного обезжиривания. Её смягчают пережиривающие компоненты: PEG-7 Glyceryl Cocoate, Glyceryl Oleate, растительные масла до 1–2% или полимеры-кондиционеры. В составе для сухой кожи я хочу видеть хотя бы один такой компонент.