Поверхностно-активные вещества (ПАВ) в косметике

Что такое ПАВ?

Вода и масло никогда не смешиваются. Это связано, во-первых, с тем что у них разная плотность, а, во-вторых, с тем, что молекула воды — полярна, а молекула жира — неполярна. ПАВ — это соединения, молекула которых биполярна (точнее амфифильна), то есть состоит из двух частей с совершенно разными свойствами. Ее голова гидрофильна — любит воду, а хвост гидрофобен — боится воды.

Благодаря такой особенности ПАВ могут прикреплять масло к воде, что наделяет их моющим, смачивающим, эмульгирующим, диспергирующим и другим полезными для косметики свойствам. Поэтому с коммерческой точки зрения ПАВ часто классифицируются в соответствии с тем, как они используются. Но это не очень правильное деление поскольку многие ПАВ имеют одновременно несколько применений.

Наиболее понятная и научно обоснованная классификация ПАВ основана на их распаде на ионы в воде, то есть на их электролитической диссоциации в воде.

Катионные

Соединения, которые в водном растворе диссоциируют с образованием катионов (положительно заряженных ионов), определяющих поверхностную активность. Большинство катионных ПАВ содержат азот, несущий положительный заряд, то есть относятся к аминам или четвертичным аммониевым соединениям. Они дорогие и в косметике обычно используются в качестве кондиционирующих агентов для волос или противомикробных и противогрибковых веществ, но не только. Это ингредиенты c окончаниями -Сhloride, -Bromide. Например, Behentrimonium Chloride, Cetrimonium Chloride, Cetrimonium Bromide. Либо с суффиксом -quat-, например, Polyquaternium-[число].

Анионные 

Соединения, которые в водных растворах диссоциируют с образованием анионов (отрицателых ионов), обусловливающих поверхностную активность. Это самый распространенный класс ПАВ, главная причина их популярности — это простота и низкая стоимость производства. К ним относятся такие группы веществ, как карбоновые кислоты, сульфаты, cульфокислоты, производные фосфорной кислоты и др.

Карбоновые кислоты — это, например, Stearic Acid (cтеариновая кислота), жирная кислота, которая увеличивает уровень твердости мыла, является эмульгатором (то есть используется для создания эмульсий из масла и воды) и эмолентом (делает кожу мягкой).

Самые известные сульфаты — это Sodium Lauryl Sulfate или SLS (лаурилсульфат натрия), Sodium Lauryl Ether Sulfate или SLES (лауретсульфат натрия), Ammonium Lauryl Sulfate или ALS (лаурилсульфат аммония) и тд. Все они сильно пенятся, и их молекулы прилипая гидрофобными хвостами к молекулам жира, образуют вокруг частичек грязи тонкую оболочку. Потом грязь вместе с этой оболочкой легко отрывается от кожи и смывается водой.

Такие ПАВ повреждают состояние липидного слоя, так как проникая сквозь внешние слои, они изменяют структуры молекул белков и вымывают функционирующие в коже ферменты. Все это постепенно приводит к сухости и воспалению. Поэтому степень того насколько сильно сульфаты раздражают кожу, зависит от их проникающей способности, которая в свою очередь зависит от длины их хвоста. Вещества со средними хвостами проникают в кожу лучше, чем вещества с короткими или длинными хвостами. У SLS как раз средний размер хвоста.

Пена не всегда является ориентиром того, что очищающее средство агрессивно. Да, действительно, в состав многих пенообразующих очищающих средств входит пресловутый высушивающий кожу SLS. Но существуют и другие ПАВ, которые тоже пенятся, а кожу при этом не раздражают. Даже есть исследования, которые продемонстрировали, что некоторые средства с низким содержанием пены оказывают более агрессивное воздействие на кожу, чем средства в состав которых входят увлажняющие и смягчающие ингредиенты.

Сульфокислоты мягче сульфатов. К ним относятся вещества, названия которых обычно заканчиваются на -Taurate, -Isethionate, -Olefin Sulfonate, -Sulfosuccinate и др. Например, Disodium Laureth Sulfosuccinate, Sodium Cocoyl Isethionate и др.

Амфотерные 

Соединения, которые в водных растворах ионизируются и ведут себя в зависимости от рН. В кислом растворе они проявляют свойства катионных ПАВ, а в щелочном растворе — анионных ПАВ. Молекулы таких веществ называются цвиттер-ионами.

Они в основном используются в качестве вторичных ПАВ. Примерами таких ПАВ являются Sodium Lauriminodipropionate, Disodium Lauroamphodiacetate и др.

Неионогенные

Соединения, которые растворяются в воде, не ионизируясь. Это очень обширная группа ПАВ. Они обладают слабым раздражающим действием по сравнению с предыдущими типами. Их часто используют в качестве эмульгаторов, кондиционирующих ингредиентов и солюбилизаторов (они помогают повысить растворимость труднорастворимых веществ в воде). Это спирты, алканоламиды жирных кислот, сложные эфиры, оксиды аминов. И глюкозиды.

Например такие жирные спирты, как Cetyl Alcohol (цетиловый спирт) или Stearyl Alcohol (стеариловый спирт) используются для повышения вязкости и увеличения объема средства, а также в качестве стабилизаторов и эмульгаторов. А оксид амина Cocamidopropylamine Oxide — как пенообразующее вещество.

Кроме того, неионогенные ПАВ могут быть эмульгаторами вида: Polysorbate [число], Poloxamer [число], Sorbitan-, PEG-[число] [что-нибудь еще], Laureth-[число] или Laureth-[число] [что-нибудь еще]. 

Примеры глюкозидов в очищающих средствах (и не только) — это Decyl Glucoside, Caprylyl/Capryl Glucoside, Lauryl Glucoside, Cetearyl Glucoside, Coco Glucoside и тд. Они классные! 

Мицеллы

Попав в воду, молекулы ПАВ выстраиваются на поверхности гидрофильными головами вниз и гидрофобными хвостами вверх. 

Выглядит это примерно так:

Но когда место заканчивается, те молекулы, которые не смогли пробиться на поверхность, объединяются в сферические частицы — мицеллы. Их гидрофобные хвосты направляются внутрь, а гидрофильные головы наружу. 

Выглядит это примерно так:

Внешне мицеллы похожи на ягоды малины. И на самом деле выглядят вот так:

Другими словами, мицеллы представляют собой сферы, образуемые ПАВ при достижении ими определенной концентрации в воде. Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) — это нижний предел содержания ПАВ в растворе, при котором начинают образовываться мицеллы. ККМ зависит от многих факторов: от строения хвоста молекулы ПАВ, его типа ПАВ, от температуры и от присутствия и концентрации других ПАВ и других веществ в растворе.

Принято считать, что только одиночные молекулы ПАВ могут проникать в кожу, а мицеллы нет, так как они больше. Поэтому химики-технологи разработчики косметики стремятся создавать растворы с низкой ККМ и соответсвенно с меньшим количеством одиночных молекул ПАВ.

Но все, похоже, немного сложнее. Например, SLS (да, опять он) образует настолько маленькие мицеллы, что они все равно просачиваются через липиды нашей кожи. А Johnson & Johnson утверждают, что анионные ПАВ формируют отрицательно заряженные мицеллы, и они все равно раздражают кожу. 

Существуют исследования, которые демонстрируют, что в результате смешивания разных ПАВ в одном растворе и/или добавления в него белков и полимеров может получиться менее агрессивное очищающее средство. Во-первых, все вместе разные ПАВ формируют более крупные мицеллы. А во-вторых, добавленные в раствор белки и полимеры не только вклиниваются в мицеллы (опять же увеличивая их размер), но и связывают одиночные молекулы ПАВ, не позволяя им влиять на структуры молекул белков нашей кожи.

Что все это значит?

1. ПАВ связывают масло и воду, поэтому они везде, а не только в очищающих средствах;
2. В большинстве случаев даже если мы и сможем в списке ингредиентов определить ПАВ и будем знать, какого он типа, то мы скорее всего все равно не сможем понять, что срдество из себя представляет;
3. Некоторые анионные ПАВ, входящие в состав очищающих средств, оказывают раздражающие воздействие на кожу, их надо избегать;
4. Даже агрессивные ПАВ могут входить в состав хороших средств — они должны быть смешаны с другими ПАВ;
5. Увлажняющие и питательные компоненты в очищающем средстве делают его нежнее;
6. Выбирая себе нежное средство, в составах ищите сульфокислоты, глюкозиды, неионогенные и амфотерные ПАВ. А также см. п. 2.
7. Рецептура — это самое главное! 

Еще важно добавить, что на мягкость очищающего средства влияет его pH, время нахождения на коже и температура воды, которой вы его смываете — горячая вода делает умывание агрессивнее.

Несколько примеров нежных очищающих средств потому, что в конце концов это блог про косметику, в не про химию (в которой я, кстати, не очень разбираюсь на самом деле):

• REN Evercalm™ Gentle Cleansing Milk (£19.00) — в составе эмульгаторы Cetearyl Alcohol и Сetearyl Glucoside, которые делают его классным и кремовым
• innisfree Minimum For Sensitive Skin Cleansing Milk (£ 13.00) — похож на предыдущее средство, но попроще, зато без потенциально раздражающих отдушек и эфирных масел
• Dr. Sam Bunting Flawless Cleanser (£16.00) — в составе неионогенные ПАВ
• COSRX Low pH Good Morning Gel Cleanser (£9.50) — амфотерный Cocamidopropyl Betaine (стабилизиует пену), вместе с безсульфатным анионным Sodium Lauroyl Methyl Isethionate
• Drunk Elephant Beste™ No. 9 Jelly Cleanser (£34.00) — в нем те же самые Sodium Lauroyl Methyl Isethionate и Cocamidopropyl Betaine, а еще Cocamidopropyl Hydroxysultaine, Sodium Methyl Oleoyl Taurate, Coco Glucoside, Lauryl Glucoside
• CeraVe Hydrating Cleanser (£9.00) — в составе катионный Behentrimonium Methosulfate, но он там не один
• Dermalogica Ultracalming Cleanser (£32.00) — Cetearyl Alcohol, Disodium Lauryl Sulfosuccinate, Cetrimonium Chloride

И последнее... 

По хорошему нам всем стоит выбирать, те средства, в состав которых входят ПАВ, разлагающиеся в окружающей среде на безопасные компоненты.