ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับอิมัลชั่นหรือการผลิตครีม

Emulsionเป็นส่วนประกอบสำคัญของเวชสำอางหรือครีมหลายชนิด หลายท่านเลยสงสัยว่า Emulsion คืออะไร  อิมัลชั่น (Emulsion) หมายถึง ผลิตภัณฑ์รูปแบบหนึ่งที่ประกอบด้วยของเหลวอย่างน้อย 2 ชนิด ซึ่งไม่เข้ากันหรือไม่ละลายในกันและกัน เช่น น้ำและน้ำมัน ถ้าต้องนำมาไว้ด้วยกันในลักษณะที่ผสมผสานเข้าเป็นเนื้อเดียวกันก็ต้องใช้ตัวทำอิมัลชั่น( Emulsifier) เป็นตัวผสานทั้งสองเข้าด้วยกัน อิมัลชั่นที่เกิดขึ้นถ้ามองด้วยตาเปล่าจะเห็นลักษณะเป็นเนื้อเดียวกันแต่ถ้ามองด้วยกล้องจุลทัศน์ก็จะเห็นเป็น 2 วัฏภาค คือ เห็นเป็นหยดเล็กๆของของเหลวชนิดหนึ่งที่เรียกว่าวัฏภาคภายใน (internal or dispersed phase) กระจายตัวแทรกอยู่ในของเหลวอีกชนิดหนึ่งที่เรียกว่า วัฏภาคภายนอก (External or continuous phaes) โดยทั้วไปหยดของวัฏภาคภายในจะมีขนาดต่างๆกัน ตั้งแต่ขนาดที่เล็กกว่า 0.05 ไมครอน จนถึง 25 ไมครอน ซึ่งขนาดอนุภาคของวัฏภาคภายในมีผลต่อการกระจายแสงได้ต่างกัน จึงทำให้อิมัลชั่นมีลักษณะภายนอกที่มองเห็นได้แตกต่างกัน

ขนาดหยดอนุภาควัฏภาคภายใน ลักษณะอิมัลชั่นที่มองเห็น

เล็กกว่า 0.05 โปร่งใส (Transparent)
0.05 – 0.10 ขุ่นหรือโปร่งใส (Translucnt)
0.10 – 1.00 สีขาวอมฟ้า
ใหญ่กว่า 1.00 ขุ่นขาวทึบ

แบ่งตามชนิดของของเหลวที่เป็นวัฏภาคภายในและวัฏภาคภายนอก ได้เป็น 3 ชนิด คือ 

1. อิมัลชั่นชนิด น้ำในน้ำมัน (W/O Emulsion) อิมัลชั่นชนิดนี้มีวัฏภาคภายในเป็นน้ำ วัฏภาคภายนอกเป็นน้ำมันพบอิมัลชั่นชนิดนี้ในผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง เช่น ครีมล้างหน้า ( Cleansing cream) ครีมทากลางคืน (Night cream) ครีมนวดหน้า (Massage cream) และครีมฮอร์โมน (Hormone cream) เป็นต้น เนื่องจากอิมัลชั่นชนิดนี้ค่อนข้างเหนอะหนะและล้างน้ำออกยาก จึงเป็นที่นิยมใช้น้อย 

2. อิมัลชั่นชนิดน้ำมันในน้ำ (O/W emulsion) อิมัลชั่นชนิดนี้กลับกันกลับชนิดแรก คือ มีวัฏภาคภายในเป็นน้ำมัน วัฏภาคภายนอกเป็นน้ำ จึงมีความเหนอะหนะน้อย ทาแล้วกระจายดี ล้างน้ำออกง่าย เป็นที่นิยมมากในผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง เช่น ครีมแลโลชั่นทาผิว (Body cream and lotion) ครีมทาหน้า (Vanishing cream) ครีมกันแดด (Sun screen cream) ครีมรองพื้น (Foundation cream) เป็นต้น

3. อิมัลชั่นเชิงซ้อน (Multiple emulsion) เป็นอิมัลชั่นที่มีวัฏภาคภายในซ้อนกันอยู่ ซึ่งเป็นของเหลวต่างชนิดกัน เช่น W/O/W หรือ O/W/O อิมัลชั่นเชิงซ้อนเหล่านี้สามารถกลับกลายเป็นอิมัลชันชนิดธรรมดาได้ เช่น W/O/W ซึ่งมีน้ำเป็นวัฏภาคภายนอก แต่วัฎภาคภายในเป็นน้ำมัน จะมีหยดเล็กๆของหยดน้ำซ้อนอยู่อีกที เมื่อกลับกลายเป็นอิมัลชั่นธรรมดาจะกลายเป็นชนิด O/W พบอิมัลชั่นชนิดนี้บ้างในผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางเช่น Cold cream ซึ่งเป็นชนิด O/W/O เป็นต้น

แบ่งตามความหนืดของอิมัลชั่น ได้เป็น 2 ชนิด คือ 

1. โลชั่น (Lotion) เป็นอิมัลชั่นที่มีความหนือต่ำ (เหลว) เพราะมีวัฏภาคภายในปริมาณที่สูง วัฏภาคภายในมักมีไม่เกิน 35% โลชั่นอาจเป็นทั้งชนิด O/W และ W/O หรือมีชื่อเรียกต่างออกไปว่าน้ำนม (Milk or milky lotion) เป็นรูปแบบที่พบมากที่สุดในผลิตภัณฑ์ที่ใช้ทาผิว โดยเฉพาะผิวหนังที่มีบริเวณกว้าง เพราะทาแล้วชุ่มชื้น ไม่เหนอะหนะ ดูดซึมดี ให้ความรู้สึกสบาย และล้างออกได้ง่าย โลชั่นชนิด W/O มีการใช้บ้างแต่ไม่เป็นที่นิยมเพราะเมื่อทาแล้ว จะรู้สึกเหนอะหนะผิว เช่นโลชั่นป้องกันแดดชนิดที่มีคุณสมบัติกันน้ำ ที่ใช้ทาก่อนลงเล่นน้ำเป็นต้นคุณสมบัติเช่นนี้อิมัลชั่นชนิด O/Wไม่สามารถทำได้เพราะจะถูกน้ำชะล้างออกหมด เป็นต้นโลชั่นนี้อาจใช้สารเพิ่มความหนืดในวัฏภาคน้ำเพื่อให้หนืดขึ้นได้ แต่ยังคงเป็นของเหลวที่ไหลได้

2. ครีม(Cream) เป็นอิมัลชั่นที่มีความหนือสูง (ลักษณะกึ่งแข่ง) เพราะมีส่วนประกอบของสารพวกไขแข็ง (Waxes) และไขมัน (Fatty acid or fatty alcohol) ซึ่งช่วยเพิ่มความหนืดและเนื้อครีมที่ผสมอยู่กับน้ำมัน (Oils) ในวัฏภาคน้ำมัน ครีมมีทั้งชนิด O/w และ W/O ครีมมีความหนืดกว่าโลชั่น เพราะมีปริมาณวัฏภาคภายในสูงกว่า คือประมาณ 35 – 75 % แล้วแต่ความหนืดที่ต้องการโดยมีการใช้สารเพิ่มเนื้อครีม (Bodying or stiffening agent) เช่นไขมันและไขแข็งดังที่ได้กล่าวมาแล้ว นอกจากนี้กรณีของครีมชนิด O/W อาจมีการใส่สารเพิ่มความหนืด (Thickener agent) ร่วมด้วยในตำรับเช่น Acacia, Veegum, Methylcelluiose เป็นต้น ซึ่งช่วยความหนือให้แก่วัฏภาคน้ำ ผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางที่เป็นครีมชนิด O/W ได้แก่ ครีมทาผิว ครีมบำรุงถนอมผิว ครีมแต่งผม ครีมโกนหนวด ครีมทากันแดด ครีมระงับเหงื่อและกลิ่นตัว ครีมทาแก้สิว ครีมทาแก้ฝ้า เป็นต้น ครีมชนิด W/O ได้แก่ครีม ฮอร์โมน ครีมล้างหน้า ครีมนวดหน้า ครีมแต่งผม เป็นต้น นอกจากนี้ยังมีอิมัลชั่นชนิดพิเศษ คือ Anhydrous emulsion ซึ่งไม่มีน้ำอยู่เลย ประกอบด้วยน้ำมันและสาร Prolyols เช่น Glycerlin, propylene glycol, PEG 400 เป็นต้น อิมัลชั่นที่ได้อาจมีลักษณะใสหรือขุ่นขาว

 

ส่วนประกอบของอิมัลชั่น

ผลิตภัณฑ์รูปแบบอิมัลชั่น มีส่วนประกอบหลักสำคัญ 3 ส่วน คือ

1. วัฏภาคน้ำ (Water phaes) ได้แก่ น้ำและสารต่างๆ ซึ่งอาจเป็นของแข็งหรือของเหลวที่ละลายได้ในน้ำ อาจเป็นสารเพิ่มความหนืด เช่น Acacia, Veegum, Methylcelluiose, Carbopol สารฮิวเมกแตนต์ เช่น Glycerlin, propylene glycol หรือ glycol ทั้งหลาย สารกันเสีย เช่น Metthylparaben, Sodium benzoate สารลดแรงตึงผิวเช่น Tween, Sodium lauryl sulfate สีที่ละลายน้ำ สารต้านอ๊อกซิเดชั่น เช่น Sodium metabisulfite นอกจากนี้อาจเป็นสารออกฤทธิ์อื่นที่ละลายน้ำได้ เช่น Cetyl pyridinium chloride, Benzalkonium chloride เป็นต้น สารต่างๆ เหล่านี้อาจเติมลงในวัฏภาคน้ำได้ทั้งสิ้น แล้วแต่ส่วนประกอบของสูตรในผลิตภัณฑ์แต่ละประเภท

2. วัฏภาคน้ำมัน (Oil phase) ได้แก่น้ำมันต่างๆเช่น Oilive oil,Mineral oil, Castor oil ไขมัน เช่น Stearyl alcohol, Stearic acid,Cetyl alcohol, Lanolin ไขแข็ง เช่น Bee wex, Paraffin wax, Canuba wex สีที่ละลายในน้ำมัน น้ำหอมต่างๆ สารกันหืน เช่น BHT, BHA สารลดแรงตึงผิว เช่น Span, Emulgin C 1000 หรือสารออกฤทธิ์ต่างๆ เช่นฮอร์โมน วิตามิน เป็นต้น แล้วแต่ส่วนประกอบในสูตรของผลิตภัณฑ์แต่ละประเภทเช่นกัน

3. ตัวทำอิมัลชั่น (Emulsifier) ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวเช่น Tween, Span, Sodium lauryl fulfate คอลอยด์ที่ชอบน้ำ เช่น Acacia, Gelatin ของแข็งอนุภาคละเอียด เช่น Bentonite, Colloidal magnesium aluminium silicate เป็นต้น ตัวทำอิมัลชั่นเป็นตัวสำคัญในการผสมผสานให้วัฏภาคน้ำและน้ำมันเข้าเป็นเนื้อเดียวกันได้
จากส่วนประกอบของอิมัลชั่น ซึ่งมองดูแล้วการผลิตอิมัลชั่นน่าจะเป็นสิ่งที่ทำได้ง่าย แต่พบว่า การผลิตอิมัลชั่นให้ได้ดีคือมีลักษณะสวยงามน่าใช้ เนื้อเนียนเรียบ มีความคงตัวโดยไม่แยกชั้น มีความหนืดและได้ชนิดที่ต้องการนั้น เป็นสิ่งที่ยุ่งยากพอสมควร ต้องคำนึงถึงปัจจัยใหญ่อย่างน้อย 2 ประการ คือ 
1. มีความรู้ความเข้าใจในพื้นฐานเกี่ยวกับกลไกการเกิดอิมัลชั่น ตัวทำอิมัลชั่นและคุณสมบัติต่างๆ ของอิมัลชั่น 
2. มีความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับเทคนิคที่ถูกต้องในการผลิตอิมัลชั่น เครื่องมือที่ใช้ในการผลิต 
การผสมเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีความสม่ำเสมอและคงตัวดี ตลอดจนการวิจัยและพัฒนาสูตรตำรับเพื่อปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์เพื่อให้เป็นไปตามความต้องการของตลาด

กลไกการเกิดอิมัลชั่น

ปกติของเหลวสองชนิดซึ่งไม่เข้ากันเมื่อถูกนำมารวมจะแยกกันอยู่เป็น 2 ชั้น เนื่องจากเกิดแรงตรึงระหว่างผิวชึ้น แต่เมื่อมีการเขย่าซนึ่งเป็นการเพิ่มพลังงานแลเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างของเหลวทั้งสอง จะทำให้ของเหลวนั้นกระจายตัวเป็นหยดเล็กๆ ในกันและกันได้ และมีลักษณะของอิมัลชั่นเกิดขึ้น แต่เป็นเพียงเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นชั่วคราว ซึ่งหลักการทางเทอร์โมไดนามิกส์อธิบายได้ว่า การเขย่าเป็นการเพิ่มพลังอิสระที่พื้นผิว (Surface free energy) ของเหลวจึงเข้ากันได้ชั่วคราว สภาวะนี้ถือว่าไม่คงสภาพ เพราะเมื่อหยุดเขย่าหรือหยุดกวน ของเหลวเหล่านั้นก็จะพยามกลับมารวมตัวกันและแยกชั้นดังเดิม เนื่องจากมีการปรับสภาวะให้เข้าจุดคงสภาพโดยลดพื้นที่ผิวการสัมผัสระหว่างกันน้อยที่สุดเหตุการณ์ดังกล่าวนี้สามารถทำให้เกิดขึ้นอย่างถาวร กล่าวคือ เกิดการกระจายตัวเป็นหยดเล็กๆในกันและกันของของเหลวทั้งสองชนิดโดยที่ยังคงสภาพอยู่ ซึ่งไม่กลับมาแยกชั้นดังเดิมได้โดยการเติมตัวทำอิมัลชั่นลงไปก่อนการเขย่า
ดังนั้น การเกิดอิมัลชั่นได้ต้องอาศัยกระบวนการ 2 ขั้นตอน คือ 
1. การทำให้ของเหลวที่เป็นวัฏภาคภายในแตกกระจายเป็นหยดเล็กๆ โดยอาศัยการให้พลังงานซึ่งอาจใช้ในรูปของความร้อน (Heat) การคนหรือเขย่า (Mechanical agitation) การสั่นสะเทือนโดยคลื่นเสียง (Untrasonic vibration) หรือไฟฟ้า (Electricity) เป็นต้น 
2. การทำให้หยดเล็กๆ ที่กระจายตัวอยู่นั้นคงสภาพอยู่ได้ซึ่งอาศัยตัวทำอิมัลชั่นดังกล่าว