第17章化妆品的制备.doc

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1、第十七章 化妆品的制备学习目标1熟悉化妆品生产设备和工艺的特点和要求2了解各种化妆品的生产设备3了解化妆品的生产工艺 化妆品的制备属于精细化工的范畴。要生产出优质的化妆品必须有优质的原料、合理的配方、先进的生产设备、良好的生产管理和质量监控体系、精美而实用的容器或包装等条件。此外，还需考虑环境保护和生产成本控制的问题。第一节 化妆品生产设备和工艺的特点一、化妆品生产设备的特点 除了少数几家大的跨国企业，就大多数国内的化妆品生产企业来说，化妆品的生产是典型的多品种少批量的生产方式，大多数是用手工和间歇分批的方式进行灌装，其每批数量可从数公斤到数吨，所用各类生产设备，一般是适合小批量生产的小型设备

2、。当然，对于大的企业，则需要适用于大规模现代化生产的半自动或全自动的高效率设备。它所用的大多数设备是由不锈钢材料制成的。 化妆品的生产设备应符合的条件：适应小批量、多品种的生产特点；能满足卫生和安全方面的要求，设备必须易于拆卸清洗，不易受污染。二、化妆品生产工艺的特点 化妆品的生产工艺可按单元操作进行分类：粉碎、研磨、粉末制品混合、乳化和分散、分离和分级、物料输送、加热和冷却、灭菌和消毒、产品的成型和包装、容器的清洗等。一般而言，每一种化妆品生产都需要经过两种以上的单元操作，而其所需要的设备，则随产量及操作需要来决定其大小和规格。 第二节 各种化妆品的生产设备 化妆品生产设备大体可分为产品的制

3、造设备和成型充填包装设备两大类。按照生产工艺的类同性，化妆品生产过程可分为6类：膏霜和乳液、带粉体的膏霜和乳液、化妆水类、固体粉末制品、唇膏类棒状制品和气雾剂制品。 各种化妆品生产设备和应用中混合单元操作是最重要的。混合、分散和乳化等单元操作使用的设备有部分是相通的。一、粉体混合的设备 粉体的混合是通过搅拌、振荡或其他方法使两种或两种以上的固体粉末完全混合成均匀状态。混合后体系的不均匀程度与混合设备的效率和构成混合物组成的物理性质有关。但对于完全可混合的液体，分子或离子水平上是均匀的；而对于粉末混合物来说，均匀度只限于混合物粉末颗粒大小的水平。粉体混合设备可以分为两种类型： 1转鼓式混合器 利

4、用粒子下落，位于不同部位的粉体对流动和扩散运动，是粉末混合均匀。最常见的转鼓式混合器是Y形、V形和双圆锥形转鼓式混合器。这类混合器最适用于性质相似(如相对密度和颗粒大小相近)的自由流动的粉体，其特点是可以避免对粒子结构的破坏。 2搅拌式混合器 主要利用搅拌器的机械切力作用或气动力产生剪切作用和对流混合作用使粉末分散均匀。这类混合器包括捏和式混合器、推力式(螺旋带)混合器、抛投式混合器和圆锥形螺旋混合器。 (1)捏和式混合器：主要作为黏性或塑性材料的分散，特别适用于需要成粒或压制的粉体混合。最常用的捏和式混合器是有或z形桨的双轴混合器。它的两轴呈相反方向转动，起着拉和揉的作用。 (2)推力式(螺

5、旋带)混合器：是利用混合器槽内转动的螺旋桨式搅拌作用，对粉体进行剪切、提升和下落的运动，使粉体混合。轴转速应低于物料产生离心作用的临界速度。推力式(螺旋带)混合器也适用于含有液体和固体粉末体系的分散混合。 (3)抛投式混合器：是一种强力混合器，主要利用强力的搅拌来分散粉末。由于强力搅拌，可能容易产生热，添加香精等挥发性物质时可能会挥发。 (4)其他：此外，还有圆锥形螺旋混合器和锤式磨。锤式磨是由装有可自由摆动的锤的高速转动、筛网、料斗和螺旋输送器所组成。锤式磨对粉碎501500m脆性粒子很有效，但低于这个粒度范围的，其效率急剧下降。锤式磨的转动速度快，在磨腔内形成气流，使粒子一粒子和粒子一壁之

6、间发生较弱的次级冲击作用，这也有利于聚集粉体的分散。二、液体的混合器 在大多数情况下，混合过程都含有一些液体组分，含液体质量分数的混合物具有流体的特性。液态混合较固体昆合容易，可选用的设备也较多。(一)液体混合设备的机制和分类 在液体混合时，一般存在三种混合机制：整体流动、湍流扩散和分子扩散。随着黏度的增加，建立湍流变得更困难，湍流和分子扩散作用显得较为次要。因而，根据湍流是否占优势，液体混合设备可分为两类：层流剪切分配式混合器和湍流混合器。 生产规模液体混合，要达到较高的效率，都需要生产湍流。在容器中液体流动型式对混合效率是有着重要的影响。 (二)各种性质液体混合的设备 1低或中等黏度液体的

7、混合 (1)桨叶型混合设备：是简单和便宜的设备，但效率不高，只适用于低黏度液体。桨叶型混合设备主要产生切向流动，安装在混合罐的中心，它有较大的桨叶直径。 (2)涡轮型混合设备：是化妆品工业最常用的搅拌设备，适用于较广的黏度和相对密度范围。对于低黏度液体，有时使用平的桨叶。对于很黏的液体，可使用与转动方向相反的方向弯曲的桨叶，这样可减少起动的力矩，使桨叶更好地将能量传给液体。 (3)螺旋桨型混合设备：主要限于低黏度液体使用。与船用螺旋桨相似，螺旋桨叶的角度沿着轴心至桨叶末端的距离变化。通常由3或4片叶片组成，一般直径较小，转速4502500 rmin，螺旋桨型混合设备主要产生高的轴向液流。较广泛

8、地用于低或中等黏度液体混合，不适用于易沉降粒子的分散或密度较大、难溶物质的溶解。 (4)轮盘叶片型混合设备：搅拌桨片呈锯齿状搅拌叶轮，它装配于一根高速旋转的轴上。该垂直转轴位于立式圆筒的中心，它是一种轴向流型的桨片，也含有较多成分辐射流型。容器内壁配有挡板时，会形成湍流。转速范围1002000rmin。 2低或中等黏度非牛顿液体的混合 化妆品工业中所遇到的液体很多是非牛顿型流体(如剪切变稀或弹性流变特性的流体)。如果液体本来较稀，剪切变稀的作用则不明显。另一方面，较黏的非牛顿流体在化妆品加工过程中会遇到一些问题。接近转动桨叶的液体，受到高速的剪切，变得较易流动，但在被输运至离桨叶较远的地方时，

9、遇到黏度较大而流动慢的液流，湍流迅速被抑制，使混合过程减慢。具有弹性的液体(如凝胶)会可逆变形将能量吸收，进一步抑制湍流的形成，这大大地降低了混合的效率。这类液体的混合时，应尽可能地在较低的黏度下进行，混合均匀后再添加增稠剂增加黏度。 3高黏度液体的混合 涡轮型和螺旋桨型混合器形成湍流时需要较高的转速。在黏性混合物中，只有接近桨叶的液流才能达到这样的速度。为了解决黏稠液体缺乏流动性的问题，可使用圆锥形螺旋混合器的改进型式来混合黏稠液体。 对于更黏稠的制品，如睫毛油和十分稠的浆状制品，可利用分配式混合器(distributive mixer)。这种混合器利用搅拌过程中混合物组分的空间重新分布，产

10、生整体流动和层流剪切，使组分混合。目前，市售万能混合搅拌机属于这种类型。万能混合搅拌机的特点是原料在容器中可上下、左右运动，像捏和机揉面团相似，通过切割、折叠和位移等反复作用使物料混合，搅拌效果好，不会产生死角，并可加压、减压、加热和冷却等，也可控制、促进反应，而且，操作方便和安全，适用于高黏度物质的搅拌混合。 近年来，市售的静态混合器也是适用于黏性液体或液浆的混合。静态昆合器是混合器本身不转动，“迷宫”式管状混合器安装在液流线路中，高压泵排除液体通过“迷宫”式管混合器，被管内一系列互成90角的螺旋组件切割和分裂等，使组成充分地混合。这类静态混合器也可用于分散和乳化。螺旋杆式的挤出机也可用于黏

11、稠液体或液浆的混合。 混合器的选择要根据物料的性质、黏度和生产规模来确定。三、乳化和分散设备 (一)实验室用均质器 实验室常用的乳化和分散设备主要是可调转速的转子定子均质器和胶体磨。转子定子均质器可分为两种：标准型和在管线中的均质器。 实验室用标准型的均质器最高转速可达6000rmin，并可根据需要更换各种形状的定子，筛孔不同，效果也有差别，这可根据不同的物料来选择。 安装在管线中的均质器兼有泵和胶体磨的功能，可连续生产，但物料需要进行预混合，其效率很高，小型设备的流量可达20Lmin。也可根据不同需要更换不同形式的定子。 (二)化妆品生产常用的乳化和分散设备 1上部双搅拌型真空乳化设备 目前

12、，上部双搅拌型真空乳化设备是较先进的真空乳化设备。它利用液压升降柱可将上盖和搅拌装置升起，乳化罐可从下方卸料，或倾倒卸料。搅拌装置包括框式带刮板的搅拌器，转速为10100rmin(容积40800L)，或1352rmin(容积10001600L)，或1040rmin(容积20004000L)；高速均质器转速3503500rmin反应乳化罐容积404000L。随着产品的不同，可配置不同的组合搅拌混合设备，这类乳化设备可选用的各种形式的搅拌器组合。这种利用液压作用可开上盖的真空乳化设备使用方便，操作自动化，用后清洗较容易，适用于间歇式、多品种的生产。这类乳化设备制造技术较复杂、价格也较昂贵。 2可外

13、循环的真空乳化设备 该设备有两套搅拌系统：上部锚式带刮板搅拌器(1590rmin)和下部高速均质器及外循环系统(转速可达3500rrain)。这种真空乳化设备搅拌时，产生切向、辐射和轴向的液流，外循环系统可确保全部物料都通过均质器均质。这种乳化设备较上述可升降式乳化设备制造技术简单，价格也较低，但其最大的缺点是更换产品时，清洗较不方便。 3可移动式真空乳化设备 适用于中小规模的化妆品生产。搅拌系统包括上部倾斜桨式搅拌器、下部高速均质器和泵式外循环系统。这种乳化设备使用方便，灵活性高，可移动，价格也较便宜。它可采用电加热水浴系统，不需要蒸汽锅炉，适于小规模工厂使用。 4高速均质器 是化妆品生产常

14、用的一种高速均质器，其工作原理与一般转子定子均质器相同。这种均质器可安装在各类反应容器中使用，它装配方便，可根据容器大小选用不同的规格。由于不是真空乳化设备。它对起泡力强的物质会产生过多的泡沫，引入较大量的空气，使乳化产生困难，但小心地加以控制，可减少泡沫的产生。 5固-液分离设备 在化妆品工业中，固液分离设备主要用于过滤水溶液、水醇体系的制品、香水和一些稀油类制品，最常用于化妆水、古龙水和香水的过滤。为了确保这类制品的冷和热的稳定性，防止久置后会有固体沉积出来，常常在熟化以后，过滤之前先冷冻至接近0，然后，再进行过滤。这类固一液分离设备大致可分为重力过滤、压滤和真空连续过滤。最常用和方便的是

15、压滤。压滤设备包括叶片式压滤机、筒式精密过滤器和滤膜过滤。 (1)叶片式压滤机：材质全为不锈钢制成，过滤面积O728m2，过滤叶片520片。液体被泵送入过滤室，透过滤片，然后经中心管流出。滤叶使用一段时间后，滤速减慢，压力增加，需取出叶片进行清洗或更换。可根据需要，选用不同孔径和材料的滤片。这类过滤设备适用于过滤化妆水、古龙水、香水、黏度较稀的动植物油和矿物油类。 (2)筒式精密过滤器：被过滤的液体由泵输送到装有过滤筒的圆筒内，在泵产生的压力下，通过过滤筒被过滤，滤液从筒下部流出。过滤筒可用不同材料制成，如素烧瓷、化学纤维、棉花、不锈钢丝网、树脂、细孑L筛和活性炭等，这些材料有不同孔径规格。如

16、果添加助滤剂、这种过滤器可准确地过滤02um的粒子，也可过滤部分细菌。筒式精密过滤器是化妆品工业较常用的过滤器。四、充填设备 化妆品充填设备品种繁多，各有优缺点，而生产化妆品的工厂，生产的品种非常多，而且容器的形状各异，选择多台、价格低廉、结构简单的机种比较理想，每台机种都能有效地生产若干个品种，这样选择可能是最经济合算的。 1膏体灌装设备 (1)膏体灌装设备包括：小型半自动膏体灌装机、容器旋转式膏体灌装机、容器和灌嘴旋转式灌装机、金属管灌装机、塑料管灌装机、复合管灌装机、膏机脱泡灌装机、电脑万能花样灌装机和灌装线，以及膏体自动灌装生产线。 (2)膏体自动灌装生产线包括：从转盘自动将瓶送至灌装

17、机头，在运送过程中喷码，打印出生产批号和日期；自动定量充填后，并以特殊塑料辊刮平膏面；自动贴封面纸，自动完成旋盖，并由传送带运走。灌装容量由20125g或50500g；灌装能力最高可达60个min(机械能力)，因膏体性质及容器的形状而变化。 近年来，为了减少充填时在瓶内死角残留空气，已发展了一种容器和喷嘴同时旋转，可一次进行充填，适用于一切容器，最适合于容易发生气泡的锚型瓶的充填。 2液体充填设备 包括半自动活塞式充填机、半自动真空液体充填机、液体自动灌装生产线、高速电子灌装机和全自动高速灌装线。近年来，液体充填设备发展主要体现在自动化程度大大提高、生产线成套配备和高速化等方面。五、制造粉饼用

18、压饼机 粉饼制品已成为粉类化妆品的主要剂型。近年来，粉末化妆品的成型制造几乎全部使用自动成型机。其中包括全自动压饼机、小型自动成型压饼机和试验用粉末成型机。这类粉饼压饼机的操作过程有：自动喂给机自动地将金属皿喂入，由传送运输带送至充填位置，由装料斗向金属皿中投入一定量的粉末，再转至油压系统，在模内加压成型，随后取出成型样品，以后，装置会将模具自动清扫，再次供给金属皿，连续循环运转。有的压饼机是多段压力机，全部自动控制。最大压力可达3kg，生产能力可达1040块rain，小型实验室设备36块min。它操作简便，节省人力，质量可靠，生产效率高。六、其他化妆品生产设备(一)物料输送设备尽管化妆品生产

19、多数是间歇式生产，但整个生产过程的管道化和流体定量输送可减少生产过程中的污染，提高生产效率。在生产线中物料的输送主要依靠各类泵。化妆品生产过程中主要使用不锈钢离心泵、隔膜泵、往复泵和齿轮泵。1.离心泵 是最常使用的输送机械，它主要适用于低或中等黏度的液体，对于易生泡的液体也不适用。离心泵流量较大和均匀，但压头不高。 2涡轮泵 工作原理与离心泵相同，但叶轮与腔体间隙较小，产生的压头较高，流量均匀，但较小，对输送物料有一定剪切作用，可用作静态混合器的加压泵。在输送聚合物溶液时，可能会由于剪切作用使聚合物降解。 3隔膜泵 是利用隔膜交替地向两边弯曲，以吸入和排出被输送液体。隔膜泵腔和隔膜可使用防腐的

20、材料或复合涂层，适用于输送腐蚀性液体和悬浮液。化妆品工业中，隔膜泵常用于输送产品，如由储罐至灌装料斗。 4齿轮泵 是利用泵腔体内齿轮的转动，齿轮的外周和两端，与泵体之间只有微小的间隙，使被输送的液体不易漏过，齿轮转动，液体被齿轮带着由吸入口送到压出口排出。齿轮泵产生较高液体压力，宜于输送黏度较大的液体。齿轮泵不适用于运送含固体颗粒的液体。液体计量泵是以齿轮泵为基础的，兼有计量和输送的作用，如用于水处理系统的计量。 (二)灭菌和消毒设备 化妆品工业中需要进行无菌生产，对各类原料、生产用水、容器和生产设备都要进行灭菌和消毒处理。一些油脂和水溶性原料可通过加热方法进行灭菌处理；容器和生产设备可通过清

21、洗、化学消毒和紫外线灭菌；稀水溶液可通过超精细过滤除菌。一些化妆品常用的粉体，如滑石粉、高岭土、二氧化铁、氧化铁和氧化锌等粉末原料是常常附有细菌的。 粉体灭菌和消毒最有效的方法是辐射消毒。辐射消毒均匀、彻底，由于射线具有很强的穿透力，在一定剂量条件下能杀死各种微生物，其价格便宜，节约能源。它的缺点是一次性投资大，并需要经过训练的专门技术人员管理。一般由辐照中心负责处理。被辐射物质的包装不宜过大，在开封后最好尽快使用完毕，可免除二次玷污。待添加的隐藏文字内容1环氧乙烷气体灭菌装置也较常用于化妆品粉体的灭菌和消毒。紫外线消毒设备一般只适用于环境空气和容器表面的消毒。它对于水的消毒效率较低，并随水层

22、的厚度和流量变化。第三节 化妆品的生产工艺 化妆品的品种和剂型多种多样，按照其剂型和所用设备可分为间歇式乳化生产工艺、连续式乳化生产工艺、唇膏生产工艺、化妆水生产工艺、粉饼生产工艺等。一、间歇式乳化生产工艺 间歇式乳化生产工艺是最常用的生产膏霜和乳液的生产工艺，一次投料量可由几公斤(小型设备)至4kg，是较现代化的设备，完全自动操作的真空乳化设备。油溶性和水溶性原料分别在油相和水相原料溶解罐内熔化或溶解，温度一般保持在80左右。加热时一般用水蒸气加热较均匀，加热至一定温度的水相和油相原料通过过滤器被加至乳化罐内进行一定时间的搅拌和乳化乳化过程中，乳化罐内保持一定的温度(如7580)，在这过程中

23、可进行均质搅拌和真空脱气。然后，向夹套通入冷水，冷却到一定温度后(如50)添加香精，继续冷却至一定温度后停止搅拌，恢复常压后即可出料。 进行真空乳化乳化罐内的原料没有蒸发损失，可生产无菌产品。此外，即使搅拌较快，产品中也不会有气泡产生，这可使乳化过程迅速完成。由于产品内不含气泡，即使长期地储存也不会被空气氧化，在灌装时也不会影响计量。真空乳化罐的搅拌桨叶的形状、安装方式和转速均因产品品种不同而有不同的要求，应选择最合适的搅拌器。 在大规模的生产中，一些公司设计和使用有余热回收系统的节能乳化设备，这可节约热能1020。二、连续乳化生产工艺 连续乳化生产工艺流程，首先，原料在槽中溶解或熔化，再将料

24、液在预乳化槽中进行乳化。预乳化后的原料用定量泵定量地送入“迷宫式”静态混合器或管式静态混合器、高压均匀器、均质阀门等进行乳化。如果配备两个预乳化罐则可进行连续乳化。这类设备都有冷却夹套，可进行强迫冷却。这类设备的优点是可连续不断地将预乳化的液体进行乳化，它的效率较高，只要控制好定量泵和流量，均可获得符合要求的产品。对于易产生气泡的产品的生产，其产品的质量不如真空乳化(含有气泡)。这类设备较适用于生产乳液类制品。三、唇膏生产工艺 唇膏的生产工艺可分为4个阶段：颜料的研磨，颜料相与基质的混合，铸模成型和火焰表面上光等。 1颜料研磨 作用是破坏颜料粉体的结块，而不是磨细减小颗粒大小。首先，将部分油分

25、与颜料粉体在反应锅A内搅拌均匀，其中颜料粉体油质量比约为2：l，由于物料黏度高，需要使高剪切力的搅拌器。制得浆料通过三辊研磨机B，或球磨机、砂磨机、胶体磨均质器等进行研磨，使颜料粉体均匀分散。用研磨细度规测量，颗粒直径约为20m(检查油漆中粉体分散细度方法)时可认为分散均匀。一般经过两次三辊研磨可达到要求，然后将浆料注入反应锅C电温度保持70。 2颜料相与基质的混合 将余下的油分与蜡类及其他组分在装有桨式搅拌器的蒸汽夹套锅D内熔化，D中内容物通过250目不锈钢筛网滤入不搅拌的C反应锅内；搅拌几小时后，取样观察浆料均匀度，混合均匀后通过200目不锈钢筛网滤人真空脱气锅G中进行脱气。 在生产过程中

26、，首先应尽可能地减少空气混入浆料，浆料和粉体表面吸附的气体是很难除去的。脱气不良，会造成唇膏“针孔”，减慢了生产速度，增加废品率。其次，在混料终结时，应取样，观察产品的色调是否均匀和与标准样是否一致，这时可进行调色(小范围调色)，然后，脱气和铸模成型。 3铸模成型 最常使用对开式直模。开口经过每支唇膏的中心。大多数唇膏配方的熔点范围7580。模具需预热至35。避免冷却太快，造成“冷痕”(cold mark)。在倒模时，常将模具稍稍倾斜，避免或减少可能混入空气。浆液不应直接倒入模具底部，以免混入气泡。浆液倒人后，急冷是很重要的，这样可获得较细、均匀的结晶结构，其次，会获得较 稳定和光亮的产品。冷

27、却后，立刻将模具打开，取出，放人专用托盘上，准备火焰表面上光。 4火焰表面上光 脱模后的唇膏，表面平整度和光亮度不够，一般将已插入唇膏包装底座的产品通过火焰加热，使唇膏表面熔化，形成光亮平滑表面。 上述只是唇膏生产的一般工艺过程。现今，已有各种各样唇膏半自动和全自动的生产设备，如挤压式成型机每小时可生产高达3000支高质量的唇膏。四、化妆水生产工艺 化妆水类产品生产工艺流程主要是添加表面活性剂使香料加溶。先将物料搅拌至完全溶解和分散，进行陈化处理，冷却后过滤，储存，分装。陈化和过滤是生产过程中主要的单元操作。过去，不设冷却槽，而在配料槽或陈化槽中加入大量吸附剂(碳酸镁、滑石等)。吸附剂吸附过剩

28、的香料后沉淀下来，过滤上层清液后，即制得化妆水。近年来的趋向是尽可能地减少吸附剂的投料量，而采用使料液冷却的方法析出香料，并进行过滤除去。夏天生产的化妆水，遇到冬天或寒冷地区的话，不含醇或含醇量少的化妆水原液中香料的溶解度会明显地降低，容器底部有沉淀析出而成为不合格产品。为此，必须先冷却到一定低的温度使之充分析出沉淀后再行过滤。过滤的介质有陶瓷、预涂层材料、滤纸和滤膜等多种形式，这些介质都会吸附一些色素、香料等。过滤前后的颜色和气味都会略有变化。在配方和工艺设计时应考虑到这种因素。生发水、古龙水和香水等产品的工艺流程也相似，只是含醇量多时应考虑生产过程使用防火和防爆设备。五、粉类制品生产工艺流

29、程 近年来，粉底霜、粉饼和眼影粉等粉类制品的销售额明显地增加。此类制品生产设备也发展很快，生产用机械设备多种多样。这类产品生产的关键问题是粉末混合均匀和压制成型的工艺设备。其生产工艺包括灭菌、混合、磨细和过筛。粉饼不仅要用冲压机将粉料压制成型外，还要加入一定的胶合剂以便粉料容易压制成型，因此该工艺流程为胶合剂的制备、粉料灭菌、混合、磨细和压制粉饼。胶合剂的制备，在不锈钢容器内加入胶粉和保湿剂，再加入离子水搅拌均匀，加热至90，加入防腐剂，用沸水补充蒸发的水分即制成胶合剂。六、气溶胶类化妆品的生产工艺 气溶胶类化妆品也称气压式化妆品，使用时只要用手指轻轻一按，内容物就会自动喷出来，为此在包装上与普通化妆品不一，需要有喷射剂、耐压容器和阀门。 气压制品和一般化妆品在生产工艺中最大的区别是压气的操作。气压制品的生产工艺包括主要成分的灌注、喷射剂的灌装、器盖的接轧、漏气的检查、重量和压力的检查、最后包装。