Đánh giá ảnh hưởng của một số tá dược đến độ nhớt của chế phẩm gội đầu

BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

VŨ QUANG THÁI

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG
CỦA MỘT SỐ TÁ DƯỢC
ĐẾN ĐỘ NHỚT
CỦA CHẾ PHẨM GỘI ĐẦU
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

HÀ NỘI – 2018


BỘ Y TẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI

VŨ QUANG THÁI
MÃ SINH VIÊN: 1301386

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG
CỦA MỘT SỐ TÁ DƯỢC
ĐẾN ĐỘ NHỚT
CỦA CHẾ PHẨM GỘI ĐẦU
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

Người hướng dẫn:
TS. Phạm Bảo Tùng
Nơi thực hiện:
1. Bộ môn Bào chế
2. Bộ môn Hóa phân tích

và Độc chất

HÀ NỘI – 2018


Lời cảm ơn
Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tới:
TS. Phạm Bảo Tùng
ThS. Nguyễn Cảnh Hưng
những người thầy đã dành thời gian, tâm huyết để tận tình hướng dẫn, giúp đỡ,
khích lệ tôi trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy cô, các anh chị kỹ thuật viên,
các anh chị và các bạn sinh viên tham gia nghiên cứu khoa học tại bộ môn Bào chế Trường đại học Dược Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình tôi học tập và
thực nghiệm tại bộ môn.
Tôi xin cảm ơn các thầy cô bộ môn Hóa phân tích và Độc chất - Trường đại học
Dược Hà Nội đã tạo điều kiện để tôi có thể sử dụng thiết bị của bộ môn trong quá trình
thực hiện khóa luận này.
Nhân đây, tôi xin gửi lời cảm ơn các thầy cô trong Ban giám hiệu, các phòng
ban, các thầy cô giáo và cán bộ nhân viên trường Đại học Dược Hà Nội - những người
đã dạy bảo tôi, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập tại trường.
Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và những người bạn
thân thiết đã luôn bên cạnh, ủng hộ, cổ vũ tôi trong trong suốt quá trình học tập.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 18 tháng 05 năm 2018
Sinh viên
Vũ Quang Thái


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................................2
1.1. Tổng quan về các tá dược sử dụng trong chế phẩm gội đầu ...................................2
1.1.1. Chất diện hoạt...................................................................................................2
1.1.2. Các tá dược ảnh hưởng đến tính chất lưu biến của dung dịch chất diện hoạt ..5
1.2. Tổng quan phương pháp lưu biến ............................................................................8
1.2.1. Định nghĩa về lưu biến học ..............................................................................8
1.2.2. Một số khái niệm cơ bản ..................................................................................8
1.2.3. Các phương pháp đánh giá lưu biến ...............................................................10
1.3. Tổng quan về tương tác lưu biến giữa các tá dược................................................14
1.3.1. Tương tác giữa chất diện hoạt và muối ..........................................................14
1.3.2. Tương tác giữa chất tạo đặc và chất diện hoạt ...............................................16
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................18
2.1. Nguyên liệu và thiết bị...........................................................................................18
2.1.1. Nguyên liệu: ...................................................................................................18
2.1.2. Thiết bị ...........................................................................................................18
2.2. Nội dung nghiên cứu .............................................................................................18
2.3. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................18
2.3.1. Công thức sử dụng .........................................................................................18
2.3.2. Phương pháp bào chế .....................................................................................20
2.3.3. Phương pháp đánh giá ....................................................................................21
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................................23
3.1. Khảo sát thông số ứng suất trượt ...........................................................................23
3.2. Đánh giá tương tác giữa chất diện hoạt và muối ...................................................24


3.2.1. Đối với các công thức chứa SDS ...................................................................24
3.2.2. Đối với các công thức chứa SLES .................................................................30
3.2.3. Tổng kết..........................................................................................................33

3.3. Đánh giá tương tác giữa chất diện hoạt và HEC ...................................................34
3.3.1. Kết quả của phương pháp dao động quét tần số ............................................34
3.3.2. Kết quả của phương pháp trượt liên tục .........................................................36
3.4. Đánh giá tương tác giữa chất diện hoạt, HEC và NaCl .........................................37
3.4.1. Đối với các công thức chứa SLES .................................................................37
3.4.2. Đối với các công thức chứa SDS ...................................................................40
3.4.3. Tổng kết..........................................................................................................42
3.5. Khảo sát đáp ứng của hệ sau khi loại bỏ tác dụng của lực ....................................43
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................44
TÀI LIỆU THAM KHẢO


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Số thứ tự

Viết tắt

Từ/cụm từ viết tắt

1

% kl/kl

% khối lượng/khối lượng

2

CAC

3

CAPB

4

CMC

Nồng độ kết tụ tới hạn
(critical aggregation concentration)
Cocamidopropyl betain
Nồng độ micell tới hạn
(critical micelle concentration)
Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua

5

Cryo-TEM

nhiệt độ lạnh
(cryogenic-temperature transmission electron
microscopy)

6

CSR

7

CSS

8

HEC

Kiểm soát tốc độ trượt
(controlled shear rate)
Kiểm soát ứng suất trượt
(controlled shear stress)
Hydroxyethyl cellulose
Hydroxyethyl cellulose thân dầu hóa

9

HMHEC

(hydrophobically modified hydroxyethyl
cellulose)
Vùng nhớt đàn hồi tuyến tính

10

LVR

11

Na-CMC

12

PVP

13

SDS

Natri lauryl sulfat

14

SLES

Natri lauryl ether sulfat

(linear viscoelastic range)
Natri carboxymethylcellulose
Povidon
(polyvinyl pyrrolidon)

Phương pháp huỳnh quang làm lạnh nhanh
15

TRFQ

phân giải thời gian
(time-resolved fluorescence quenching)


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Nguyên liệu và hóa chất sử dụng trong quá trình thực nghiệm ................18
Bảng 2.2. Thành phần các công thức sử dụng ..........................................................19

Bảng 3.1. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của dung dịch SDS và NaCl
theo phương pháp dao động quét tần số ....................................................................25
Bảng 3.2. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của dung dịch SDS và NaCl
theo phương pháp trượt liên tục ................................................................................27
Bảng 3.3. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của dung dịch SLES và NaCl
theo phương pháp dao động quét tần số ....................................................................31
Bảng 3.4. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của dung dịch SLES và NaCl
theo phương pháp trượt liên tục ................................................................................32
Bảng 3.5. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của dung dịch SDS và HEC
theo phương pháp dao động quét tần số ....................................................................35
Bảng 3.6. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của dung dịch SDS và HEC
theo phương pháp trượt liên tục ................................................................................37
Bảng 3.7. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của dung dịch HEC, SLES và NaCl
theo phương pháp trượt liên tục ................................................................................39
Bảng 3.8. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của dung dịch HEC, SDS và NaCl
theo phương pháp trượt liên tục ................................................................................41


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Công thức cấu tạo phân tử natri lauryl sulfat ..............................................2
Hình 1.2. Công thức cấu tạo phân tử natri lauryl ether sulfat .....................................3
Hình 1.3. Công thức cấu tạo phân tử cocamidopropyl betain .....................................4
Hình 1.4. Công thức cấu tạo phân tử hydroxyethyl cellulose .....................................5
Hình 1.5. Mô hình hai mặt phẳng song song ..............................................................9
Hình 1.6. Mô hình độ biến dạng .................................................................................9
Hình 1.7. Cách ghi dữ liệu của phương pháp trượt liên tục ......................................10
Hình 1.8. Đường cong độ nhớt của vật liệu từ phương pháp trượt liên tục ..............11
Hình 1.9. Hình minh họa đường cong độ nhớt của của vật liệu
(a) Chất lỏng Newton (b) Vật liệu shear-thinning (c) Vật liệu shear-thikening .......11
Hình 1.10. Dao động của ứng suất trượt σ và độ biến dạng γ...................................12

Hình 1.11. Mô hình đo lưu biến
(a) Mô hình chày-cối (b) Mô hình nón-đĩa (c) Mô hình hai mặt phẳng song song 13
Hình 1.12. Mô hình đo lưu biến
(a) Mô hình nón cụt-đĩa

(b) Mô hình nón-đĩa .....................................................13

Hình 1.13. Micell dang cầu và micell dạng gậy........................................................15
Hình 1.14. Micell dạng ống.......................................................................................15
Hình 3.1. Kết quả khảo sát vùng LVR với tốc độ góc 10 rad/s đối với mẫu S15-4 .23
Hình 3.2. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của mẫu S15-4
theo phương pháp dao động quét tần số ....................................................................24
Hình 3.3. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của mẫu S15-4
theo phương pháp dao động quét tần số ....................................................................26
Hình 3.4. Ảnh hướng của sự thay đổi nồng độ SDS lên các tính chất lưu biến đối
với hệ đung dịch SDS và NaCl .................................................................................28
Hình 3.5 Ảnh hướng của sự thay đổi nồng độ NaCl lên các tính chất lưu biến đối
với hệ đung dịch SDS và NaCl .................................................................................29


Hình 3.6. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của mẫu L15-4
theo phương pháp dao động quét tần số ....................................................................30
Hình 3.7. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của mẫu L15-4
theo phương pháp trượt liên tục ................................................................................31
Hình 3.8. Ảnh hướng của sự thay đổi nồng độ NaCl lên các tính chất lưu biến đối
với hệ đung dịch SLES và NaCl ...............................................................................32
Hình 3.9. Ảnh hướng của sự thay đổi nồng độ NaCl lên độ nhớt tĩnh đối với hai chất
diện hoạt SDS và SLES.............................................................................................33
Hình 3.10. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của mẫu H2-S15
theo phương pháp dao động quét tần số ....................................................................35

Hình 3.11. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của mẫu H2-S15
theo phương pháp trượt liên tục ................................................................................36
Hình 3.12. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của mẫu H1-L10-4
theo phương pháp trượt liên tục ................................................................................38
Hình 3.13. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của mẫu H1-L10-3.5
theo phương pháp dao động quét tần số ....................................................................39
Hình 3.14. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của mẫu H1-S10-2
theo phương pháp trượt liên tục ................................................................................40
Hình 3.15. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến của mẫu H1-S10-4.5
theo phương pháp dao động quét tần số ....................................................................41
Hình 3.16. Ảnh hướng của sự thay đổi nồng độ NaCl lên độ nhớt tĩnh đối với
hệ chứa SDS và hệ chứa SLES .................................................................................42
Hình 3.17. Kết quả đánh giá tính chất lưu biến
theo phương pháp dao động theo thời gian ...............................................................43


ĐẶT VẤN ĐỀ
Công thức cho một chế phẩm gội đầu làm sạch tóc nói chung sẽ là một dung dịch
của một hoặc một hỗn hợp chất diện hoạt đi kèm với một polyme tạo đặc và các thành
phần phụ khác như muối, chất thơm, dược chất,… [5]. Bên cạnh khả năng tạo bọt, khả
năng tẩy rửa cũng như tính êm dịu với da, mắt và tóc khi sử dụng, đặc tính lưu biến của
chế phẩm gội đầu cũng là một yếu tố rất quan trọng đối với người tiêu dùng [6]. Thông
thường tính chất lưu biến của chế phẩm được quyết định bởi polyme tạo đặc. Tuy nhiên
khi phát triển các công thức khác nhau, nhiều nghiên cứu đã cho thấy những tương tác
giữa các tá dược dẫn đến thay đổi tính chất lưu biến của chế phẩm. Những tương tác này
có thể dẫn đến sự biến đổi về hình thức, độ ổn định, và một số chỉ tiêu chất lượng khác
của chế phẩm gội đầu. Do đó phương pháp lưu biến thường được sử dụng để tối ưu hóa
công thức chế phẩm gội đầu dựa trên yêu cầu về tính chất lưu biến mà chế phẩm hướng
đến.
Vì những lý do trên, chúng tôi tiến hành đề tài “Đánh giá ảnh hưởng của một số

tá dược đến độ nhớt của chế phẩm gội đầu” với mục tiêu chính:
Sử dụng phương pháp lưu biến nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởng cùa
hydroxyethyl cellulose và NaCl lên tính chất lưu biến của dung dịch chất diện hoạt natri
lauryl sulfat và natri lauryl ether sulfat.

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các tá dược sử dụng trong chế phẩm gội đầu
Như đã được trình bày ở phần đặt vấn đề công thức của một chế phẩm gội đầu làm
sạch tóc bao gồm dung dịch của một hoặc hỗn hợp chất diện hoạt với các thành phần
khác như polyme tạo đặc, muối, chất thơm,… Trong khuôn khổ nghiên cứu này, chúng
tôi sẽ đánh giá tương tác của chất diện hoạt với các tá dược khác có khả năng làm thay
đổi tính chất lưu biến của hệ. Dưới đây, chúng tôi xin trình bày tổng quan vè các tá dược
đó.
1.1.1. Chất diện hoạt
Chất diện hoạt là một trong những thành phần chính của chế phẩm gội đầu với vai
trò chủ yếu là tẩy rửa bụi bẩn, chất nhờn,.. trên tóc bằng cơ chế nhũ hóa. Chất diện hoạt
được phân loại dựa trên điện tích thành 4 nhóm: chất diện hoạt anion, chất diện hoạt
cation, chất diện hoạt lưỡng tính và chất diện hoạt không ion hóa [1].
Ngoài ra chất diện hoạt có thể đóng vai trò là chất nhũ hóa cho công thức nhũ
tương, chất gây thấm cho công thức hỗn dịch và tá dược trơn cho công thức viên nén.
Dưới đây là tổng quan của chúng tôi về các chất diện hoạt thường được sử dụng
trong các chế phẩm gội đầu.
a. Natri lauryl sulfat (SDS)
• Công thức hóa học

Hình 1.1. Công thức cấu tạo phân tử natri lauryl sulfat
- Tên khoa học: Natri dodecyl sulfat.

- Công thức phân tử: C12H25SO4Na.
- Khối lượng phân tử: 288,380 g/mol.
• Bản chất
SDS là chất diện hoạt anion có bản chất là muối natri của ester giữa acid sulfuric
và dodecanol.

2


• Tính chất và ứng dụng
SDS có khả năng tẩy rửa tốt [5], tạo bọt tốt ngay cả với nước cứng, tính chất bọt
tạo thành tốt,.. [7] nên được sử dúng rất nhiều trong các công thức của chế phẩm gội đầu
với tỷ lệ khoảng 10% [27].
So với các chất diện hoạt khác cùng dãy đồng đẳng, SDS được ưu tiên lựa chọn.
Khi chiều dài gốc alkyl tăng, khả năng gây kích ứng của chất diện hoạt giảm nhưng kèm
theo đó khả năng tạo bọt giảm theo. Ngược lại khi giảm chiều dai gốc alkyl cũng khiến
khả năng gây kích ứng của chất diện hoạt giảm nhưng mùi khó chịu của chất diện hoạt
tăng lên [7].
SDS có khả năng gây kích ứng da và mắt [12], [18] đồng thời tạo cảm giác khô
cứng và thô ráp cho tóc sau khi gội [5] nên thường được phối hợp với các chất diện hoạt
khác để tối ưu hóa khả năng tẩy rửa, tạo bọt và giảm kích ứng [7].
Ngoài ứng dụng làm chất tẩy rửa trong công thức của chế phẩm gội đầu, SDS còn
có thể đóng vai trò làm chất nhũ hóa với tỷ lệ 0,5-2,5%, tá dược trơn cho viên nén với
tỷ lệ 1-2% [27].
Độ nhớt của dung dịch SDS tăng lên khi trong dung dịch có chứa muối (như
NaCl,..). Do đó có thể điều chỉnh độ nhớt của chế phẩm chứa SDS bằng cách thêm muối.
b. Natri lauryl ether sulfat (SLES)
• Công thức hóa học

Hình 1.2. Công thức cấu tạo phân tử natri lauryl ether sulfat

- Tên khoa học: Natri 2-(2-dodecoxyethoxy) ethyl sulfat.
- Công thức phân tử C16H33NaO6S.
- Khối lượng phân tử: 376,484 g/mol.
• Bản chất
SLES là chất diện hoạt anion với bản chất là một muối natri của ester giữa acid
sulfuric và (2-dodecoxyethoxy) ethanol.

3


• Tính chất và ứng dụng
Tương tự với SDS, SLES cũng có khả năng tẩy rửa tốt, khả năng tạo bọt tốt,…So
với SDS, SLES tan tốt hơn trong nước, cải thiện độ bền bọt trong nước cứng đồng thời
giảm khả năng gây kích ứng. Bên cạnh đó, độ nhớt của dung dịch SLES nhạy cảm hơn
hơn so với dung dịch SDS dưới sự có mặt của muối [7]. Do đó SLES được ưu tiên hơn
so với SDS trong các công thức của chế phẩm gội đầu.
c. Cocamidopropyl betain (CAPB)
• Công thức hóa học

Hình 1.3. Công thức cấu tạo phân tử cocamidopropyl betain
- Tên khoa học: 2-[3-(dodecanoylamino)propyl-dimethylazaniumyl]acetat.
- Công thức phân tử: C19H39N2O3+.
- Khối lượng phân tử: 343,532 g/mol.
• Bản chất
CAPB là chất diện hoạt lưỡng tính có nguồn gốc từ dầu dừa, là một amid được tạo
thành từ phản ứng giữa dầu dừa hoặc các acid béo thủy phân từ dầu dừa với
dimethylaminopropylamine [22].
• Tính chất và ứng dụng
CAPB có khả năng tẩy rửa tốt, tạo bọt tốt, có khả năng tăng cảm giác dễ chịu cho
tóc sau khi sử dụng [5] và ít gây kích ứng cho da và mắt [30] nên thường được sử dụng

phối hợp với chất diện hoạt anion trong các công thức của chế phẩm gội đầu.
Khi phối hợp CAPB với chất diện hoạt anion, khả năng gây kích ứng của chất diện
hoạt anion giảm trong khi vẫn giữ được khả năng tẩy rửa, khả năng tạo bọt tốt [7]. Ngoài
ra do CAPB tạo cảm giác dễ chịu đối với tóc, nên công thức phối hợp còn có khả năng
giảm cảm giác khô cứng và xơ cho tóc so với khi chỉ dùng chất diện hoạt anion [5].
Thêm vào đó CAPB còn có khả năng tạo đặc khi phối hợp chung với các chất diện
hoạt anion [7].

4


1.1.2. Các tá dược ảnh hưởng đến tính chất lưu biến của dung dịch chất diện hoạt
a. Các polyme tạo đặc
Polyme tạo đặc là một trong những thành phần thường xuất hiện trong công
thức mỹ phẩm nói chung và công thức của chế phẩm gội đầu nói riêng. Polyme tạo đặc
được đưa vào công thức với vai trò làm tăng độ nhớt của chế phẩm, tăng độ ổn định của
chế phẩm, thay đổi hình thức của chế phẩm đáp ứng nhu cầu của khách hàng và thay
đổi đặc tính lưu biến của chế phẩm [15]. Tỷ lệ polyme tạo đặc trong công thức không
cố định, thường sẽ phụ thuộc vào bản chất của polyme tạo đặc và yêu cầu của chế phẩm.
Đối với chế phẩm gội đầu, chế phẩm cần có một độ nhớt thích hợp, dễ dàng lấy ra khỏi
bao bì và khôi phục lại trang thái ban đầu nhanh chóng sau khi được lấy ra khỏi bao bì.
Dưới đây là tổng quan của chúng tôi về một số polyme tạo đặc thường được sử
dụng trong các công thức mỹ phẩm.

Hydroxyethyl cellulose
• Công thức hóa học

Hình 1.4. Công thức cấu tạo phân tử hydroxyethyl cellulose
- Tên

khoa

học:

1-[[3,4,5-tris(2-hydroxypropoxy)-6-[[4,5,6-tris(2-hydroxy

propoxy)-2-[(2-hydroxypropoxy)methyl]oxan-3-yl]oxy]oxan-2-yl]
methoxy]propan-2-ol.
- Công thức phân tử: C36H70O19.
- Khối lượng phân tử: 806,937 g/mol.
• Bản chất
HEC là dẫn xuất của cellulose được điều chế bằng phản ứng giữa ethylen oxid và
cellulose đã được kiềm hóa bằng NaOH [27].
5


• Tính chất và ứng dụng
HEC là một polyme thân nước không mang điện, là hạt hoặc bột có màu trắng,
trắng ngà hay trắng xám [2], [24]. dễ dàng hòa tan vào trong nước nóng hoặc nước lạnh
[17] tạo dung dịch trong suốt với độ nhớt phụ thuộc vào mức độ polyme hóa và khối
lượng phân tử. Do đó tùy thuộc vào yêu cầu về độ nhớt của chế phẩm ta có thể lựa chọn
các loại HEC khác nhau. HEC không tan trong dung môi hữu cơ (aceton, ethanol 96%,
toluen) [2], [17].
HEC có tính trơ về mặt hóa học [10], khoảng pH ổn định lớn (trong khoảng pH 211) [8], [27], dung dịch trong nước có pH trung tính, bền dưới sự có mặt của các chất
mang điện, không tương kỵ với các chất mang điện [27] và độ nhớt dung dịch không
phụ thuộc vào lực ion [15] cho nên HEC có ứng dụng rộng rãi trong vai trò tá dược.
HEC có tính shear-thinning đồng thời không có tính thixotropic và điểm chảy
(yield-point) [15] tức là chế phẩm sử dung HEC làm chất tạo đặc có độ nhớt cao khi ở
trong bao bì đựng, dễ dàng chảy lỏng để lấy ra khỏi bao bì với một lực tác dụng nhỏ
đồng thời trở lại trạng thái ban đầu trước khi chảy gần như ngay lập tức sau khi ra khỏi

bao bì. Tính chất này giúp HEC phù hợp với chế phẩm gội đầu.
Với vai trò là chất tạo đặc, HEC được sử dụng trong các chế phẩm gội đầu, xà
phòng, sản phẩm khử mùi,…. Ngoài ra, HEC có thể được sử dụng là tá dược dính, tá
dược tạo màng bao film cho viên nén [27]. Tỷ lệ HEC sử dụng trong các công thức
không cô định, thường sẽ phụ thuộc vào khối lượng phân tử của HEC và yêu cầu của
chế phẩm.
Ngày này, ngoài HEC thông thường, một số dẫn chất của HEC được sử dụng để
tối ưu hóa khả năng tạo đặc. Một trong số dẫn chất thường được sử dụng là dẫn chất của
HEC được gắn thêm nhóm kỵ nước (Hydrophobically modified hydroxyethyl cellulose
– HMHEC). So với HEC thông thường, HMHEC có khả năng hoạt động bề mặt, có khả
năng tăng mạnh độ nhớt dưới ảnh hưởng của tương tác kỵ nước đồng thời có thêm một
số đặc tính lưu biến đặc biệt khác [8]. HMHEC thường được sử dụng trong các công
thức kem, dầu gội đầu, dầu xả,…
Gôm xanthan
• Bản chất

6


Gôm xanthan là một polysaccharid được tổng hợp từ quá trình lên men vi sinh vật.
Cấu trúc chính của gôm xanthan được cấu tạo từ các đơn vị pentasaccharid. Mỗi đơn vị
được cấu tạo từ 2 đơn vị đường glucose, 2 đơn vị đường mannose và 1 đơn vị acid
glucuronic [13], [27].
• Tính chất và ứng dụng
Gôm xanthan là một polyme mang điện âm nên tương kỵ với các chất mang điện
dương (chất diện hoạt cation, polyme mang điện dương,..) [27] cho nên gôm xanthan
không thích hợp với công thức của chế phẩm gội đầu dành cho tóc nhuộm. Khoảng pH
ổn định của dung dịch gôm xanthan rộng (trong khoảng pH = 3-12) [8]. Độ nhớt của
dung dịch gôm xanthan giảm dần dưới sự có mặt và tăng dần của nồng độ muối [9]. Tuy
nhiên khi nồng độ muối rất cao hoặc nồng độ polyme cao, độ nhớt của hệ sẽ tăng [29].

Dung dịch gôm xanthan có tồn tại điểm chảy [19] nên thích hợp hơn cho công thức
kem đánh răng. Trong mỹ phẩm, gôm xan than còn được ứng dụng bào chế các chế
phẩm gội đầu, cream, lotion,.. Ngoài ra gôm xanthan còn có khả năng đóng vai trò chất
gây thấm trong công thức hỗ dịch và tá dược dính trong công thức viên nén [27].

Carmelose natri (Na-CMC)
• Bản chất
Carmelose natri (hay natri carboxymethylcellulose) là muối của natri của cellulose
được O-carboxymethylat một phần [2].
• Tính chất và ứng dụng
Na-CMC là bột hoặc hạt màu trắng rất dễ hút ẩm nên cần được bảo quản trong
điều kiện độ ẩm được kiểm soát. Na-CMC dễ dàng tan trong nước tạo dung dịch keo,
không tan trong dung môi hữu cơ (aceton, ethanol, toluen) [2].
Na-CMC là polyme mang điện âm , khoảng pH ổn định khá rộng (4-10) nên được
ứng dụng khá nhiều trong mỹ phẩm. Na-CMC được ứng dụng làm chất tạo đặc trong
các công thức kem đánh răng, kem bôi da, dầu gội đầu, lotion,…[8] với tỷ lệ thường
dùng khoảng 3-6% [27]. Ngoài ra Na-CMC còn được sử dụng làm tá dược dính cho viên
nén với tỷ lệ khoảng 1-6% [27].
b. NaCl
• Công thức hóa học
- Tên khoa học: Natri clorid.
7


- Công thức phân tử: NaCl.
- Khối lượng phân tử: 58,44 g/mol.
• Tính chất lý hóa
- Cảm quan: tinh thể không màu trong suốt hoặc bột màu trắng, vị mặn.
- Độ tan: tan tốt trong nước (36 g trong 100g nước ở nhiệt độ 25oC), ít tan trong
ethanol (0,065 g trong 100g ethanol ở nhiệt độ 25oC).

- Khối lượng riêng: 2.17 g/cm3 ở 25oC.
- Nhiệt độ nóng chảy: 800,25oC.
- Nhiệt độ sôi: 1465oC.
- pH: 6,7-7,3 dung dịch trong nước có pH trung tính.
- Chỉ số khúc xạ: 1,5442.
- Sức căn bề mặt: 110000 dyn/cm ở 850oC (NaCl nóng chảy).
- Độ nhớt: 1,93 cp với dung dịch bão hòa.
1.2. Tổng quan phương pháp lưu biến
1.2.1. Định nghĩa về lưu biến học
Lưu biến học là một nhánh của vật lý nghiên cứu về sự chảy và sự biến dạng của
vật liệu.
Khi tác dụng một lực vào một vật liệu, vật liệu đó hoặc biến dạng như một chất
rắn hoặc chảy như một chất lỏng. Mối tương quan ở đây là khi lực tác dụng đủ mạnh
tạo ra một biến dạng đủ lớn thì có thể cho rằng tất cả các vật liệu đều có thể chảy như
một chất lỏng. Như vậy, biểu hiện của một vật liệu dưới tác dụng của lực là tổng hợp
giữa đặc tính nhớt của chất lỏng và đặc tính đàn hồi của chất rắn hay còn được gọi là
đặc tính nhớt đàn hồi (viscoelastic) [20].
Lưu biến học sẽ mô tả mối quan hệ giữa sự chảy và sự biến dạng hay mối quan hệ
giữa đặc tính nhớt và đặc tính đàn hồi của các loại vật liệu.
1.2.2. Một số khái niệm cơ bản
Mô hình được sử dụng để mô tả các khác niệm lưu biến cơ bản là mô hình hai mặt
phẳng song song. Hai mặt phẳng có diện tích A (m), mặt phẳng dưới cố định, mặt phẳng
trên chuyển động dưới tác động của lực F (N) và chuyển động với vận tốc v (m/s), hai
mặt phẳng cách nhau một khoảng h (m).

8


Hình 1.5. Mô hình hai mặt phẳng song song
a. Ứng suất trượt (shear stress-σ)

Ứng suất trượt là đại lượng đặc trưng cho độ lớn của lực tác dụng có phương song
song với bề mặt tác dụng lực trên một đơn vị diện tích [20]:
Trong đó:
σ=

𝐹

- σ là ứng suất trượt (Pa).

𝐴

- F là lực tác dụng (N).
- A là diện tích mặt phẳng (m2)

b. Độ biến dạng (deformation-γ)

Hình 1.6. Mô hình độ biến dạng
Độ biến dạng được dịnh nghĩa là tỷ lệ giữa quãng đường lớn nhất mà lớp vật liệu
di chuyển được (s) dưới tác dụng của lực so với bề dày lớp vật liệu (h).
γ=

𝑠
ℎ

Do quãng đường chuyển động và bề dày lớp vật liệu có cùng đơn vị nên đại lượng
γ không có thứ nguyên. Thông thường độ biến dạng γ được biểu diễn dưới dạng % tức
là ví dụ với một khối vật liệu có bề dày 20 cm được đánh giá với mô hình trên với quãng
đường di chuyển là 1 cm thì độ biến dạng của khối vật liệu khi đó sẽ là γ = 5%.

9

c. Tốc độ trượt (shear rate-𝛾̇ )
Tốc độ trượt được tính bằng công thứ
Trong đó:
𝛾̇ =

𝑣
ℎ

- 𝛾̇ là tốc độ trượt (s-1)
- v là vận tốc di chuyển của mặt phẳng (m/s).
- h là bề dày khối vật liệu (m).

d. Độ nhớt (shear viscosity-η)
Với một chất lỏng nhớt lý tưởng, tỉ số giữa ứng suất trượt σ và tốc độ trượt 𝛾̇ khi
đo ở một nhiệt độ không là một hằng số. Giá trị này được gọi là độ nhớt (shear viscosity).
η=

𝜎
𝛾̇

Độ nhớt có đơn vị là Pa.s
1.2.3. Các phương pháp đánh giá lưu biến
a. Phương pháp trượt liên tục (flow test)
Phương pháp này được sử dụng dưới 2 dạng: kiếm soát tốc độ trượt 𝛾̇ (CSRcontrolled shear rate) và kiểm soát ứng suất trượt σ (CSS-controlled shear stress). Giả
sử ta chọn phương pháp CSR, tốc độ trượt 𝛾̇ được kiểm soát và tăng dần theo hàm mũ,
ở mỗi giá trị tốc độ trượt 𝛾̇ , khi khối vật liệu đạt trang thái chảy đều, ứng suất trượt σ và
độ nhớt η sẽ được ghi lại.

Hình 1.7. Cách ghi dữ liệu của phương pháp trượt liên tục
Kết quả thu được là đường cong mô tả sự chảy của vậy liệu dưới dạng như sau:

10


Hình 1.8. Đường cong độ nhớt của vật liệu từ phương pháp trượt liên tục
Phương pháp trượt liên tục được sử dụng để xây dựng đường cong mô tả sự chảy
của vật liệu đồng thời dữ liệu của đường cong được sử dụng để ngoại suy một số giá trị
đặc trưng cho tính chất lưu biến của vật liệu thông qua các mô hình toán học. Các giá
trị này bao gồm độ nhớt nghỉ η0 (zero-shear viscosity) và điểm chảy σy (yield point).
Nếu vật liệu có độ nhớt không đổi khi tăng tốc độ trượt thì vật liệu mang tính chất
của một chất lỏng Newton lý tưởng. Nếu độ nhớt của vật liệu giảm dần khi tăng tốc độ
trượt thì vật liệu đó có tính chất shear-thinning. Ngược lại nếu độ nhớt của vật liệu tăng
dần khi tăng tốc độ trượt thì vật liệu đó có tính chất shear-thickening [20].

(a)

(b)

(c)

Hình 1.9. Hình minh họa đường cong độ nhớt của của vật liệu
(a) Chất lỏng Newton (b) Vật liệu shear-thinning (c) Vật liệu shear-thikening
Độ nhớt nghỉ là giá trị tới hạn của độ nhớt phụ thuộc vào tốc độ trượt khi mà tốc
độ trượt tiến tới 0. Giá trị này thể hiện độ nhớt của vật liệu ở trạng thái bảo quản [20].
Độ nhớt nghỉ cũng phản ánh độ ổn định của hệ chế phẩm, độ nhớt nghi cảng cao thì hệ
càng bền vững đặc biệt đối với các hệ chứa các thành phần dị thể như pha dầu, tiểu phân
rắn,..
Điểm chảy là giá trị ứng suất trượt mà tại đó vật liệu bắt đầu chảy (ngoại lực tác

dụng lớn hơn nội lực cấu trúc). Với ứng suất trượt dưới giá trị σy, vật liệu thể hiện tính
đàn hồi và biến dạng với mức độ nhỏ không thể quan sát được bằng mắt thường và trở
11


lại trạng thái ban đầu sau khi loại bỏ lực tác dụng [20]. Điểm chảy có ý nghĩa lớn trong
thực tế, nó quyết định khả năng người dùng có thể lấy sản phẩm ra khỏi bao bì dễ dàng
hay không. Điểm chảy càng lớn thì chế phẩm càng khó lấy ra khỏi bao bì và ngược lại
b. Phương pháp dao động (oscillation test)
Phương pháp dao động là phương pháp phổ biến nhất để đánh giá các đặc tính lưu
biến của vật liệu. Phương pháp này có thể áp dụng cho tất cả các vật liệu có tính nhớt
đàn hổi (viscoelastic) từ độ nhớt thấp đến dung dịch polymer và cả chất rắn.
Khi tiến hành ở chế độ đo dao động, vật liệu chịu tác động bởi các dao động có tần
số nhất định gây ra ứng suất dao động lan truyền theo kiểu sóng hình sin. Khi đó, ứng
suất trượt và biến dạng trượt được biểu diễn dưới dạng hàm sin với cùng tần số nhưng
lệch pha một góc δ.

Hình 1.10. Dao động của ứng suất trượt σ và độ biến dạng γ
Trong quá trình dao động, các thành phần cấu trúc khác nhau của vật liệu đàn hồi
nhớt cho đáp ứng theo hai cơ chế chính: tích trữ năng lượng đàn hồi và tiêu thụ năng
lượng nhớt. Hai đáp ứng này được thể hiện thông qua mô-đun đàn hồi G’ (storage
modulus) đại diện cho tính đàn hồi của vật liệu và mô-đun nhớt G” (loss modulus) đặc
trưng cho tính nhớt của vật liệu [20].
Chế độ đo dao động thường được thực hiện trong vùng nhớt đàn hồi tuyến tính
LVR (linear viscoelastic range) là biên độ dao động của ứng suất trượt σ và độ biến dang
γ mà tại đó giá trị mô-đun đàn hồi G’ và mô-đun nhớt G” gần như không đổi khi tần số
dao động thay đổi. Hay nói cách khác, phương pháp dao động sẽ không phá hủy mẫu
khi được tiến hành trong vùng LVR.
c. Tổng quan về mô hình đo lưu biến
Trên thực tế có ba mô hình thường được sử dụng để xác định các tính chất lưu biến

của chất lòng: mô hình chày-cối (concentric cylinder measuring system), mô hình nón12


đĩa (cone-plate measuaring system) và mô hình hai mặt phẳng song song (parallel-plate
measuring system).

Hình 1.11. Mô hình đo lưu biến
(a) Mô hình chày-cối

(b) Mô hình nón-đĩa

(c) Mô hình hai mặt phẳng song song
Mô hình cối chày phù hợp với các chất lỏng có độ nhớt thấp. Mô hình côn-đĩa và
mô hình hai đĩa song song phù hợp để đo các mẫu có độ nhớt trung bình và cao.
Nghiên cứu này sử dụng mô hình nón-đĩa hay chính xác hơn là mô hình nón cụtđĩa để đánh giá các đặc tính lưu biến của hệ.

(a)

(b)
Hình 1.12. Mô hình đo lưu biến

(a) Mô hình nón cụt-đĩa

(b) Mô hình nón-đĩa

Mô hình nón-đĩa thông thường bao gồm một đĩa phẳng và một nón tròn gần như
phẳng. Nón có bán kính R (10 mm ≤ R ≤ 100 mm) và góc nón α ( α ≤ 4o). Ưu điểm lớn
nhất khi sử dụng mô hình nón-đĩa là mô hình này tạo ra điều kiện trượt đồng nhất do tốc
độ trượt luôn cố định và đồng nhất ở mọi vị trí giữa nón và đĩa. Ngoài ra mô hình này
yêu cầu lượng mẫu đo ít, vệ sinh sau khi đo dễ dàng và nhanh chóng đồng thời trong

quá trình thiết lập vị trí giữa nón và dĩa, bọt khí trong mẫu sẽ được ép ra ngoài do hình
dạng của nón [20].

13


Tuy nhiên mô hình nón-đĩa không phù hợp để xác định tính chất lưu biến của các
hệ phân tán có kích thước tiểu phân lớn. Sau khi thiết lập vị trí nón và đĩa với mẫu có
độ nhớt lớn, mẫu đo yêu cầu một khoảng thời gian dài (có thể từ 0,5 giờ hoặc lâu hơn)
để trở về trạng thái cân bằng trước khi đo. Trong quá trình đo, ở rìa nón có thể xảy ra
một số hiên tượng làm ảnh hưởng đến kết quả đo như bay hơi dung môi, hiện tượng
chảy không ổn đinh, chảy rối, hiện tượng văng mẫu khỏi vị trí đo,…Ngoài ra, khi chỉ
được kiểm soát nhiệt độ bằng đĩa phía dưới, mẫu đo có thể xảy ra hiện tượng không
đồng đều về nhiệt, hiện tượng này gia tăng khi bán kính nón và góc nón tăng [20].
Ngày nay mô hình nón-đĩa thường được áp dụng với dạng nón cụt-đĩa. Nón cụt sẽ
cách mặt đĩa bên dưới một khoảng a (µm). Khoảng cách này cần được kiểm tra và chuẩn
hóa thường xuyên để các phép đo có độ chính xác và độ lặp lại cao.
So với mô hình nón-đĩa thông thường, mô hình nón cụt-đĩa không tạo ra ma sát
giữa nón và đĩa qua đó không mài mòn thiết bị đo trong quá trình sử dụng đồng thời loại
bỏ được mô-men ma sát gây ảnh hưởng đến kết quả đo khi thực hiện phép đo đánh giá
mô-men đói với mẫu đo. Mô hình nón cụt-đĩa còn có khả năng đánh giá tính chất lưu
biến của các hệ có kích thước tiểu phân đến khoảng 5µm khi khoảng cách giữa nón và
đĩa được thiết lập ở 50 µm [20].
1.3. Tổng quan về tương tác lưu biến giữa các tá dược
1.3.1. Tương tác giữa chất diện hoạt và muối
Chất diện hoạt khi nồng độ trong dung dịch đạt đến nồng độ micell tới hạn (critical
micelle concentration-CMC) sẽ tạo thành micell [11]. Tùy theo cấu trúc của chất diện
hoạt, nồng đồ chất diện hoạt và các yếu tố kèm theo khác mà micell tạo thành sẽ có hình
dạng khác nhau như hình cầu (spherical micelle) hoặc hình gậy (rodlike micelle) [6].
Khác với micell hình cầu, micell hình gậy có khả năng tăng kích thước khi nồng độ chất

diện hoạt tăng hoặc dưới tác động của các yếu tố khác. Yếu tố thường được nhắc đến là
muối. Khi thêm muối vào dung dịch chất diện hoạt với nồng độ xác định, CMC của chất
diện hoạt giảm [11] và kích thước các micell tăng lên [3], [4], [21]. Hiện tượng này là
do muối làm giảm lực đẩy tĩnh điện giữa các đầu mang điện ở trên bề mặt micell dẫn tới
làm giảm mật độ điện tích của micell, tăng kích thước của micell và làm giảm CMC của
chất diện hoạt [5].
Demissie và cộng sự (2016) đã sử dụng phương pháp quang phổ UV, phương pháp
đo độ dẫn diện và phương pháp đo sức căng bề mặt đối với dung dịch SDS, dung dịch
14


SDS chứa natri acetat 0,1 M và dung dịch SDS chứa calci acetat 0,1 M ở điều kiện 25oC
đã cho kết luận: khi thêm muối vào dung dịch SDS thì CMC giảm từ 8,10 mM xuống
7,65 mM (khi thêm natri acetat 0,1 M) và 6,01 mM (khi thêm calci acetat) [11].
Khi nồng độ muối thấp, các micell hình gậy được tạo thành hoặc được chuyển
dạng từ các micell hình cầu đồng thời kích thước micell tăng lên. Hiện tượng này làm
cho độ nhớt của dung dịch tăng một lượng nhỏ khi nồng độ muối trong dung dịch tăng.

Hình 1.13. Micell dang cầu và micell dạng gậy
Khi kích thước của micell hình gậy tăng đến một giới hạn nhất định, chúng sẽ tạo
thành micell dạng ống (wormlike micelle) dẫn đến độ nhớt dung dịch tăng nhanh.

Hình 1.14. Micell dạng ống
Khi nồng độ muối trong dung dịch đạt đến một giá trị tối ưu, cấu trúc micell sẽ
được hoàn thiện và khi đó độ nhớt dung dịch đạt giá trị cực đại. Khi nồng độ muối vượt
qua giá trị tối ưu, cấu trúc micell sẽ bị phá hủy dẫn đến dộ nhớt của dung dịch giảm
mạnh khi tăng tiếp nồng độ muối trong dung dịch [3].

15

Mats Almgren và các cộng sự (1998) tiến hành nghiên cứu micell của natri lauryl
sulfat (SDS) với phương pháp TRFQ (time-resolved fluorescence quenching) đã cho kết
quả có sự chuyển dạng micell từ dạng cầu sang dạng gậy với nồng độ NaCl, SDS cao ở
nhiệt độ thấp. Cụ thể nghiên cứu đã đưa ra bằng chứng về sự tồn tại của micell dạng gậy
ở 25oC ở dung dịch với 2% SDS (kl/kl) và 0,6 M NaCl [4].
Với nồng độ 2% SDS (kl/kl), 0,6M NaCl ở 40oC, Dorit Süss và cộng sự (1995) đã
quan sát được micell dạng sợi bằng phương pháp cryo-TEM (cryogenic-temperature
transmission electron microscopy) [31].
Tony O’Lenick và cộng sự (2006) đã xây dựng đường cong nồng dộ muối NaCl
theo độ nhớt của dung dịch 10% SDS (dung dịch A) và dung dịch 10% SLES (dung dịch
B) với máy đo độ nhớt Brookfied. Đối với dung dịch A, nồng độ NaCl tối ưu là 4,5%
(kl/kl) với độ nhớt cực đại là 19500 cp. Kết quả với dung dịch B lần lượt là 5,5% (kl/kl)
và 25000 cp [23].
1.3.2. Tương tác giữa chất tạo đặc và chất diện hoạt
Các polyme tạo đặc có khả năng tương tác với các chất diện hoạt thông qua ảnh
hưởng đến quá trình tạo micell của chất diện hoạt. Khi có mặt polyme, với nồng độ chất
diện hoạt vượt một nồng độ kết tụ tới hạn (critical aggregation concentration-CAC), chất
diện hoạt sẽ kết dính với polyme. H.Lange và cộng sự (1971) đã tiến hành thi nghiệm
đo sức căng bề mặt của dung dịch SDS ở nhiều nồng độ có hoặc không có mặt polyvinyl
pyrrolidon (PVP) đã cho kết quả về sự tồn tại giá trị CAC thấp hơn nhiều giá trị CMC
của chất diện hoạt đánh dấu sư bắt đầu kết dính của SDS và PVP [16].
Đối với HEC, tương tác giữa poyme và chất diện hoạt thuộc loại tương tác giữa
polymer không mang điện và chất diện hoạt mang điện âm. Tanaka và cộng sự (1992)
bằng phương pháp lưu biến đã kết luận tương tác này yếu và không thay đổi nhiều đặc
tính lưu biến của hệ [32]. Sivadasan và công sự (1990) bằng phương pháp đo sức căng
bề mặt đã cho kết quả giá trị CAC của SDS dưới sự có mặt của HEC không khác biệt
nhiều so với giá trị CMC [28].
Đối với dẫn chất của HEC cụ thể là HMHEC, tương tác giữa polyme và chất
diện hoạt có khả năng thay đổi mạnh tính chất lưu biến của hệ. Điều này được giải thích

thông qua tương tác kỵ nước. Nhóm kỷ nước trong HMHEC có khả năng tạo các liên
kết kỵ nước với phần thân dầu trong phân tử chất diện hoạt. Khi nồng độ chất diện hoạt
vượt giá trị CAC, micell hỗn hợp giữa chất diện hoạt và phần kỵ nước của HMHEC
16