Shampooing 05. Viscosité et puissance de la formulation.
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Full version in English: Shampoo 05. Viscosity and formulation powerful
Maintenant que le cheveu a été embelli, c’est au tour du shampooing de l’être, par :
des parfums et
Tout doit être fait pour satisfaire sa Majesté le Consommateur.
Y compris l’emballage, l’image, l’histoire (voir par exemple
JooMo dans Chosmo epidermis 03. Le gel-douche disculpé),
les arguments marketing, etc.
Tout est produit ...
mais nous éloignerions de la chimie de formulation !
Avec les tous ses ingrédients, un shampooing liquide serait tout à fait efficace (pour embellir la chevelure), alors pourquoi le viscoser ?
Le shampooing est présenté dans un flaconnage (tube, pompe, etc. …)
La quantité choisie par le Consommateur doit passer du flacon à la chevelure.
Quelle est la viscosité adaptée ?
La nature de la viscosité est d'abord fonctionnelle, et tient à la façon dont le Consommateur utilise généralement son shampooing :
- Le shampooing pourrait être versé directement sur la tête mais, le Consommateur verse la quantité voulue de shampooing dans sa main avant de la transférer sur la tête et/ou le corps. La viscosité doit être adaptée pour que le shampooing ne coule pas à travers les doigts avant d’être transféré ...
... … et une fois sur la tête le même shampoing ne coule pas jusque dans les yeux !
Une autre raison est moins rationnelle. Un shampooing trop fluide donnerait l’impression à sa Majesté le consommateur que son shampooing ne contient pas beaucoup de matière, qu'Elle a été « volée sur la quantité ».
Visqueux, le shampooing doit aussi avoir une rhéologie adaptée.
Il doit être rhéofluidifiant pour que le shampooing se fluidifie quand le Consommateur se frotte les cheveux avec le dit shampooing,
De plus, il doit avoir un seuil de contrainte (de "plasticité") élevé pour sa présentation à la sortie du flacon et … avant, ralentir la sédimentation ou la flottation de particules présentes
comme notamment les nacrants et les opacifiants. Un surnageant ou un dépôt ne serait pas très présentable.
Remarque sur les gels : la base de nos crèmes hydratantes/restructurante, sa La crème au stéarate est également un gel, constitué de bicouches lipidiques en cristaux liquides, … comme les bicouches céramidiques du stratum corneum.
Voir Une crème hydratante est structurante
La réponse à cette question donne un nouvel exemple de la puissance de la formulation
Le Sodium laureth sulfate ne sert pas qu’à générer de la mousse, il permet aussi d'apporter de la viscosité à la formulation, en ajoutant la quantité optimum de Chlorure de sodium.
ou d'Ammonium chloride pour Ammonium laureth sulfate, etc, selon le contre-ion du surfactif utilisé
Pour les physico-chimistes, cette viscosité serait due à la formation de micelles cylindriques (au lieu de micelles sphériques). Un peu comme une soupe épaisse de vermicelles .
Les courbes représentant la viscosité d’une solution de Sodium laureth sulfate 10% en fonction de la concentration en sel sont d'étroites cloches.
(dans l’art de la formulation, les concentrations sont toutes données en pourcentages massiques, 10% correspond à 10 g de Sodium laureth sulfate (pur) pour 100 g de solution, soit 100g/l. En Cosmétologie, on pèse tout)
L’étroitesse de ces courbes représentant rend le réglage de la viscosité par le sel particulièrement délicat.
De plus le Formulateur doit tenir compte des apports en sel(s) contenu(s) dans les autres matières premières, et qui peuvent changer selon les lots, etc. Notamment, justement, le Sodium Laureth Sulfate
Jusqu’à 5-6 % de NaCl la formulation n’acquière pratiquement aucune viscosité.
En dépassant le sommet de la courbe, par exemple 10% de NaCl, la solution redevient fluide.
Cette propriété est utilisée pour les shampooings destinés aux professionnels. Ils sont livrés très concentrés aussi bien en surfactifs qu’en Sodium chloride. Très fluides, ils acquièrent la « bonne » viscosité quand ils sont dilués avec de l’eau pour être utilisés.
Une expérience simple permet de vérifier les « grandes pentes » de la courbe.
Il suffit d’ajouter un peu d’eau à un « liquide vaisselle* » pour qu' il devienne aussi fluide que de l’eau.
L’addition d'un peu de sel (de cuisine) permet au liquide vaisselle de retrouver sa viscosité.
* Comme la plupart des shampooings, les liquides vaisselle ménagers, à base lavante est de Sodium laureth sulfate, mais dont qualité est destinée aux liquides vaisselle,
La concentration en sel dans les shampooings, souvent élevée (jusqu'à 8%), présente, au moins, deux défauts :
- accroître l'absorption du surfactif primaire (anionique) par le cheveu et ainsi lui conférer des charges anioniques supplémentaires.
- rendre le shampooing irritant pour l'œil (le sel est certainement l'ingrédient plus irritant pour l’œil que tous les autres ingrédients du shampooing, voir "Douceur")
À titre de comparaison, la salinité de l’eau de mer est en moyenne de 35g/l, soit 3,5%
L'addition de Laureth-3 (un émulsionnant non-ionique) ...
... a été proposé pour permettre de réduire la teneur de NaCl dans le couple viscosant Sodium laureth sulfate/NaCl. Voir courbes ci-dessous.
Il est intéressant de noter qu’a 1%, s’il permet d’utiliser moins de Sodium chloride, le Laureth-3 provoque aussi une diminution de la viscosité maximum.
Ce n’est qu’à 3% de Laureth-3 que le maximum de viscosité est retrouvé, mais avec une « cloche » très étroite, donc d’une viscosité particulièrement difficile à maîtrisée.
Des surfactifs secondaires comme
- les ... Cocamide DEA,
- le Decyl polyglucose,
- des savons (Sodium stearate, etc. … très utilisés en Asie)
... contribuent également à modifier la courbe viscosité/% de sel et permettent d’utiliser moins de sel.
Des surfactifs à chaînes hydrophiles très longues comme
PEG-200 Hydrogenated Glyceryl Palmate, Voir A.2 : Synthetic
… peuvent être utilisés conjointement au couple Sodium laureth sulfate/Sodium Chloride
Car
- les compositions parfumantes,
- les extraits végétaux (surtout leurs solvants !),
- etc.
… de la formule peuvent se révéler de puissants déviscosants,
... ce qui complique singulièrement le travail du Formulateur.
... ou pour viscoser les shampooings avec un minimum de sel
Ce problème concerne en premier les shampooings pour bébé ou pour jeunes enfants qui ne sont pas encore capables de fermer les yeux quand on leur lave les cheveux.
Des surfactifs à chaînes hydrophiles très longues ont été proposés, par exemple :
PEG-120 methyl glucose dioleate,
PEG-200 hydrogenated glyceryl palmate (déjà signalé plus haut).
Le formulateur doit tenir compte de l’objectif des « shampooings pour bébé ». Les bébés et jeunes enfants ont une faible quantité de cheveux (calculée en surface développée à laver), de plus, ni le cuir chevelu ni les cheveux ne sont très gras. La formulation devrait donc être assez aisée, mais …
… mais la maman et/ou le papa ne souhaitent-ils pas utiliser le shampooing de leur bébé pour leurs cheveux ? c'est à dire pour donner à leur chevelure une coiffure à la mode ! La formulation devient complétement différente, et le sel indispensable. Ne faut-il pas sacrifier l’irritation oculaire et les pleurs du bébé pour satisfaire le Consommateur adulte ?
Le Carbomer (un poly acrylate réticulé) est un gélifiant très utilisé en Cosmétique blanche,
… il est dispersible à pH acide et devient, à pH neutre, un gel dont sa rhéologie correspond bien aux attentes, il était donc très tentant de l’utiliser en Cosmétique moussante mais …
… il perd sa viscosité en présence d’électrolytes, y compris les contre-ions des surfactifs comme le Sodium du Sodium laureth, ou le Na+ et le Cl- du Cocamidopropyl betaine,
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Une autre matière première gélifiante comme le Sepigel (premix défini comme : Polyacrylamide (and) C13-14 isoparaffin (and) Laureth-7)
... perd également sa viscosité en présence de sels.
Pour remédier à ces inconvénients, les chimistes ont réussi à synthétiser des
Sodium Acrylates Copolymer, qui permettent, sous certaines conditions, de viscoser des formules de la Cosmétique moussante avec plus ou moins de succès, par exemple voir
D’autres polymères ont été proposés comme le Glyceryl polymetacrylate, etc.
Dans sa recherche de la viscosité, le Formulateur ne doit pas oublier les obligations rhéologiques, indiquées au début, que doit remplir le shampooing :
- rhéofluidifiant (devenir fluide en "massant" le cuir chevelu) et
- à seuil de contrainte (de plasticité) (rester un gel tant qu'il n'est pas contraint)
Le Consommateur ne doit pas se retrouver avec de la poix sur la tête, ou sur le corps !
Comme cela doit être le cas de JooMo dont la viscosité semble être obtenue par deux gommes :
- Cyamopsis Tetragonoloba (Guar) Gum,
- Acacia Senegal Gum Extract,
L'addition de nacrants et d'opacifiants permet donner l'aspect luxueux du nacré et/ou conférer l'aspect crémeux d'une émulsion ayant une connotation de produit de soin, parfois aussi afin de ... masquer un composant peu soluble, par exemple les silicones,
Différentes suspensions commerciales permettent de régler la nacre ou l'opacité selon le degré de cristallisation.
Les principaux sont cristaux des mélanges de stéarates (Glycol stearate, Glyceryl stearate, Stearyl alcohol, Stearamide, etc.)
Le Glycol stearate est également un stabilisant des protoformulations de silicones (voir Pert Plus),
Nouvelle difficulté, déjà signalée, pour le Formulateur : la viscosité doit être réglée pour éviter que la sédimentation ou le flottage des cristaux nacrants/opacifiants.
Des colorants sont ajoutés pour des raisons esthétiques de correspondance à l’image du produit (par exemple bleu pour un gel-douche), ou pour masquer une couleur indésirable notamment celle provenant d’un Extrait végétal ajouté sous la pression du Service Marketing.
Notons que la très grande pureté des solutions commerciales des surfactifs permet (maintenant) de créer des shampooings parfaitement transparent, "cristallin"
Les matières premières dont dispose le Formulateur étant maintenant très pures, il ne serait plus vraiment nécessaire d'ajouter une composition parfumante pour masquer une odeur désagréable.
Néanmoins aussi bien sa Majesté le Consommateur que le service du Marketing désirent que le shampooing "sente bon"...
…. mais dont l’odeur ne persiste pas, ou à peine, sur la chevelure (sauf pour des raisons historiques en Espagne et en Amérique latine).
De son côté, un gel-douche peut faire partie d’une ligne parfumée. Ce qui oblige souvent le Nez à reprendre complètement sa formule parfumée pour l'adapter à un gel-douche.
Techniquement, l'addition d'une composition parfumante se révèle souvent périlleuse, un précipité se forme ou pire la viscosité si délicatement réglée s'effondre brutalement.
Parmi les astuces de formulation pouvant sauver le shampooing citons :
- en premier lieu : l’ordre d’addition des ingrédients de la formulation. Commençer par mélanger (longuement et en la "triturant") la composition parfumante aux surfactifs nonioniques présents dans le shampooing, (par exemple du PPG-28 Buteth 35)
(en espérant qu'il se forme des micelles mixtes stables)
puis seulement ajouter le surfactif primaire, les autres surfactfs secondaires .
- en cas d'échec, faire un prémix en émulsionnant la composition parfumante dans un sol de xanthane (par exemple à 1,5%). Ce qui explique la présence de xanthane dans la liste des ingrédients de certains shampooings
Un sol de xanthane peut également etre utilisé comme prémix de surgraissants,
Tous les ingrédients qu'utilise le Formulateur pour créer un shampooing sont suffisamment actifs ... pour mettre la chevelure en forme.
Les "principes actifs" sont ceux revendiqués par le Marketing.
La dénomination étasunienne de Promotional additives montre bien, sans complexe, l'objectif de ces additifs , qui sont ...
« ajoutés pour leurs propriétés reconnues par le Consommateur et/ou le Monde scientifique ».
(Gill, de Sam Haskins)
Les Extraits végétaux posent fréquemment des problèmes de compatibilité avec le reste du shampooing,
- leur solvant est souvent le propylène glycol, or celui-ci est un puissant déviscosant des shampooings.
- les principes actifs de ces extraits, sont souvent des polyphénols. Or beaucoup de polyphénols précipitent en présence des autres ingrédients des shampooings et autres gel-douche ...
En pratique, pour l'occasion, le Formulateur s'allie avec le Service des achats pour ajouter le moins possible de ces « principes actifs ».
Laissé ouvert dans l'atmosphère chaude et humide de la salle de bain le shampooing risque fort de servir de nutriment à des microorganismes. Il appartient au formulateur de le protéger par un système de conservateurs.
Voir Les Parabens ou le pessimisme. Conte cosmétolologique.
Voir aussi Le poison c’est la dose
La puissance de l’art de la formulation
… pourrait être le sous-titre de cette série d’articles.
Plus qu’une description du shampooing, j’ai voulu montrer que les Formulateurs ont réussi, en quelques décennies, à satisfaire les attentes du Consommateur
Le shampooing ne sert pas à se laver des cheveux « sales » mais à mettre en forme sa chevelure.
Les ingrédients utilisés par la Formulateur pour créer un shampooing sont en accord avec la demande du Consommateur, à savoir :
- Produire rapidement de la mousse en qualité et en quantité souhaitées (surfactifs primaires et secondaires), être facile à rincer, ...
- Apporter des qualités cosmétiques : faciliter le peignage, donner du lustre aux cheveux, et. (conditionneurs), être non irritant.
- Embellir la formulation (viscosants ; nacrants et opacifiants ; colorants ; composition parfumante ; "principes actifs").
- Protéger le shampooing (conservateurs, etc.)
Mention particulière pour le Sodium laureth sulfate (et des fake news) ; le Cocamide DEA, et le Cocamidopropyl betaine
L’obtention d’une mousse onctueuse, fine et stable donne un premier exemple de la complexité et de la puissance de la formulation.
Issu d'un aller et retour linguistique entre le français et l'anglais (Conditionneur, Conditioning agent), la définition de conditionneur pourrait être : remettre dans sa condition d'origine, sa forme native, le cheveu « endommagé ». Le marketing français donne la traduction de « revitalisant », « restructurant », « réparateur »…
Si les cheveux ont besoin d’être réparés, remis dans leurs conditions d’origine, c’est qu’ils ont été endommagés par différents facteurs extérieurs.
Chargé électriquement, le cheveu endommagé voit ses écailles se soulever, ses pointes devenir fourchue, etc. et la chevelure ébouriffée et impossible à peigner et à mettre en forme.
Le conditionneur doit rester sur le cheveu après le rinçage, mais pas trop, le juste équilibre est la force de la Formulation.
Plusieurs ingrédients sont utilisés par le Formulateur pour réparer le cheveu endommagé : des surgraissants, des surfactifs cationiques, des polymères cationiques, des hydrolysats de protéines, des silicones, etc.
La « douceur » d’un shampooing est une attente du Consommateur.
Pour y répondre la Formulateur utilise de nombreux ingrédients : des dérivés protéiques, quelques surfactifs non ioniques, des « huiles hydrophiles », des hauts polymères, le Disodium ricinoleamido MEA sulfosuccinate, le Magnesium laureth-8 sulfate, etc.
La puissance de la formulation apparaît dans le mélange synergique du Sodium laureth sulfate avec des surfactifs « secondaires » comme le Sodium lauroyl sarcosinate ou mieux encore le Disodium cocoamphodiacetate.
Un surfactif même fortement irritant, s'il était utilisé seul, peut être non irritant dans une formulation, pas un peu irritant, pas du tout irritant.
Par ailleurs, le principe :« Le poison, c’est la dose » est la base la pharmacologie.
Il existe toujours une Zone de concentration où la substance « poison » n’a aucun effet.