Estudo das propriedades de emulsionantes catiônicos em máscaras capilares : estabilidade, reologia e sustentabilidade

Abstract

Resumo: As propriedades visuais e sensoriais de máscaras capilares são determinantes para a percepção do consumidor, porém a substituição de surfactantes convencionais por alternativas biodegradáveis ainda enfrenta desafios de reprodutibilidade industrial. Este estudo investigou a hipótese de que formulações sustentáveis podem apresentar estabilidade físico-química e organoléptica equivalentes às convencionais, utilizando a reologia como modelo preditivo. O objetivo foi avaliar o impacto da variação de seis emulsionantes catiônicos e de parâmetros de processo, como taxa de agitação e adição de água de resfriamento, sobre a estabilidade das emulsões. A metodologia baseou-se em um planejamento experimental (Delineamento Composto Central Rotacional - DCCR), resultando na produção de 48 formulações que integraram a variação dos seis diferentes surfactantes (S1 a S6) aos ajustes nos processos de fabricação. As amostras foram caracterizadas quanto à estabilidade acelerada (normas ANVISA) e por centrifugação analítica (LUMiSizer) para determinar o Índice de Instabilidade (IE). A investigação reológica incluiu varreduras de amplitude (para definir a região viscoelástica linear - RVL), varreduras de frequência e rampas de temperatura (para avaliar tan d e histerese). A microestrutura foi analisada por Microscopia Óptica e Difração de Raios X (DRX), e a sustentabilidade foi medida pela matriz IARA, focando na toxicidade aquática e biodegradabilidade. Os resultados indicaram que a escolha do surfactante é o fator determinante para o desempenho e estabilidade da emulsão, sobrepondo-se às variáveis de processo. Emergiu um conflito central entre o desempenho sensorial (consistência) e a estabilidade a longo prazo, onde o surfactante S5, que proporcionou a melhor textura e consistência (percepção sensorial), demonstrou ser o mais instável nas análises reológicas e de estabilidade acelerada. Isso foi corroborado por uma RVL reduzida, altos Índices de Instabilidade (IE) e instabilidade térmica, com inversão dos módulos (tan d > 1) na rampa de temperatura. Em contrapartida, o surfactante S6 apresentou a maior estabilidade físico-química (menor IE) e uma microestrutura homogênea, mas não atingiu o perfil de viscosidade ideal. As análises de sustentabilidade classificaram os surfactantes S4, S5 e S6 como as melhores opções, sendo biodegradáveis e de menor impacto aquático. Com isso, conclui-se que a otimização de máscaras capilares não pode basear-se apenas em parâmetros isolados, como a viscosidade inicial. É necessária uma abordagem holística que correlacione as análises reológicas avançadas, microestruturais e de estabilidade para prever o comportamento a longo prazo. O estudo evidencia um "trilema" entre a performance sensorial, a estabilidade físico-química e a sustentabilidade, destacando que a compreensão dessas interações é crucial para o desenvolvimento de formulações cosméticas futuras que sejam simultaneamente eficazes, estáveis e ambientalmente responsáveis

Abstract: The visual and sensory properties of hair masks are key determinants of consumer perception; however, replacing conventional surfactants with biodegradable alternatives still poses challenges for industrial reproducibility. This study investigated the hypothesis that sustainable formulations can achieve physicochemical and organoleptic stability equivalent to conventional ones, using rheology as a predictive model. The objective was to evaluate the impact of varying six cationic emulsifiers and process parameters—such as stirring rate and cooling water addition—on emulsion stability. The methodology was based on an experimental design (Central Composite Rotatable Design - CCRD), resulting in the production of 48 formulations that integrated the variation of six different surfactants (S1 to S6) with manufacturing process adjustments. Samples were characterized by accelerated stability (ANVISA standards) and analytical centrifugation (LUMiSizer) to determine the Instability Index (II). Rheological investigation included amplitude sweeps (to define the linear viscoelastic region - LVR), frequency sweeps, and temperature ramps (to evaluate tan d and hysteresis). Microstructure was analyzed via Optical Microscopy and X-Ray Diffraction (XRD), while sustainability was measured using the IARA matrix, focusing on aquatic toxicity and biodegradability. The results indicated that the choice of surfactant is the determining factor for emulsion performance and stability, outweighing process variables. A central conflict emerged between sensory performance (consistency) and long-term stability: surfactant S5, which provided the best texture and consistency (sensory perception), proved to be the most unstable in rheological and accelerated stability analyses. This was corroborated by a reduced LVR, high Instability Indices (II), and thermal instability, with module inversion (tan d > 1) during the temperature ramp. Conversely, surfactant S6 showed the highest physicochemical stability (lowest II) and a homogeneous microstructure but did not reach the ideal viscosity profile. Sustainability analyses classified surfactants S4, S5, and S6 as the best options, being biodegradable and having lower aquatic impact. In conclusion, the optimization of hair masks cannot rely solely on isolated parameters such as initial viscosity. A holistic approach correlating advanced rheological, microstructural, and stability analyses is required to predict long-term behavior. The study highlights a "trilemma" between sensory performance, physicochemical stability, and sustainability, emphasizing that understanding these interactions is crucial for developing future cosmetic formulations that are simultaneously effective, stable, and environmentally responsible