- Corti2, R. Cavenaghi2, F. Giatti1, D. Lolli1 e C. Funaro1
1 IMA Active, Ozzano dell’Emilia, Bologna, Italia
2 OPAC Srl
Introduzione
Oggigiorno, prodotti cosmetici con diverse sensorialità, funzioni e performance sono stati completamente reinterpretati grazie all’implementazione di nuove formulazioni e all’introduzione di avanzate tecnologie produttive, sempre nell’ottica di massimo rispetto nei confronti dell’ambiente e, più in generale, del pianeta; questa “presa di coscienza” del mondo del Beauty trova la sua massima espressione nella Cosmetica Solida.
La Cosmetica Solida, anche definita “Condensed” o meglio identificata dalla locuzione “Naked Beauty”, incarna la risposta ad alcune specifiche tendenze del marketing come “Clean Beauty”, “Zero Waste”, “Covid-proof”, “Sensorialità innovativa” e “Nomadismo”.
Oggi i prodotti disponibili sul mercato che rispondono a queste caratteristiche sono ben rappresentati da saponette, stick, polveri e compresse liofilizzate: queste forme di applicazioni cosmetiche consentono di creare formulazioni “water-free/waterless”, di ridurre la concentrazione di conservanti e di evitare sprechi negli imballaggi e nel trasporto; tutti questi aspetti rispondono al crescente bisogno di Sostenibilità.
Nonostante tutti i vantaggi, purtroppo, queste applicazioni solide innovative deficitano spesso in sensorialità, igiene e praticità d’uso e non riescono ad eguagliare la viscosità generalmente attribuita ad un prodotto per la cura della pelle.
La collaborazione tra IMA ed OPAC ha permesso, da un lato, di risolvere queste difficili problematiche, dall’altro, di garantire il successo dello scale-up industriale volto ad un aumento della produttività secondo i canoni previsti dall’Industria 4.0 [4]. Questa partnership vincente ha determinato il successo del processo di industrializzazione delle “Beauty Pills” di OPAC, compresse ad uso cosmetico per trattamenti skincare.
Le Beauty Pills di OPAC, sfruttando una tecnologia patent-pending, quando poste a contatto con poche gocce d’acqua, sono in grado di sviluppare una texture cremosa in meno di 30 secondi, creando la giusta quantità di prodotto per un singolo utilizzo.
Materiali e metodi
Lo studio ha avuto lo scopo di identificare un insieme di materie prime utilizzabili per compressione diretta; le compresse ottenute attraverso questo processo di lavorazione dovevano creare una texture cosmetica in circa 30” una volta poste a contatto con una definita quantità di acqua; in particolare, ci si è focalizzati sullo sviluppo e l’industrializzazione di un “bronzer”.
Combinando materie prime tipicamente riconducibili al mondo Nutraceutico/Farmaceutico e Cosmetico abbiamo identificato alcuni gruppi specifici di sostanze (Tabella 1).
Successivamente, il composto è stato miscelato e preliminarmente pressato utilizzando una pressa idraulica a singolo punzone per verificarne processabilità.
In secondo luogo, il processo è stato trasferito su apparecchiature industriali miscelando i componenti in un mescolatore (Cyclops LAB, IMA, Italia) e comprimendo su una pressa rotativa (PREXIMA 80, IMA, Italia).
In dettaglio, per la miscelazione mediante il metodo della diluizione geometrica, i componenti della ricetta (fatta eccezione per il lubrificante) sono stati miscelati per 15 minuti a 20 giri al minuto; il lubrificante è stato aggiunto al compound in un secondo step e miscelato per 3 minuti a 20 giri al minuto. Prima di iniziare le prove di compressione, la miscela finale è stata caratterizzata per scorrevolezza (indice di Carr), distribuzione granulometrica (PSD) e contenuto d’acqua (LOD).
L’Indice di Carr (IC) valuta il livello di scorrevolezza della miscela considerando la sua densità apparente e impaccata (Equazione 1).
La densità apparente è definita come la massa delle molte particelle del materiale divisa per il volume totale che occupano; la densità impaccata è il rapporto tra la massa della polvere e il volume occupato dalla polvere dopo averla sottoposta ad una serie di urti per un determinato periodo di tempo.
La distribuzione granulometrica viene calcolata con il metodo dei setacci facendo passare 100 g di polvere attraverso una serie di setacci a maglie progressivamente più piccole e pesando la quantità di polvere che viene fermata da ciascun setaccio come frazione dell’intera massa dopo un’azione di scuotimento della durata di 5 minuti.
Il contenuto di acqua può essere determinato misurando la perdita dovuta all’essiccazione: tramite analisi termogravimetrica, dove il campione viene riscaldato fino a quando la perdita di peso è costante, si ottiene una percentuale rappresentativa.
La PREXIMA 80 è stata allestita in configurazione per lotti pilota con torretta mista capace di ospitare sia 4 stazioni di compressione Euro-D sia 4 Euro-B.La flessibilità di questa torretta ha permesso di studiare l’influenza del tipo di punzone installato sulla comprimitrice.Durante le prove, sono stati scelti punzoni tondi Euro-B Ø 7,4 mm con configurazione standard in termini di alimentatore e geometria delle stelle.
In una prima fase, durante l’accelerazione della comprimitrice rotativa, i parametri di processo più critici sono stati mantenuti costanti, con l’obiettivo di produrre compresse con la più bassa fluttuazione di peso (deviazione standard relativa sul singolo peso <5%), abbastanza dure da essere maneggiate (resistenza alla rottura della compressa accettabile) e con un tempo di disgregazione adeguato quando poste a contatto con l’acqua (30″).
Per raggiungere l’obiettivo, sono state studiate tre diverse velocità della comprimitrice (15, 50 e 60 giri al minuto). A 60 rpm, i parametri del processo di compressione sono stati ottimizzati per migliorare la qualità della compressa.
Risultati e discussione
La miscela di polveri stabilita è stata caratterizzata in termini di scorrevolezza (Indice Carr), distribuzione granulometrica e contenuto d’acqua.
L’IC era del 28%, il che significa scarsa scorrevolezza e il contenuto d’acqua era del 6,79%; l’andamento dimensionale delle particelle ha mostrato bimodalità, con un’alta percentuale di particelle fini (Figura 1).
Sono state studiate tre diverse velocità della pressa (15, 50 e 60 giri al minuto). I parametri più importanti del processo di produzione di compresse sono riportati nella Tabella 2: a 60 rpm (test 4, test 3) erano necessarie forze di precompressione e di compressione principali leggermente superiori per ottenere compresse della stessa qualità.
Durante ogni prova, sono stati monitorati il peso e la resistenza alla rottura (durezza) delle compresse (Figura 2, Figura 3).
Le figure 2 e 3 mostrano una deviazione molto bassa del peso e della resistenza della compressa nel tempo rispetto al primo campione prodotto durante le prove preliminari (linea blu).
Come previsto, all’aumentare della velocità della comprimitrice, la durezza diminuisce come conseguenza del minor tempo di contatto tra la parte piatta della testa del punzone e le ruote di compressione (definito dwell time). Tuttavia, i risultati (linee arancioni) sono migliorativi rispetto alle prove preliminari (linea blu).
Per confermare questa affermazione di stabilità del processo, sono state studiate le deviazioni standard relative (RSD) di peso, spessore e durezza (Tabella 2); i risultati preliminari ottenuti con pressa a singolo punzone sono stati confrontati con quelli ottenuti in fase di industrializzazione.
I risultati dimostrano chiaramente il grado di ottimizzazione del processo raggiunto utilizzando PREXIMA 80.
Conclusioni
PREXIMA 80 è in grado di realizzare compresse cosmetiche che creano una consistenza gel-cremosa inaspettata in meno di 30 secondi al contatto con poche gocce d’acqua, creando la giusta quantità di prodotto monouso; la stabilità di peso, spessore e durezza è stata migliorata rispetto alla pressa a singolo punzone; inoltre, la produttività è aumentata di quattro volte.
Riferimenti
- [1] https://natrue.org/water-in-cosmetics-a-dive-into-water-free-beauty/
- [2] B. Webb, I cosmetici solidi diventeranno di uso comune? 22 luglio 2021, Vogue Business
- [3] https://ima.it/it/ima-digital/
