Wasser-in-Öl-Emulsionen – Struktur, Stabilität und High-End-Sensorik

Wasser-in-Öl-Emulsionen zählen zu den anspruchsvollsten, aber zugleich leistungsstärksten Emulsionssystemen der modernen Kosmetik. Während O/W-Systeme den Markt dominieren, entfalten Wasser-in-Öl-Emulsionen ihre Stärken überall dort, wo Schutz, Wasserfestigkeit, Barrierepflege und ein besonders luxuriöses Hautgefühl gefragt sind.

Was macht eine Wasser-in-Öl-Emulsion einzigartig?

Eine Wasser-in-Öl-Emulsion besteht aus fein verteilten Wassertröpfchen, die von einer äußeren Ölphase umgeben sind. Diese besondere Struktur sorgt für:

• starken Okklusionseffekt
• intensiven Barriereschutz

– ausgezeichnete Wasserfestigkeit.

– hohe Kältebeständigkeit.

– ideale Pigmentsuspension.

– reichhaltige, dennoch oft elegante Sensorik

Wasser-in-Öl-Emulsionen kommen deshalb besonders häufig in Sonnenschutz, Babycremes, Winterpflege, Make-up und wasserfesten Formulierungen zum Einsatz.

Der Emulgator ist das Fundament jeder stabilen Wasser-in-Öl-Emulsion

Damit eine Wasser-in-Öl-Emulsion stabil bleibt, benötigt sie lipophile Emulgatoren mit niedrigen HLB-Werten. Diese bilden einen stabilen Film um die Wassertröpfchen und verhindern so deren Verschmelzen. Optimal wird dieser Emulgator durch Co-Emulgatoren ergänzt, die die Grenzflächenstruktur weiter verdichten.

Eine präzise Kombination ist entscheidend für Stabilität, Textur und Sensorik.

Stabilisatoren sind das interne Gerüst der Emulsion

Stabilisatoren wie Wachse, Hydrogenated Castor Oil, Magnesiumstearat, Trihydroxystearin oder Organoclays spielen eine essenzielle Rolle. Sie:

• reduzieren die Beweglichkeit der Wassertröpfchen.
• erhöhen die mechanische Stabilität.
• verbessern die Viskositätskontrolle.
• sorgen für ein harmonisches Hautgefühl.
• unterstützen die Wärme- und Langzeitstabilität.

Gerade Organoclays ermöglichen eine thixotrope Struktur und sind somit perfekt für elegante, standfeste Texturen geeignet.

Glycerin in Wasser-in-Öl-Emulsionen ist weit mehr als ein Feuchthaltemittel: Es wirkt innerhalb der inneren Phase stabilisierend, schützt die Tröpfchen vor Frostschäden und erhöht die Kaltstabilität der Formulierung. Höhere Konzentrationen verbessern zudem die Elastizität und Haltbarkeit des Systems – ein wichtiger Faktor für Outdoor- und Winterpflegeprodukte.

Die Wahl der Ölphase ist der Schlüssel für Eleganz und Stabilität

In einer Wasser-in-Öl-Emulsion bestimmt die Ölphase maßgeblich:

• Viskosität
• Sensorik
• Stabilität
• Temperaturbeständigkeit

Unpolare Öle stabilisieren hervorragend, mittelpolare Öle balancieren Eleganz und Performance aus, hochpolare Öle müssen hingegen gezielt und sparsam eingesetzt werden. Ein abgestimmter Öl-Mix entscheidet über das „Gefühl“ der gesamten Formulierung.

Salz als Stabilitätsbooster

Kleine Mengen Salz können in Wasser-in-Öl-Emulsionen erstaunlich große Effekte haben. Sie unterstützen einen kompakteren Grenzflächenfilm und verlangsamen das Tropfenwachstum. Das Ergebnis ist eine deutlich stabilere Emulsion.

Schon kleine Mengen Salz (meist sind 0,7% bis 1% ausreichend) können die Stabilität einer W/O-Emulsion deutlich verbessern:

• reduziert die Anziehungskraft zwischen Wassertröpfchen, wodurch die Koaleszenz verringert wird.
• erhöht den osmotischen Druck in kleinen Tröpfchen, wodurch die Ostwald-Reifung verlangsamt wird.
• „dehydriert” hydrophile Kopfgruppen leicht, wodurch kompaktere Grenzflächenfilme ermöglicht werden.

Unsere Empfehlung von geeigneten Salzen:

• Natriumchlorid (NaCl)
• Magnesiumsalze
• Zinksalze (z. B. Zinc PCA; Zinksulfat)

Der Herstellungsprozess ist einer der wichtigsten Erfolgsfaktoren

Die Prozessführung ist entscheidend.

1. Wasser langsam in die Ölphase einarbeiten.
2. Erste Homogenisierung heiß, zweite bei ~25 °C.
3. Temperaturspitzen vermeiden.
4. Ein optimales Wasser-Öl-Verhältnis (50–75 % Wasseranteil) wählen.
5. Die Tropfengröße sollte nicht zu stark reduziert werden.

Jede Abweichung kann die Stabilität massiv beeinflussen. Deshalb gilt: Keine Emulsionsart ist so abhängig von der Prozesspräzision wie eine Wasser-in-Öl-Emulsion.

Troubleshooting – typische Herausforderungen:

Häufige Probleme sind:

• Phasentrennung
• zu niedrige Viskosität
• körnige Texturen
• schlechte Hitzestabilität
• Lufteinschlüsse

Diese lassen sich meist durch Optimierung des Emulgatoranteils, der Strukturgeber, der Ölphase und der Prozessschritte lösen.

Fazit Wasser-in-Öl-Emulsionen

Eine Wasser-in-Öl-Emulsion zu formulieren, bedeutet, Strukturmechanik, Phasenverhalten und Sensorik perfekt zu vereinen. Wer die richtige Balance aus Emulgator, Ölphase, Stabilisatoren und Prozessführung findet, erhält Formulierungen mit außergewöhnlicher Performance – von hochwirksamem Sonnenschutz bis hin zu luxuriösen Pflegecremes.

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Literatur:

Effect of water content on stratum corneum penetration mechanism of W/O type microemulsions.

Nakamura E, Iwase H, Arima-Osonoi H, Sakuragi M.RSC Adv. 2023 Jun 12;13(26):17742-17749

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