化妆品研发必读｜一文搞懂油包水乳液的配方设计与制备关键|乳化剂|化妆品|增稠剂|油包水乳液|硅油|表面活性剂

乳液作为化妆品的重要剂型，通常分为水包油（O/W）和油包水（W/O）两类。顾名思义，油包水乳液的连续相为油，而水相则分散为微小的水滴，均匀包裹于油相内部。这种结构赋予了W/O乳液独特的性能，如卓越的防水能力、更持久的滋润效果以及更佳的封闭性，因此近年来逐渐受到高端护肤、防晒和底妆市场的青睐。

尽管配方设计和制备工艺相对复杂，但通过科学合理地选择乳化剂、精确控制水油比例并有效使用稳定助剂，油包水乳液能够实现稳定、舒适的肤感，满足现代消费者对高性能化妆品的多元需求。下面，本文来介绍化妆品中油包水乳液的内容。

一、油包水（W/O)乳液乳化剂的选择

油包水乳化剂的选择原则

油包水型乳液需要使用以油相为连续相的乳化剂（通常HLB值约为3–6）。这类乳化剂在油和水界面上排列，其亲水部分朝向内侧，以稳定分散在连续油相中的水滴。
为了避免与pH或离子相关的问题，常使用非离子型表面活性剂。
乳化剂的选择应与油相的极性匹配——极性乳化剂更适用于极性油，非极性乳化剂则适合非极性油（遵循“相似相溶”的原则）。
若油相主要为硅油，应优选与硅兼容的乳化剂（如PEG-x聚二甲基硅氧烷）以获得更佳稳定性。
通常会将主乳化剂（低HLB值）与稳定剂组合使用以提升效果。

常见油包水乳化剂

油包水乳化剂有很多，下面列举部分在化妆品中常用的乳化剂示例。

硅油改性乳化剂

ABIL® EM 90 （Cetyl PEG/PPG-10/1 Dimethicone，HLB ~5），基于硅油改性的乳化剂，兼容性好，能和矿油、硅油、脂肪酸酯、甘油三酯兼容。用量在2%左右即可提供稳定的配方。广泛用在硅油体系的底妆，防晒，和滋润型面霜当中，同时可以兼容其他油脂。代表产品：理肤泉B5多效修复霜，YSL圣罗兰恒久完美无瑕粉底液。

PEG-10 Dimethicone，PEG-10 聚二甲基硅氧烷，HLB ~4-5（多个市售产品，如KF-6017，DOWSIL™ ES-5612 ，Gransurf 67），常用的硅油包水乳化剂，使用后在皮肤上留下轻盈、不油腻的感觉。它可以在彩妆、护肤、防晒、护发和止汗剂和除臭剂等多种个人护理应用中使用。代表产品：雅诗兰黛多效智妍面霜，倩碧匀净淡斑多效精华露，伊思丁多维光护水感防晒。

KF-6038（Lauryl PEG-9 Polydimethylsiloxyethyl Dimethicone，月桂基 PEG-9 聚二甲基硅氧乙基聚二甲基硅氧烷）含支链的硅油改性的乳化剂，在油相中含有大量硅油时效果显著，且比PEG-10 聚二甲基硅氧烷兼容性和乳化能力更强。常用于高端贵妇面霜，粉底液中，代表产品：赫莲娜黑绷带面霜。

聚甘油类乳化剂

如BASF Dehymuls PGPH（Polyglyceryl-2 Dipolyhydroxystearate，聚甘油-2 二聚羟基硬脂酸酯），——源自天然油脂的多用途乳化剂，是大分子的乳化剂，稳定性强，被视为“绿色”选择。一般用在W/O防晒乳中，或者作为助乳化剂用在O/W乳霜中，增加滋润感。

Lameform® TGI（聚甘油-3 二异硬脂酸酯），在不加热的冷配工艺中也能发挥作用，尤其适合质地偏油润的护肤膏、唇膏或软膏类产品，能带来良好的稳定性和肤感。也会与Dehymuls PGPH搭配使用。

ISOLAN® GI 34（Polyglyceryl-4 Isostearate，聚甘油-4 异硬脂酸酯）是类皮脂结构的亲油型多聚甘油异硬脂酸酯，抗氧化性佳。适用于25-35%油相的W/O乳液，配合蜡类使用更稳。可添加甘油和硫酸镁增强稳定性。常与EM 90搭配使用。

PEG衍生乳化剂（非硅油类）

如PEG-30 Dipolyhydroxystearate（Croda Cithrol DPHS，HLB ~5.5）是一种多功能的水包油（W/O）型乳化剂，适用于乳液和面霜。它具有独特能力，可形成非常稳定、流动性好、低黏度的乳液，易于在皮肤上延展，带来轻盈肤感，这在传统W/O乳液中较为少见。可以和大部分油脂相容，除了硅油占比较大之外。

山梨醇酯类

如油酸山梨醇酯（Span 80，HLB ~4.3）和硬脂酸山梨醇酯（Span 60，HLB ~4.7）——非离子型乳化剂，常与蜡或辅乳化剂一起用于乳霜类产品。山梨醇脂肪酸酯用作彩妆和防晒产品中颜料的润湿剂和分散剂，以及氧化锌/二氧化钛的分散剂。

天然/复合乳化剂

如羊毛脂醇（源自羊毛蜡，用于Nivea®冷霜等经典油包水配方，商品名为“Eucerit”）——既可作为乳化剂，也具稠度调节作用；金属皂类（如硬脂酸钙或镁）常作为辅乳化剂使用，用于凝胶化油相、提升稳定性。

辅乳化剂与稳定助剂

油包水配方中常加入油相稳定剂如蜂蜡、石蜡、金属硬脂酸盐或疏水性粘土(如改性膨润土），以加强界面稳定。这些成分通过增稠连续油相，防止水滴聚并。例如，蜂蜡可通过增稠油相稳定油包水体系。某些无机颗粒（如Disteardimonium Hectorite）可通过Pickering稳定机制起作用，同时有助于颜料分散，常用于油包水粉底液中。

用量范围

油包水乳化剂通常在1–5%浓度范围内即可生效，常与其他乳化剂搭配使用以增强稳定性。例如，Polyglyceryl-4 Isostearate与Cetyl PEG/PPG-10/1 Dimethicone的组合（可作为预混物获得）广泛用于硅油粉底液中。总之，选择与油相及配方需求匹配的亲油型乳化系统是油包水乳液成功的关键。

二、配方设计要点

设计稳定且具有良好肤感的油包水乳液，并不简单，需要特别注意相比例、流变性（粘弹性）与成分相互作用之间：

相比例（水相 vs 油相）

内相（水）比例必须控制在乳化剂与连续油相能够稳定的范围内。多数油包水乳液含有20–50%的水，但一些高内相的W/O霜剂可含有超过60–70%的水。随着水比例上升，体系粘度通常也会增加（因水滴间拥挤）直到相反转的临界点。高内相（>60%水）可因水滴紧密堆积形成非常厚重的膏霜，但若比例过高，乳液可能转变为水包油（O/W）结构。

在高水含量条件下，乳化剂的选择与用量变得尤为关键，以维持油包水结构。每种乳化剂系统对水的最大承载量是有限的（例如紧密堆积球体模型理论上限为约74%），超过该值会导致乳液反转或水滴合并。在配方开发初期，需尝试不同水油比例以确定稳定范围，并确认乳化剂是否能容纳该比例的水。

连续油相的粘度与增稠剂

不同于水包油乳液，油包水体系的连续相是油，相较之下其内在粘度较低，因此增稠油相是关键，以防止水滴沉降或合并。常见的油相增稠剂包括：

蜡类与脂肪醇：如微晶蜡、地蜡、鲸蜡醇等，在冷却时可使油相增稠或固化，形成稳定结构，锁住水滴。

金属皂类胶凝剂：如硬脂酸镁或铝，可在油中形成三维凝胶网络，提升体系黏度与稳定性（如Nivea®冷霜中含有硬脂酸镁与蜡类共同稳定体系）。

疏水性粘土：如改性膨润土（如Bentone®），可在油中膨胀形成触变性凝胶，防止相分离。

聚合物型增稠剂：如聚酰胺凝胶、疏水丙烯酸共聚物、硅凝胶等，可在不影响肤感的情况下增稠油相，广泛应用于现代化妆品中。

使用这类增稠剂可为油包水乳液提供“结构体积”，有效悬浮内相水滴，使其不易沉降或上浮。理想状态下应形成一个稳定的连续油相三维结构，能在整个货架期维持水滴均匀分布。例如W/O粉底液中常用膨润土加二氧化硅增稠富含硅油的油相，以防止颜料沉降。

电解质与pH值

配方师都知道如何通过成分表来快速判断是否是W/O乳液：一方面看乳化剂，另外还有一个很重要的方面就是看看配方中是否添加了无机盐。

向水相中添加盐是一种公认的提高油包水稳定性的方法。那么，在油包水乳液中添加无机盐（通常为：NaCl、MgSO4、CaCl2、MgCl2）目的何在？

抑制奥斯特瓦尔德熟化：无机盐的加入可以通过调节乳液中小水滴和大水滴之间的压力差，减少水滴之间的水分扩散，从而抑制奥斯特瓦尔德熟化。这一过程能够延长乳液的稳定时间。
降低界面张力：无机盐，能够降低油-水界面的界面张力，从而增强乳液的稳定性。盐的存在通过增强表面活性剂分子的吸附密度，增加界面的粘弹性，使得乳液更不容易发生聚结和沉降。
降低水滴之间的吸引力：无机盐通过增加水相的折射率，降低水滴之间的范德华力。这减少了水滴之间的碰撞频率，从而提高了乳液的稳定性。
影响表面活性剂的吸附：某些无机盐（如CaCl2）能够与油相中的自由脂肪酸结合，减少脂肪酸对表面活性剂的竞争吸附，从而增强表面活性剂在油水界面的吸附，进一步稳定乳液。

研究表明，1%的NaCl或MgSO₄可显著减小水滴粒径、降低迁移行为。因此，多数油包水配方的水相中都会适当添加电解质。

pH值的调控也很关键，因为外相是油，最终体系的pH需通过特殊方法测定（如破乳或稀释测法）。配方设计时应提前调整水相pH（如皮肤产品建议调至5–6），若使用酸性或碱性活性物，应在乳化前中和，以防对乳化剂造成破坏（如酯基乳化剂在极端pH下易水解）。总结来说：调控内相pH不仅是为了活性成分兼容性，也关系到乳化体系稳定性。

油包水乳液稳定策略

油包水乳液的热力学稳定性本就不如水包油（主要因界面张力较大），故配方中常采用多种策略协同稳定：

多种乳化剂复配
：通过主乳化剂（低HLB）与聚合物类辅乳化剂组合，可增强界面膜形成、提高初乳化效果并增强长期稳定性。
添加无机盐
：上文已经提到。
水滴尺寸
：水滴尺寸越小，乳液的沉降速度越慢，聚结的可能性也越低。因此，乳化过程中的剪切速率、乳化剂浓度和水油相比例对水滴大小和分布起着决定性作用。
抗氧化剂
：由于外相是油脂，需加入抗氧化剂以防油脂氧化。常用如维生素E（生育酚）、迷迭香提取物、棕榈酸抗坏血酸酯等，特别适合含天然油的配方。
防腐剂
：虽说水被包裹在油中难以滋生微生物，但仍需对残留自由水提供广谱保护。常采用亲水型与亲油型防腐剂复配，例如苯氧乙醇（亲水）搭配苯甲醇（亲油），以保护两个相。
包装防蒸发
：采用密封良好的包装容器（如管装或瓶罐），防止水分蒸发导致配方浓缩进而破乳。

如何选择油脂

油相的选择对性能与肤感影响极大：

防晒型W/O
：常选用成膜性强的油，如苯甲酸烷基酯、异十六烷、硅油等，使产品具备良好防水性能。为避免油腻感，需搭配挥发性载体或轻质润肤剂。
保湿型W/O
：通常加入大量封闭性油脂（如矿脂、凡士林），有效减少经皮水分流失（TEWL），如凡士林可降低TEWL高达约98%。许多干性皮肤修复霜采用W/O结构并含有矿脂与蜡以封闭锁水。
粉底型W/O
：油相常含挥发性硅油（如环戊硅氧烷、异十二烷）在涂抹后蒸发，留下紧密附着的颜料膜。同时添加少量非挥发油（如酯类）提高展布性，避免干涩。注意乳化剂极性需与油相相匹配，避免极性差异过大导致乳化剂偏相，造成分层。

高油相比例提升防水性与封闭力，但可能油腻；高水相比例肤感轻盈，但易不稳定。通过合理搭配乳化剂与稳定剂，并微调相组成，可实现稳定且满足性能（如SPF、防水、保湿）与感官体验（如不粘腻、易推开）的油包水乳液。建议配方完成后进行严密测试，包括热稳定性、冻融循环、离心测试等，以确保系统对微小变动的敏感性在可控范围内。

三、制备过程

油包水乳液的配制需严格控制混合顺序和能量输入。以下是关键流程和参数：

相的预处理

分别称量油相与水相。加热至所需温度（一般为70–80 °C，适用于热制乳液），以熔化蜡类或固态乳化剂。确保所有油相成分（如润肤剂、乳化剂等）完全溶解。水相应含有所有水溶性成分（如保湿剂、盐等），并保持与油相温度一致。若为冷制乳化体系，请按照供应商说明操作。

乳化（将水加入油中）*

缓慢将水相加入油相并持续搅拌。油包水系统始终应将水加入油中（不可反向），以保持油为连续相。初期特别要缓慢滴加，让乳化剂逐步包裹水滴。若骤然加入水相，可能引起相反转或乳液破裂。搅拌时保持中速即可。

高速剪切混合

水全部加入后，进行高速剪切混合，使水形成细小分散粒子。油包水乳液通常需要较高能量（如实验室使用转子-定子均质机，转速3000–8000 rpm），以获得稳定的微小水滴。此步骤有助于降低界面张力、增强稳定性。一般持续均质5–15分钟。注意：一旦乳液变稠，应避免过度剪切，以免夹带空气或过热造成乳液不稳定。

冷却与搅拌

均质后持续慢速搅拌并冷却至室温。在冷却过程中，连续油相可能因蜡类/脂肪结晶而变粘稠。建议使用带刮壁功能的搅拌器以实现均匀冷却，并防止水滴分层或沉降。缓慢冷却还能防止高熔点脂肪类产生颗粒感，有助于形成细腻结晶结构。

最后添加敏感成分

待乳液降至<40 °C后，加入对热敏感或易挥发成分，通常包括防腐剂、香精、活性成分或挥发性硅油。若防腐剂为水溶性，应尽早加入水相以确保其进入水滴内相；若为油溶性，则应加入油相中，以保证在油包水体系中发挥作用。

四、油包水乳液的应用

油包水乳液广泛应用于多个化妆品类别，每类产品都充分利用了油相连续体系所带来的独特优势：

防晒产品（Sun Care）

W/O乳液在防晒配方中因其出色的防水性而备受青睐。油作为外相可在皮肤上形成疏水膜，不易被水或汗液冲刷掉。许多防晒活性物（尤其是油溶性或颗粒型的）能很好地固定在该油膜中。例如，无机矿物防晒剂（如氧化锌、二氧化钛）常以W/O或无水形式制备，以增强其附着力——事实上，多数高SPF值的无机防晒产品都是W/O乳液。

当汗水或泳池水接触W/O防晒膜时，乳化剂与外部油层不会让水重新进入乳液，因此不会发生“再乳化”，从而大大延长了防护时间。此外，W/O体系还能减少防晒成分的经皮吸收，活性成分保留在皮肤表面的油膜中，更不易渗透。W/O还可承载较高浓度的油相防晒剂，且对乳化剂的需求更少（相比O/W系统中高乳化剂用量可能导致起泡或刺激）。

虽然W/O防晒产品可能质地较厚重、稳定性挑战更大，但现代配方（如使用轻质硅油、聚合物乳化剂）已显著改善肤感，避免油腻或泛白问题。总的来说，对于“防水”或“极度防水”声称，W/O是首选技术路径。

保湿产品（乳霜与软膏）

很多滋润型面霜采用W/O乳液，尤其适用于干燥或受损肌肤。因其外相为油脂，能在皮肤上形成一层连续的脂质膜，相较O/W乳液具有更好的封闭性与屏障保护。W/O乳液可有效锁住水分、减缓经皮水分流失（TEWL），同时因含水成分，也能提供一定保湿感，兼具软膏的封闭功能与乳霜的水润肤感。

W/O特别适用于“抗寒防护霜”或“冷霜”，可在寒冷干燥环境中形成保护膜。经典如Pond’s冷霜或Nivea®面霜，都是著名的W/O乳液，以其浓郁滋养效果闻名（干性肌肤用户偏爱这种“成膜感”，但部分用户可能觉得略油腻）。

此外，W/O乳液可将水溶性保湿成分（如甘油、泛醇）置于内相，在涂抹过程中少量水相释放，提供即时保湿，而后由外部油膜继续锁水。某些对水不稳定的活性成分（如部分植物提取物或维C衍生物）在W/O体系中也更为稳定，因为它们主要存在于油相或受到油层隔绝氧气的保护。

W/O乳液相较O/W的关键优势是：保湿持久、屏障性强，非常适合严重干燥或湿疹型肌肤，尽管质地较厚重。

粉底与彩妆类产品

许多高性能粉底液和膏状彩妆为W/O乳液形式。W/O结构对颜料分散与持妆性均有提升：油为外相，使底妆更具防汗、防脱妆能力。油相亦可承载更多颜料，同时避免O/W系统中的快干问题，提升遮盖力和肤色均匀度。

W/O粉底常含挥发性硅油，涂抹后迅速蒸发，留下薄膜以固定颜料，带来长效妆容（许多号称“24小时持妆”或“超持久”粉底即采用W/O技术）。此外，W/O体系擅长进行颜料预分散：通过聚羟基硬脂酸酯在油中分散颜料，减少结块、提升均匀度。

虽然传统W/O粉底可能偏厚重或油腻，但新型乳化剂（如Gattefossé的Emulium® Illustro）可打造意想不到的轻盈肤感，维持优秀持妆性且不裂妆、不泛白。例如现代W/O粉底常被定位为“带色的保湿霜”，润肤同时着色。

与O/W相比，W/O底妆不易因氧化变色（因含水量低，水溶性氧化物质影响减弱），且更适合承载油溶性护肤成分（如维生素E或植物油）。

其他细分应用

W/O乳液也用于诸如防水睫毛膏、抗汗眼霜、医学护肤霜、护臀膏等特殊产品中。例如，屏障护手霜常为W/O结构，含高油量以抵抗刺激物，并能在多次洗手后仍留存于皮肤表面。此外，W/O乳液还可用作药膏基质，在皮肤上形成保护膜，有利于药物持续作用。

与O/W体系的比较优势

总的来说，W/O乳液在封闭性与持久性方面表现更优：

在皮肤表面形成连续油膜，保湿锁水能力强，保护性好（但肤感相对厚重）；
天然防水性强
，适合防晒、防汗型产品；
可溶解高浓度油溶性成分（如重质润肤剂、防晒剂、脂溶性维生素），而O/W体系往往需大量乳化剂才能承载；
某些情况下对皮肤刺激性更低：因W/O体系的乳化剂主要分布在油相，接触皮肤浓度更低；相比之下，O/W乳液中乳化剂全部位于外相（水），更易与皮肤直接接触。部分敏感肌用户更偏好W/O冷霜类产品，可能也是由于上述原因。

五、配方实例

以下是三个油包水（W/O）产品的样板配方，分别为：SPF 30防晒霜、滋润型面霜，以及长效粉底液。

注：以下配方未经过稳定性测试，仅供参考。

示例 5.1：SPF 30 防晒霜（防水型）

这是一款中等质地的防晒乳，结合有机防晒剂与物理屏障剂。W/O结构增强其防水能力。

配方结构与成分：

工艺说明：