TEMA 21 SISTEMAS DISPERSOS HETEROGENEOS LÍQUIDO-LÍQUIDO: EMULSIONES. Dra. Mireia Oliva i Herrera

Transcripción

1 TEMA 21 SISTEMAS DISPERSOS HETEROGENEOS LÍQUIDO-LÍQUIDO: EMULSIONES Dra. Mireia Oliva i Herrera

2 Definición Las emulsiones son sistemas heterogéneos constituidos por dos líquidos no miscibles entre sí, uno de los cuales está dividido en forma de glóbulos en el otro. El tamaño de la fase dispersa es entre 0,1μm y 30μm.

3 NOMENCLATURA El tipo de emulsión se indica con dos letras separadas por una barra. O/A, O/W, H/E, L/H fase interna lipófila y fase externa hidrófila. A/O, W/O, E/H, H/L fase interna hidrófila y fase externa lipófila.

4 EMULSION O/W FASE CONTINUA O EXTERNA O DIPERSANTE ACUOSA FASE DISPERSA OLEOSA

5 EMULSION W/O FASE CONTINUA O EXTERNA O DIPERSANTE OLEOSA FASE DISPERSA ACUOSA

6 Signo de la emulsión A/O O/A

7 FACTORES DETERMINANTES DEL SIGNO DE LA EMULSIÓN SOLUBILIDAD DEL EMULGENTE RELACIÓN FASE / VOLUMEN Aquella fase en la cual el emulgente presenta mayor solubilidad será la fase continua. La relación fase-volumen no es decisiva para determinar el signo de una emulsión.

8 Agitación sin emulgentes

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10 GRADO de DISPERSIÓN ELEVADO EMULSIONES O/A DIÁMETRO MEDIO 5-30 micras ASPECTO BUENO 2-5 micras Lechoso FINO ALTO GRADO DE DISPERSIÓN 1-2 micras 0,1-1 micras Blanco, azulado y opaco 0,05-0,1 micras Grises semitransp. < 0,05 micras (microemulsiones) Dispersión transparente

11 Emulsiones múltiples Las emulsiones múltiples observadas al microscopio presentan dentro de las gotículas de fase interna, una gota de la fase dispersante. Existen emulsiones múltiples de fase externa acuosa (A/O/A) Existen emulsiones múltiples de fase externa oleosa (O/A/O).

12 Emulsión n múltiple m A/O/A

13 Tipos de emulsiones Según el tamaño de fase interna Problemas de estabilidad Según la concentración de fase interna Conportamiento viscoelástico Monodispersas, tamaño uniforme Polidispersas, tamaño no uniforme Emulsiones diluidas baja concentración Emulsiones concentradas concentración elevada Emulsiones muy concentradas (70%)

14 Utilización Vía oral Vía parenteral Vía tópica Generalmente se utilizan emulsiones O/A, para mejorar las características organolépticas de principios activos lipófilos. Generalmente se utilizan emulsiones O/A. La fase interna ha de presentar un tamaño inferior a 0,1μm y se debe homogeneizar muy bien. Se utilizan emulsiones O/A y A/O. Las emulsiones O/A son fáciles de eliminar y las A/O son resistentes al agua.

15 Componentes Fase hidrófila Fase lipófila El agua, los polioles y todos los componentes de la fórmula solubles en agua. Los aceites y todos los componentes liposolubles o en general no hidromiscibles. Conservantes: se utilizaran mezclas de conservantes de distinto coeficiente de solubilidad. Tensioactivos: se incorporan en la fase en la que son más afines. Esta fase será la fase externa de la emulsión.

16 Formación de la emulsión Agitación para emulsionar Agitación para enfriar Fase Acuosa Tª 65-70ºC Fase oleosa Tª 65-70ºC EMULSION O/W (aceite/agua)

17 TRABAJO DE FORMACIÓN DE LAS EMULSIONES Para conseguir que un líquido se disperse dentro de otro se debe aportar energía en forma de trabajo mecánico (agitación). W = γ S W = trabajo γ = tensión interfacial S = incremento de superfície.

18 Volumen fase interna Superficie interfacial n = nº de partículas V = 4/3(n π r 3 ) = 4/3(n π d 3 /8)= n π d 3 /6 S = n 4 π r 2 = n 4 π d 2 /4 = n π d 2 Se desprecia la superficie de contacto inicial Dividiendo el volumen de la fase interna por la superficie interfacial V/S = π.d 3.n/6.π.d 2.n S = 6V/d W = 6γ.(V/d)

19 Tensión interfacial

20 Tensiones superficiales y tensiones interfaciales con referencia al agua (20ºC) Substancias Agua Glicerina Aceite de oliva Ácido oleico Benceno Cloroformo n-octanol Tetracloruro de carbono Tensión superficial (dinas/cm) Tensión interfacial (dinas/cm) ,5 45

21 EMULGENTES Para producir una emulsión estable es necesario disminuir la tensión interfacial o bien proteger la fase emulsionada con una película para impedir la rotura de los glóbulos. Esta es la razón por la cual se agregan sustancias emulgentes. Todos los emulgentes tienen la capacidad de acumularse en la interfase agua/aceite como películas superficiales y pueden actuar como barrera fisicoquímica.

22 TIPOS DE EMULGENTES Los emulgentes pueden clasificarse: Coloides hidrófilos Sólidos finamente divididos Tensioactivos

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24 TENSIOACTIVOS En sentido amplio los tensioactivos se definen como las sustancias capaces de variar la tensión superficial de los líquidos Estructuralmente los tensioactivos están formados por moléculas anfifílicas, con una marcada diferencia de polaridad entre zonas extremas de la molécula.

25 Esquema de un tensioactivo Grupo hidrófilo Grupo lipófilo

26 Aplicaciones de los tensioactivos La predicción del comportamiento y de las propiedades fisicoquímicas de los tensioactivos se determina con el índice HLB que representa numéricamente, en una escala de valores entre 0 y 20, el predominio de cada una de las partes de la molécula. Solubilización micelar Acción humectante Acción detergente Acción emulgente

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28 Elección del emulgente Los tensioactivos son los responsables del signo de la emulsión. La fase externa es la más afín al tensioactivo. HLB entre 8 y 16 Predomina en su molécula la parte hidrófila O/A HLB entre 3 y 8 Predomina en su molécula la parte lipófila A/O

29 HLB Requerido Determinados agentes emulgentes de un HLB dado funcionan mejor con una fase oleosa específica Es el valor óptimo de HLB (de un emulgente) para emulsionar una fase lipófila en agua. Cuando se trabaja con un emulgente que presenta un HLB igual al HLB requerido de la fase lipófila de una emulsión, tendremos: Tamaño de gota mínimo <0,5 μm Estabilidad máxima Viscosidad mínima

30 HLB Requerido para emulsionar Emulsión A/O Emulsión O/A Aceite de algodón 7,5 Solubilización Parafina líquida ,5 Vaselina ,5 Ácido Esteárico Cera de abejas Esencias Vitaminas lipos. 16,5 Lanolina anhidra Aceites vegetales 6-10

31 HLB requerido para una mezcla de sustancias lipófilas Si la fase lipófila está formada por varios componentes el HLB requerido de la mezcla será igual a la suma del HLB requerido de cada uno de los componentes multiplicado por la cantidad del componente en la mezcla HLB requerido por la fase lipófila HLB requerido = Σ HLB i X i

32 HLB Requerido para una formulación Cera...5 partes (HLB: 15) Parafina líquida...26 partes (HLB: 10) Aceite hidrogenado...18 partes (HLB: 9) Polialcohol...4 partes Emulgente...10 partes Agua purificada, c.s.p partes HLB requerido por la fase lipófila: 5x x x9 = 49X X = 10,14

33 Determinación experimental del HLB de un emulgente Emulgentes A Tween 60 (14,9) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 B X 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Fase oleosa Fase acuosa Parafina líquida HLB requerido=11 Agua purificada 2ml 8ml 0,3x14,9 + 0,7xX = 1x11 X=9,3

34 Estabilidad de las emulsiones Para que una emulsión sea estable se debe escoger el emulgente adecuado La película que se forma alrededor de la fase interna debe ser: Flexible Elástica Resistente Continua

35 Estabilidad de las emulsiones Para mejorar la película y por tanto la estabilidad se utiliza más de un tensioactivo: un buen formador (disminuye la tensión interfacial) y un buen estabilizador (forma una capa compacta). 1 TENSOACTIVO SOLO MEZCLA DE TENSOACTIVOS

36 Estabilidad de las emulsiones Los coloides hidrófilos forman barreras mecánicas con propiedades viscoelásticas

37 Estabilidad de las emulsiones El líquido que humecte mejor al sólido, Θ 90º, es la fase continua. Esta interfaz es más fuerte mecánicamente que una constituida por solutos.

38 Factores que pueden romper una emulsión Adición de una sustancia química incompatible con el agente emulsificante (sustancias con carga iónica contraria) Cambios de temperatura. Un aumento de la temperatura provoca modificaciones de la película porque puede modificar el carácter hidrófilo lipófilo de la molécula del tensioactivo utilizado. La temperatura de inversión de fases PIT es aquella en la que el emulgente tiene el mismo carácter hidrófilo que lipófilo. Crecimiento bacteriano

39 INESTABILIDAD FÍSICA Processos reversibles Sedimentación Floculación Puede ser directa: Vsed.=[2r 2 (dint.-dext.)g]/9η Puede ser inversa, las gotas se desplazan hacia la superfície porque son menos densas que la fase externa (cremado). Es un proceso reversible por agitación. Las gotículas se agregan pero no se rompen (atracciones en el mínimo secundario). Para evitarlo podríamos modificar el potencial ζ.

40 Cremado Emulsión Sedimentación

41 INESTABILIDAD FÍSICA Procesos irreversibles Coalescencia Se rompe la película y las gotas se fusionan. La película no tiene las características adecuadas, se puede evitar añadiendo un segundo tensioactivo o un coloide viscosizante o partículas finamente divididas.

42 INESTABILIDAD FÍSICA Maduración de Ostwald o difusión molecular Proceso por el cual las gotas más pequeñas se solubilizan en las mayores, provocando un aumento de tamaño. Para evitar este proceso, se debe obtener una distribución de tamaño homogénea.

43 Emulsión A/O Inversión de fase Emulsión O/A Cremado Sedimentación Energía libre Floculación Coalescencia Separación de fases