EMULSIONES

DEFINICIÓN.

Una emulsión es una mezcla de dos o más líquidos que normalmente son inmiscibles.

Pertenecen a una clase más general de sistemas de dos o más componentes llamados coloides.

Usar uno y otro término de manera indistinta no es correcto: una emulsión es un colide, al igual que un sol, un aerosol, un gel, etc.

COMPONENTES DE UNA EMULSIÓN.

Las emulsiones constan esencialmente de dos fases: la fase dispersa, interna o discontínua y la fase dispersante, externa o contínua. La frontera entre ellas se denomina interfase.

TERMODINÁMICA DE UNA EMULSIÓN.

Las emulsiones normales son termodinámicamente inestables, esto es, luego de un cierto tiempo tenderán sus fases a separarse.

Para mantener una emulsión será necesario batir, agitar o someter a la acción del ultrasonido.

EXCEPCIONES A LA REGLA.

Las llamadas microemulsiones (con un tamaño de partícula de la fase dispersa menor a 0.1 mm) son termodinámicamente estables, mientras que las nanoemulsiones (aquí con 20 – 500 nm) son cinéticamente estables. Son transparentes. Los intervalos de tamaño de partícula varían de autor a autor.

TIPOS DE EMULSIONES.

Simples: hidrófilas-lipófilas (H/L) o lipófilas-hidrófilas (L/H). Las fases se representan también con las letras W-O (de water y oil), pero para algunos autores esta opción no es de su agrado.

Triples: constituidas por una fase grasa, una fase acuosa y una fase sólida, o bien una que sea a la vez hidrófila y lipófila.

Múltiples: L/H/L o H/L/H. Microemulsiones. Nanoemulsiones

FACTORES QUE AFECTAN LA ESTABILIDAD. La tensión interfacial tiende a

disminuir la superficie de separación, lo que induce la agregación de partículas. En este fenómeno, llamado coalescencia (irreversible) las partículas dispersas se engrosan cada vez más hasta producir la separación de las fases.

Para contrarrestar este fenómeno se emplean tensoactivos que se orientan hacia la interfase y que establecen uniones entre ambas fases.

FACTORES QUE AFECTAN LA ESTABILIDAD. Otro factor es la gravedad, que tiende a

hacer migrar las partículas. La velocidad de migración obedece teóricamente la ley de Stokes.

Se habla de un cremado si las partículas dispersas migran hacia arriba; si lo hacen hacia abajo el proceso se denomina sedimentción.

Para evitar este fenómeno en el que no se afecta el tamaño de las partículas dispersas se puede optar por disminuir el tamaño de éstas, elegir fases de densidad similar y aumentar la viscosidad del medio dispersante.

GEORGE GABRIEL STOKES

1819-1903

La velocidad de migración v que siguen las partículas dispersadas obedece a:

v = r (r1 – r2)/9h

Donde r = radio de las partículas dispersadas, r1 = densidad del medio dispersante, r2 = densidad del medio dispersado, h = viscocidad del medio dispersante.

LEY DE STOKES.

El valor del potencial electrocinético o potencial zeta debe ser suficientemente elevado para mantener a las partículas dispersas separadas unas de otras. Cuando las cargas son muy numerosas, la diferencia de potencial con el medio que le rodea es importante y las partículas se repelen entre sí.

Cuando las cargas están total o parcialmente neutralizadas, las partículas dispersas se agrupan. Éste es el fenómeno de floculación.

La floculación es teóricamente reversible por agitación, pero habla de una estabiulidad precaria.

FACTORES QUE AFECTAN LA ESTABILIDAD.

El efecto de la temperatura para la formación y estabilidad de las emulsiones es importante, ya que de ella depende el tipo de interacciones entre las moléculas presentes (no debe perderse de vista que mucho de lo que se ha discutido y se discutirá es válido solo a temperaturas cercanas a 20-25°C).

La temperatura influye en la solubilidad de todos los compuestos presentes (aceites, proteínas, polisacáridos, emulsionantes) y sus interacciones, así como en la viscosidad de la emulsión (entre otros factores). La temperatura a la cual una emulsión cambia su fase dispersa a continua (H/L a L/H o viceversa), se denomina temperatura de inversión de fase y se debe conocer en nuestro sistema a preparar para evitar llegar a ese punto.

FACTORES QUE AFECTAN LA ESTABILIDAD.

La difusión molecular o maduración de Ostwald también influye. En este caso las moléculas de las partículas dispersas pequeñas progresivamente se van incorporando hacia las partículas más grandes haciéndolas aún mayores, lo que origina un aumento de la viscocidad. Una elevada viscosidad evidentemente está asociada a una mala dispersión del componente de la fase dispersa.

FACTORES QUE AFECTAN LA ESTABILIDAD.

Fase lipófila: es la que condiciona con más frecuencia las carácterísticas del producto acabado. La elección de los componentes estará basada en términos de la viscosidad (en función a su vez del porcentaje de cada uno de los ingredientes), el carácter graso y la penetración cutánea deseados.

Fase hidrófila: está constituida principalmente por agua. Sales, glicerol, propilenglicolazúcares, urea y ácido láctico y sorbitol influyen en la actividad del agua.

¿CÓMO FORMULAR UNA EMULSIÓN?

Existen muchas opciones, pero debe tenerse en cuenta que el emulsificante debe sersoluble en la fase externa.

En las formulaciones cosméticas se reconocen cuatro grupos, a saber: emulgentes no iónicos, emulgentes gelificantes, bases autoemulsionables y emulgentes iónicos.

EMULSIONANTES O EMULGENTES.

Un ejemplo es el estearato de trietanolamonio, un emulsionante iónico presente en algunas preparaciones dermofarmacéuticas y en algunos productos de maquillaje.

EMULSIONANTES O EMULGENTES.

En la siguiente tabla se dan las proporciones alrededor de las cuales se preparan las diferentes emulsiones utilizadas en la industria cosmética (leche = fluidas; crema = consistente).

COMPOSICIÓN DE UNA EMULSIÓN.

Fase grasa Emulgente Fase

acuosaEmulsión L/H (leche) 8 - 20 % 3 – 5 % cbp 100 g

Emulsión L/H (crema) 15 – 30 % 5 % cbp 100 g

Emulsión H/L (leche) 30 – 40 % 8 – 10 % cbp 100 g

Emulsión H/L(leche) 25 – 30 % 8 – 10 % cbp 100 g

EMULSIONES ESPECIALES.

Sin agua. Agua en silicón. Oil free. HIPRE. Catiónicas. Transparentes. Sólidas Sin tensoactivo. Para spray.

Introducción a la dermofarmacia y a la cosmetología.

MARIE-CLAUDE MARTINI Editorial Acribia, S. A.

Zaragoza, España, 2005. p. 334. TT957 M3718 2005

¿CÓMO PREPARAR UNA EMULSIÓN SIMPLE?. Calienta la mezcla de los emulsionantes con la fase grasa y

mezclarlos perfectamente: a 70 ºC para las L/H y a 90 ºC las H/L hasta conseguir su perfecta fusión.

La fase acuosa se calinta a la misma temperatura. Se mezclan rápidamente (salvo cuando el emulgente es una base

autoemulsionable) ambas fases. Se obtiene una emulsión directa en el caso de las emulsiones de agua en aceite (H/L) y una emulsificación por inversión de fase en el caso de las emulsiones de aceite en agua (L/H).

El enfriamiento se hace con agitación lenta. Algunos protocolos exigen una lento y cuidadoso enfriamiento.

Los activos termolábiles se introducen a los 40 ªC o menos, los perfumes a 30 ªC.

PARÁMETRO HLB PARA UN TENSOACTIVO. El balance o equilibrio hidrófilo-lipofílico HLB, de un

tensoactivo es una medida del grado en el que su molécula es hidrofílica o lipofílica Se determina tomando en cuenta las diferentes “regiones” de una molécula siguiendo los criterios establecidos por como describe Griffin en 1949 y 1954.

Griffin ideó una escala arbitraria de valores para clasificar a los tensoactivos como lipofílicos, con valores de HLB bajos (de 1-9), e hidrofílicos, con valores de HLB altos (10-18). Dentro de estos grupos se encuentran otros subgrupos debido a sus propiedades físico-químicas.

PARÁMETRO HLB PARA UN TENSOACTIVO.

El método de Griffin para tensioactivos no iónicos hace uso de la siguiente ecuación:

HLB = 20 * Mh /M

Donde Mh es la masa molar de la parte hidrófila de la molécula y M la masa molar de toda la molécula, dando un resultado en una escala de 0 a 20. Un valor de HLB de 0 corresponde a una molécula completamente hidrofóbica y un valor de 20 a una molécula completamente hidrofílica.

PARÁMETRO HLB PARA UN TENSOACTIVO.

El valor HLB se puede utilizar para predecir las propiedades tensoactivas de una molécula: si es menor a 10 será soluble en lípidos, y si es mayor a 10 será soluble en agua.

Otra interpretación de los resultados, ésta en términos de sus propiedades fisicoquímicas, es la siguiente: de 1.5 a 3 se considera un agente antiespumante; de 3 a 6 un emulsionante para preparaciones de agua en aceite (H/L o W/O); de 7 a 9: un humectante; de 13 a 15 un detergente; de 12 a 16: un emulsionante para preparaciones de aceite en aguae (L/W u O/W); finalmente, de 15 a 18 es un solubilizante o hidrótropo.

PARÁMETRO HLB PARA UN TENSOACTIVO.

Posteriormente J. T. Davies propone un método basado para el valor de HLB basado en los grupos funcionales de la molécula. La ventaja de este método es que toma en cuenta el efecto de grupos en función de su tendencia hidrofílica. Aquí se usa:

HLB = S mh* Hh – S nl* Hl + 7

mh = número de grupos hidrófilos en la molécula Hh = valor de los grupos hidrófilos mh = número de grupos lipófilos en la molécula Hh = valor de los grupos lipófilos

PARÁMETRO HLB PARA UN TENSOACTIVO.

Valores para el método de Davies.

PARÁMETRO HLB PARA UN TENSOACTIVO.

Grupos hidrofílicos Valor del grupo hidrofílico -OSO3Na 38.7

-CO2K 21.1

-CO2Na 9.4

-NR3+ 9.4

Éster (anillo de sorbitano) 6.8 Éster (libre) 2.4 -CO2H 2.1

-OH 1.9 -O- (éter) 1.3 -OH (anillo de sorbitano) 0.5

Valores para el método de Davies.

PARÁMETRO HLB PARA UN TENSOACTIVO.

Grupos lipofílico Valor del grupo lipofílico -CH3, metilo, carbono primario -0.475

-CH2-, metileno, carbono secundario -0.475

-CH=, netino, carbono terciario -0.475 =C=, carbono cuaternario -0.475

Ácido oleico: 1.

Triestearato de sorbitano: 2.1.

VALORES DE HLB PARA ALGUNOS TENSOACTIVOS.

Monoestearato de sorbitano: 4.7.

Monolaurato de sorbitano: 8.6.

VALORES DE HLB PARA ALGUNOS TENSOACTIVOS.

Polisorbato 65: 10.5.

Polisorbato 80: 15.

VALORES DE HLB PARA ALGUNOS TENSOACTIVOS.

Polisorbato 20: 16.7.

Lauril sulfato de sodio: 40.

VALORES DE HLB PARA ALGUNOS TENSOACTIVOS.