TEORIA DE LAS EMULSIONES

CONTENIDO DEL TEMA

DEFINICIONDEFINICION FACTORES QUE AFECTAN LA FACTORES QUE AFECTAN LA

FORMACION Y ESTABILIDAD.FORMACION Y ESTABILIDAD. FISICO-QUIMICA Y FUERZAS ENTRE FISICO-QUIMICA Y FUERZAS ENTRE

PARTICULAS.PARTICULAS. SURFACTANTES Y SUS ESTADOS DE SURFACTANTES Y SUS ESTADOS DE AGREGACION.AGREGACION. ESTABILIZACION DE EMULSIONES.ESTABILIZACION DE EMULSIONES.

DEFINICION

““SISTEMA DE UN LIQUIDO DISPERSO SISTEMA DE UN LIQUIDO DISPERSO EN OTRO LIQUIDO INSOLUBLE”EN OTRO LIQUIDO INSOLUBLE”

USUALMENTE EN COSMETICA: USUALMENTE EN COSMETICA: AGUAAGUA Y Y ACEITEACEITE. ( . ( OO//WW y y WW//O O ))

O / W W / O

O / W / O ( Emulsiones múltiples ) W / O / W

FACTORES QUE DESESTABILIZAN EL SISTEMA DISPERSO

AGITAC.

REPOSO

1. Diferencias de tensiones superficiales de cada líquido.

2. Diferencias de densidades de cada líquido.

3. Movimiento Browniano de las partículas dispersas.

4. Fuerzas de atracción ó repulsión entre partículas.

INCREMENTO DE AREA INTERFASIALEMULSIONES

EMULSION O/W : 65 cm3 Agua + 35 cm3 Aceite

Area interfasial antes de emulsionar ( Vaso de Ǿ=10cm) = 75 cm2

Volumen = 4/3..R3. N = 35 cm3 ( N = N° de gotas )

Superficie interfasial = 4. . R2 . N

R ( µ ) S ( cm2 ) % de Emul. Potencia

10 100.000 0,012 0,015 Hp

1 1.000.000 0,12 0,15

0,1 10.000.000 1,20 1,5

1 µ = 10 - 4 cm

TENSION ó ENERGIA SUPERFICIAL

F

d

1 2

W = F. d = 2. γ . L . d = γ . S

γ = W / S [ dinas / cm ]

Tensión superficial = trabajo necesario para producir un aumento de superficie de 1 cm2

2 γ LL

ADSORCION DESDE SOLUCIONESEc. de GIBBS

J.W.GIBBS: Estableció que la concentración de un soluto en la superficie de un líquido sería mayor que en el seno de la solución diluida.

S = - c. (dγ / dc )

R.T

S = Exceso de concentración en la superficie / cm2

C = Concentración del soluto en el seno de la solución.

dγ/dc = Cambio de la tensión superficial.

R = Constante de los gases. T = Temperatura.

TENSION INTERFASIAL vs. % de TENSOACTIVOTENSION INTERFASIAL vs. % de TENSOACTIVO

Aceite de parafina / Agua: Tensión interfasial = 40,6 dinas/cm

Con 0,001 M de ácido oleico = 31,05 “

Neutralizado con NaOH ( jabón ) = 7,2 “

Agregando 0,001 M de NaCl = 0,01 “

γ1-2 = γ1 – γ2

TENSION INTERFASIAL vs. % de TENSOACTIVOTENSION INTERFASIAL vs. % de TENSOACTIVO

Aceite de parafina / Agua: Tensión interfasial = 40,6 dinas/cm

Con 0,001 M de ácido oleico = 31,05 “

Neutralizado con NaOH ( jabón ) = 7,2 “

Agregando 0,001 M de NaCl = 0,01 “

γ1-2 = γ1 – γ2

TENSOACTIVOS ANFIFILICOSTENSOACTIVOS ANFIFILICOS

Los tensoactivos anfifílicos tienen una Los tensoactivos anfifílicos tienen una cabeza polar cabeza polar y una y una cola hidrocarbonadacola hidrocarbonada..

S

O

OO

OO

O+Na-O

Aerosol OT

CLASIFICACION DE TENSOACTIVOSCLASIFICACION DE TENSOACTIVOS

AniónicoAniónico

CatiónicoCatiónico

ZwitterionicoZwitterionico

No-iónicoNo-iónico

N+

Br-

SO-Na+

O

ODodecil-Sulfato de Sodio

Bromuro de Cetil Piridinio

O

OP

O

OO

OCH2CH2N(CH3)3+

O-

Dipalmitoil-fosfatidil colina ( Lecitina)

O O O O OH

Polioxyetilene(4) lauril eter (Brij 30)

Arquitectura molecularArquitectura molecular

Aerosol OT( DIOCTILSULFOSUCCINATO )

Dodecil-Sulfato de Sodio

4 nm

Monómero Micela normal

sphericalMicela cilíndrica

Lamela bicapaMicela invertidaHexagonal invertida

AGREGADOS DE SURFACTANTEAGREGADOS DE SURFACTANTE

DIMENSIONES DE LA MOLECULA DE TENSOACTIVO vs. PARAMETRO DE AGRUPAMIENTO

P = v / a.L

Area efectiva

PARAMETRO DE AGRUPAMIENTO vs. FORMA DE LA MICELA

1/3 1/3 a 1/2 1/2 a 1 1 > 1

cono cono trunc. cono trunc. cilindro co.tr.inv.

esférica cilíndrica bicapa cur. bicapa lam. invertida

DISTRIBUCION DEL TENSOACTIVOCURVATURA DE LA INTERFASE

P 1/ 3 1 1,5 – 2

HLB 40 8 2 - 3

AGUA

ACEITE

INTERFASEγ1

γ2

γ1< γ2 O/W γ1 > γ2 W/O

HLB y USO DE LOS EMULSIONANTESHLB y USO DE LOS EMULSIONANTES

HLB 1 a 3.5: AntiespumasHLB 1 a 3.5: Antiespumas HLB 3.5 a 8: Emulsionantes agua en aceiteHLB 3.5 a 8: Emulsionantes agua en aceite HLB 7 a 9: Agente de mojado.HLB 7 a 9: Agente de mojado. HLB 8 a 16: Emulsionante aceite en agua.HLB 8 a 16: Emulsionante aceite en agua. HLB 13 a 16: DetergentesHLB 13 a 16: Detergentes HLB 15 a 40: Solubilizantes.HLB 15 a 40: Solubilizantes.

Los tensoactivos anfifílicos se caracterizan por su Los tensoactivos anfifílicos se caracterizan por su hydrophilic-lipophilic balance (HLB)hydrophilic-lipophilic balance (HLB): : Una relación Una relación molar de los grupos polares y los no polares.molar de los grupos polares y los no polares.

HLB REQUERIDOEs el HLB necesario para emulsificar una determinada fase aceite. Si hay varios ingredientes oleosos se calcula como la suma de los respectivos HLB requeridos multiplicados por cada fracción en peso. Los mismos se obtienen de tablas.

Calcular el HLB requerido para emulsionar o/w una mezcla de 15 g de alcohol cetílico, 1g de cera de abejas y 2 g de lanolina.

Ingrediente HLB Requerido Fracción Aporte

Alcohol cetílico 15 15 / 18 12,5

Cera de abejas 12 1 / 18 0,7

Lanolina 10 2 / 18 1,1

HLB TOTAL REQUERIDO.......................................... 14,3

HLB de MEZCLASHLB de MEZCLAS

HLB de mezclas: Cuál es el HLB de una mezcla de 40 % HLB de mezclas: Cuál es el HLB de una mezcla de 40 % de Span 60 ( HLB = 4,7 ) y 60 % de Tween 60 (HLB = de Span 60 ( HLB = 4,7 ) y 60 % de Tween 60 (HLB = 14,9 )14,9 )

4.7 x 0.4 + 14.9 x 0.6 = 10.84.7 x 0.4 + 14.9 x 0.6 = 10.8 En qué proporción se deberá mezclar Span 80 ( HLB = 4,3 )En qué proporción se deberá mezclar Span 80 ( HLB = 4,3 )

y Tween 80 ( HLB = 15,0 ) para obtener un HLB requeridoy Tween 80 ( HLB = 15,0 ) para obtener un HLB requerido

de 12,0 ?de 12,0 ?

4,3 . ( 1 – x ) + 15 x = 12 x = 0,724,3 . ( 1 – x ) + 15 x = 12 x = 0,72 72 % Tween 80 y 28 % Span 8072 % Tween 80 y 28 % Span 80

Las mezclas de tensoactivos se utilizan para lograr Las mezclas de tensoactivos se utilizan para lograr efectos emulsionantes específicos.efectos emulsionantes específicos.

DIAGRAMA DE FASESTENSOACTIVO IONICO-ANFIFILO-AGUA

AGUA TENS. IONICO

ANFIFILO

MIC.ESF.

CRIST. LIQ. LAM.MIC. INVERTIDA

CRIST.LIQ.HEXAG.

DIAGRAMA DE FASES DE UNA EMULSION

TENSOACTIVO(s)

ACEITEAGUAA B

EMULSIONES

FASE MICELAR

FASE CRISTALINA LIQUIDA LAMELAR

FASE CRISTALINA LIQUIDA HEXAGONAL

EMULSION CON INTERFASE DE BICAPAS LAMELARES( CRISTAL LIQUIDO )

MANIFESTACIONES DE LA INESTABILIDAD DE EMULSIONES

FLOCULACION

CREMADO

COALESCENCIA

ROTURA

( FLOTACION ó SEDIMENTACION )

FUERZAS DE VAN DER WAALSNATURALEZA Y SU ORIGEN

SON SIEMPRE SON SIEMPRE ATRACTIVAS.ATRACTIVAS. OCURREN ENTRE ATOMOS, MOLECULAS Y OCURREN ENTRE ATOMOS, MOLECULAS Y

PARTICULAS.PARTICULAS. TIENEN SU ORIGEN EN INTERACCIONES ENTRE TIENEN SU ORIGEN EN INTERACCIONES ENTRE

DIPOLOSDIPOLOS PERMANENTES O INDUCIDOS. PERMANENTES O INDUCIDOS. SE PUEDEN EXTRAPOLAR DESDE DISTANCIAS SE PUEDEN EXTRAPOLAR DESDE DISTANCIAS

ATOMICAS HASTA COLOIDALES. ( 0,2 nm – 10 nm)ATOMICAS HASTA COLOIDALES. ( 0,2 nm – 10 nm) DEPENDEN DEL MEDIO EN EL QUE SE DEPENDEN DEL MEDIO EN EL QUE SE

ENCUENTRAN LAS PARTICULAS DISPERSAS.ENCUENTRAN LAS PARTICULAS DISPERSAS.

ENERGIA POTENCIAL vs. SEPARACIONPARTICULAS DISPERSAS EN UN MEDIO FLUIDO

ET = EA + ER

ER

EA

E BARRERA DE ENERGIA

MINIMO SEC.

FLOCULACION

MINIMO PRIMARIO

COALESCENCIA

ET

ESTABILIZACION ELECTRICA

ACEITE

ACEITE AGUA ACEITE AGUA

DOBLE CAPA ELECTRICA CAMBIO DE POTENCIAL

A = SIN TENSOACTIVO

B = CON TENSOACTIVO

ΔV > 20 mV

SOLO PARA TENSOACTIVOS IONICOS

ESTABILIZACION POR CRISTALES LIQUIDOSAGRUPAMIENTO DE SURFACTANTE +ANFIFILOS

FASE GEL

INTERFASE O/W

AGUA AGUA

AGUA

EXTERNA

ACEITE

ESTABILIZACION POR VISCOSIDAD.

Vs = 2. R2. ( ρs – ρl ) . g

9µ

TIXOTROPIA

ESTABILIZACION ESTERICAADSORCION DE POLIMEROS

1 2 3

SOLV.

REPULSION OSMOTICA

DEFORMACION ELASTICA

GRUPOS DE ANCLAJE

GRUPOS ESTABIL..

ESTABILIZACION ESTERICAADSORCION DE POLIMEROS

1 2 3

SOLV.

REPULSION OSMOTICA

DEFORMACION ELASTICA

GRUPOS DE ANCLAJE

GRUPOS ESTABIL..