Emulsões 26/09/2011. Histórico. Emulsificação. Emulsões. Características gerais das emulsões. Aplicações das emulsões. Profa. Françoise Carmignan

Transcrição

1 Histórico Mais antiga forma de aplicação tópica Bálsamos e ungüentos como precursores (2000 a.c) Emulsões Galeno (150 d.c.) inventor do cold cream Incorporação do óleo de oliva, cera de abelhas, óleo de amêndoa doce e esparmacete de baleia armazenamento em caixas de gelo cold cream Após Galeno agentes emulsionantes (bórax) Emulsões - melhor forma de apresentação para produtos cosméticos Desenvolvimento nos últimos 50 anos Profa. Françoise Carmignan Contexto atual variedade de matérias-primas que permitem a elaboração de produtos emulsionados Emulsões Emulsificação Sistemas bifásicos constituídos pelo menos por um líquido miscível, intimamente disperso no seio de outro líquido sob a forma de gotículas Tensão superficial: força entre moléculas de um mesmo líquido que tendem a ficar unidas Tensão interfacial: força entre moléculas de líquidos diferentes que tendem a ficar unidas Fase dispersa ou interna ou descontínua Fase dispersante ou externa ou contínua Componente interfacial (tensoativo emulsionante) Características gerais das emulsões não irritante estável não sofrer degradação ser compatível com princípios ativos e aditivos ser facilmente absorvido pela pele Aplicações das emulsões Medicamentos nutrição parenteral ou via injetável formas farmacêuticas de uso oral formas farmacêuticas de uso tópico Cosmetologia emolientes hidratantes protetores solares veículo da substâncias hidro e lipossolúveis 1

2 Vantagens das emulsões Classificação das emulsões Diminuição do efeito irritante sobre a pele Ação prolongada e efeito emoliente melhor do que em outras preparações Administração de substâncias hidrossolúveis e lipossolúveis em uma única mistura Quanto à carga: Iônicas - Catiônicas (+) - Aniônicas (-) Apolar + - Sem carga Polar Penetração e absorção da substância ativa - facilmente controlada Não-iônicas - Sem carga Parte Hidrófoba Parte Hidrófila Sensorial agradável ao usuário Classificação das emulsões Classificação das emulsões Quanto ao tipo: Emulsões óleo em água o/a Emulsões água em óleo a/o Emulsões múltiplas a/o/a ou o/a/o Emulsões polimérica o/a a/o Emulsões a/o Cremes macios e raramente líquidos Boa absorção pela pele Permite incorporar maior teor de componentes oleosos (75 %) Acentuada ação protetora da pele Efeito gorduroso mais pronunciado -Teor de água limitado Emulsões o/a Consistência desde líquida a cremosa -Facilmente removível com água -Possibilidade de incorporar maior teor de água (até 90 %) -Permite aplicar película mais fina sobre a pele -Efeito sensorial excelente na pele Emulsões água em silicone o/a/o a/o/a Menos suscetível ao ataque microbiano -Maior possibilidade de formulações -Mais suscetível ao ataque microbiano Microemulsões óleo água Classificação das emulsões Composição das emulsões Emulsão Creme Consistência Alta viscosidade Emulsão macia Formulação para lesão úmida ou exsudativa Fase adicional Conservantes termolábeis Ativos termolábeis Fragrância Loção Leite Média viscosidade Emulsão fluida Formulação para áreas pilosa e intertriginosa Baixa viscosidade Formulação para limpeza Fase Aquosa Água Umectantes Espessantes hidrofílicos Conservantes Quelantes Emulsão Fase Oleosa Emolientes Espessantes lipofílicos Antioxidantes 2

3 Formulação básica Tensoativos Componentes Concentração usual (%) FASE AQUOSA Água 60,0 85,0 Umectante 2,0-5,0 Preservante (hidrossolúvel) 0,05 1,0 Emulsificante 0,5 1,5 Espessante de fase aquosa (gel) 0,1 2,0 Antioxidante (hidrossolúvel) 0,05 0,10 Agente quelante 0,05 2,0 FASE OLEOSA Emoliente (s) 2,0 10,0 Emulsificante primário 1,0 3,0 Emulsificante secundário 0,1 1,0 Espessante de fase oleosa (ceras) 0,1 0,5 Antioxidante (lipossolúvel) 0,05 0,10 FASE ADICIONAL (termolábeis) Conservantes 0,05 1,0 Princípios ativos qs Fragrância 0,1 0,75 São substâncias que, em pequenas concentrações, reduzem de forma apreciável a tensão superficial da água ou a tensão interfacial entre dois líquidos imiscíveis Imiscibilidades das fases Moléculas da fase A são atraídas para dentro da fase A e as da fase B para dentro da fase B e as fases A e B se repelem mutuamente Tensoativos Grupo polar ligado a uma cadeia carbônica Carcterísticas lipófilas e hidrófilas Tensoativos capazes de reduzir a tensão superficial da água ou a tensão interfacial entre dois líquidos imiscíveis Posicionam-se na interface óleo/água: - Formação de camada ou filme - Diminuição da tensão interfacial Devido a diferença de tensão interfacial: - Curva e formação de gotículas - Micelas Iônicos ou não-iônicos, detergentes, umectantes, dispersante e solubilizantes Classificação dos Bancroft postulou: Aquela fase em que o agente emulsivo for mais solúvel constituirá a fase contínua ou externa da emulsão. Óleo Água Primários: Capazes de emulsionar água em óleo sem auxílio de outro emulsionante Água Formação emulsão a/o Óleo Formação emulsão o/a Secundários: Dotados de fracas propriedades emulsionantes Associados a um agente primário Aumento da estabilidade do produto aumento da viscosidade externa 3

4 Classificação dos Classificação dos Iônicos Aniônicos: grupo polar constituído por ânions e o grupo apolar por cadeia alifática, ramificada ou linear. Catiônicos: grupo polar constituído por cátions e o grupo apolar por cadeia alifática, ramificada ou linear. Anfotéricos: o poder tensoativo e emulsificante depende do ph do meio Não-iônicos: possuem grupo polarizado, mas não ionizável. Iônicos - Aniônicos (-) - Catiônicos (+) Não-iônicos Anfóteros H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 C C C C C C C C C C C C C C C C C H3 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 Apolar Parte Hidrófoba Hidrocarbonetos Alifáticos: -Lineares -Ramiicados Hidrocarbonetos Aromáticos O C OH Polar Parte Hidrófila Grupos ácidos: -COOH carboxilo -OSO 3 H monoéster sulfúrico -SO 3 H sulfônico Grupos básicos: -NH 2 amina primária =NH amina secundária =N amina terciária =N+ amônio quartenário Aniônicos Aniônicos Do ponto de vista farmacêutico, liberam o ativo mais rapidamente do que os emulsionantes não-iônicos Sais alcalinos de ácidos graxos: Geralmente produzidos in situ Estearato (e) palmitato de sódio, potássio, amônio e trietanolamina O R C + NaOH R - C OH O Na - O Alquil sulfatos de sódio: Emulsionante primário o/a e irritante C SO - 4 Na + Lauril sulfato de sódio (Lanete WB) Cetil estearil sulfato de sódio (Lanette E) C SO - 4 Na + Sais de ésteres fosfóricos: Emulsionante primário o/a e menos irritante Cetil fosfato de dietanolamina (Amphisol A) Cetil fosfato de potássio (Amphisol K) O C O P O - - K - OH Catiônicos Não-Iônicos Tendem a formar emulsões de ph ácido (cremes rinses) Propriedades antiestáticas (cremes rinses) irritantes para a pele Sais de amônio quartenário: Cloreto de cetil trimetil amônio Cloreto de estearil dimetil benzil amônio CH 3 R CH 2 N + - CH 3 Substâncias não dissociáveis (apolares) Compatíveis com a maioria dos ativos cosméticos e farmacêuticos Não precipita com metais alcalinos terrosos ou de transição Boa estabilidade em ampla faixa de ph (2 a 12) Baixo poder detergente e espumógeno Alto poder de redução da tensão superficial CH 3 4

5 Não-Iônicos Não-Iônicos 1- etoxilados (óxido de etileno 2 a 20 moles): Álcoois graxos etoxilados (- O -) - Álcool laurílico etoxilado 2 OE (Deydol CD2) - Álcool oleíco 20 OE (Volpo 20) - Álcool cetoestearílico etoxilado 20 OE (Emulgin K68B/ Volpo CS20) Álcoois graxos etoxilados e propoxilados - Álcool cetílico propoxilado (2 OP) etoxilado (9 OP) (Emulgin L) - Álcool cetílico propoxilado (5 OP) etoxilado (20 OP) (Procetyl AWS) Ácidos graxos etoxilados (- COO -) - Ácido esteárico 8 OE (Myrj 45) - Ácido esteárico 40 Oe (Myrj 52) Ésteres de sorbitano etoxilado ( - OH) - PEG-20 monolauratode sorbitan (Tween 20) 2- Emulsionates não etoxilados: Ésteres de sorbitano - Monolaurato de sorbitano (Span 20) Lecitinas - Lecitina hidrossolúvel (Lecitina S-75) Ésteres de metilglicose - Dioleato de metilglicose (Glucate DO) - Sesquistearato de metilglicose (Glucate SS) Glicosídeo cetoestearílico - Glicosídeo cetoestearílico da palha do trigo (Xyliance) - Glicosídeo cetoestearílico do farelo do trigo (Emuliance) Óleos e gorduras vegetais modificados ou não etoxilados: - Óleo de rícino etoxilado 7 OE ou 40 OE - Óleo de amêndoa etoxilado Cálculo HLB ou EHL Cálculo HLB ou EHL Equilíbrio hidrófilo-lipóflilo (HLB ou EHL): necessário para evitar que o emulsionante seja totalmente adsorvido no interior de uma das fases da emulsão Utilizado para emulsionantes não iônicos Compêndios forma rápida e prática Fórmulas Mistura de surfactantes Não utilizar cálculo de HLB para bases auto emulsionantes EMULSAO O/A Álcool cetílico 5% Laurato de isosorbida 3% Dimeticona 2% Acetato de vitamina E 1% Petrolato 5% Triglicerídeos cáprico-caprílico 2% Benzoato de álcool 2% Isohexadecano 5% Emulsionante 5 10% Água 65% Propilenoglicol 5% Conservante qs 1- Determinação do HLB requerido para a fase oleosa da emulsão 2- Somar as porcentagens dos componentes da fase oleosa a ser emulsionada Total da fase oleosa = 25% Cálculo HLB ou EHL Cálculo HLB ou EHL 3- Fator de contribuição: % individual de cada componente Peso total da fase oleosa Álcool cetílico 0,20 x 15,5 = 3,1 Álcool cetílico 5 / 25 = 0,20 Laurato de isosorbida 3 / 25 = 0,12 Dimeticona 2 / 25 = 0,08 Acetato de vitamina E 1 / 25 = 0,04 Petrolato 5 / 25 = 0,20 Triglicerídeos cápricocaprílico 2 / 25 = 0,08 Benzoato de álcool 2 / 25 = 0,08 Isohexadecano 5 / 25 = 0,20 4- Fator de contribuição X HLB requerido de cada componente Laurato de isosorbida 0,12 x 10,0 = 1,20 Dimeticona 0,08 x 5,0 = 0,40 Acetato de vitamina E 0,04 x 6,0 = 0,24 Petrolato 0,20 x 7,5 = 1,50 Triglicerídeos cápricocaprílico 0,08 x 5,0 = 0,40 Benzoato de álcool 0,08 x 13,0 = 1,04 Isohexadecano 0,20 x 12,0 = 2,40 HLB requerido = 10,28 5- Considerando 5% do total da fórmula, a quantidade ideal de emulsionante primário e secundário, pode-se calcular a quantidade de cada emulsionante 6- Escolhendo como emulsionante: Span 80 HLB= 4,3 Tween 80 HLB= 15,0 %A= 100 (X HLBb) HLBa HLBb %B= %A %Tween 80= 100(10,28 4,3) 15,0 4,3 %Tween 80= 55,88 %Span 80= ,88 %Span 80= 44,12 7- Calculando as % sobre 5% de emulsionate requerido: 5 x 55,88 / 100 = 2,80% Tween 80 5 x 44,12 / 100 = 2,20% Span 80 5

6 Faixa de HLB ou EHL Valor de HLB ou EHL Atividade do tensoativo Faixa de HLB Tensoativo Valor de HLB Emulsionante a/o 3 6 Agente molhante 7 9 Emulsionante o/a 8 18 Detergente Solubilizante Monoleato de sorbitan (Span 80) 4,3 Monoleato de polioxietileno sorbitan (Tween 80) 15,0 Monolaurato de polioxietileno sorbitan (Tween 20) 16,7 Ácido esteárico 8OE 11,1 Álcool cetílico etoxilado 10OE 12,4 Álcool cetílico etoxilado 20OE 15,7 Emolientes Produtos oleosos que favorecem a espalhabilidade das emulsões sobre a pele, conferindo suavidade e proteção desejada. Influencia: a estabilidade da emulsão em função da polaridade a viscosidade da emulsão o sensorial da pele a solubilização de ativos lipossolúveis Emolientes 1- Emolientes não polares: Óleos minerais Isododecano (Permethyl 99 A) 2- Emolientes polares (triglicerídeos e ésteres): Triglicerídeos: Triglicerídeo de ácido capríco e caprílico Óleos vegetais Ésteres de álcoois graxos: Isonoato de cetoestearila Adipato de diisopropila (Ceraphyl 230) Adipato de diisobutila (CrodamolDIBA) Ésteres de ácidos graxos: Miristato de isopropila (Cetiol IpM) Estearatode octila (Cetiol 868) Oleato de decila Palmitato de isopropila 3- Silicones Emolientes Valores de dispersibilidade Emolientes Caráter Oleoso e Solvente Dispersão baixa Dispersão média Dispersão alta Produto Valores (mm 2 ) Indicação Vaselina 50 Área dos olhos e lábios Óleo de amêndoas 195 Especiais Triglicerídeos ac caprico e caprílico octil-dodecanol 593 Isonanoato de ceto estearila 692 Álcool oleílico 698 Oleato de decila 725 Estearato de isooctila 780 Facial Estearato de isopropila 952 Hidratante para uso diurno Adipato de dibutila 1014 Facial com toque seco Miristato de isopropila 1045 Corpo AUMENTO DO CARATER OLEOSO Maior oleosidade Menor penetração Maior permanência na superfície Oleato de oleíla Trglicerídeos de ác. caprico e caprílico Oleato de decila 2-octil-dodecanol Álcool oleico Laurato de hexila Pamitato/Estearato de isopropila Miristato de isopropila Adipato de butila AUMENTO DO CARÁTER SOLVENTE Toque seco Maior penetração Menor permanência na superfície Bom espalhamento Palmitato de isopropila 1061 Mão 6

7 Seleção do Emoliente Umectantes Estrutura química Tipo de cadeia carbônica Grau de espalhamento e o sensorial Polaridade Resistência à hidrólise química Resistência à oxidação Substâncias higroscópicas Mantém a água ligada por pontes de hidrogênio impedindo a sua evaporação e evitando a quebra da emulsão Solubilizam conservantes e princípios ativos Dificultam o crescimento de microorganismos Hidratam Inocuidade dermatológica Umectantes Seleção do Umectante Propilenoglicol Dipropilenoglicol Polietilenoglicol Glicerina Sorbitol Lactato de amônio Grupo químico Capacidade solubilizante Influência na estabilidade da emulsão Capacidade de retenção de água na pele Inocuidade dermatológica Bases auto emulsionantes Mistura de ingredientes usados para preparar emulsões estáveis Componentes: mistura de emulsionantes (20 a 50%), agentes de consistência e/ou emolientes (50 a 80%) Vantagens: - menor número de matérias primas no estoque - redução da área do estoque - facilidade de compras - facilidade de produção do produto final - maior precisão na pesagem Bases auto emulsionantes Bases aniônicas: Boa estabilidade com emulgentes sulfatados Interação com ativos de carga positiva Concentração: 1 a 20% Exemplos: - Crodafos CES (Croda) - Chembase LN (Sarfam) - Lanette N e Lanette WB (Clariant) - Unibase (Chemyunion) 7

8 Bases auto emulsionantes Bases catiônicas: Propriedades condicionadoras Interação com ativos de carga negativa Concentração: 0,5 a 5% Exemplos: - Linha Incroquat: Behenil 18-MEA, Behenil HE (Croda) - Uniox Quart C22 (Chemyunion) Bases auto emulsionantes Bases não-iônicas: Não reagem com ativos carregados (- ou +) Concentração: 1 a 20% Exemplos: - Crodabase CR2 ( álcool cetoestearílico, álcool cetoestearílico 20 OE, óleo mineral, petrolato, álcool de lanolina) - Xyliance (álcool cetoestearílico e glicosídeo cetoestearílico da palha do trigo) - Cosmowax FT (álcool cetoestearílico, polisorbato 60, estearato de PEG 20, estearato de glicerila e palmitato de cetila) Sugestão de formulação Espessantes CREME NAO IÔNICO Fase A (oleosa) Cosmowax FT... 6% Triglicerídeos caprico caprílico... 4% Álcool cetoestearílico... 3% Isonoato de cetoestearila... 2% Fase B (aquosa) Água qsp % Propilenoglicol... 5% EDTA... 0,1% Fase C (adicional) Ciclometicone/Dimeticonol... 2% Fenoxietanol/Parabenos... 0,4% Modificam a reologia do sistema Proporcionam viscosidade desejada Melhoram a estabilidade em altas temperaturas Suspensão de material particulado (pó insolúvel, microesfera) Podem ser: oleosos e aquosos Espessantes de Fase Oleosa Espessantes de Fase Aquosa Álcool graxos: cetílico, cetoestearílico, estearílico, berrênico Ésteres de ác. graxos e ál. graxos: miristato de miristila, palmitato de cetila, palmitato de cetoestearila Petrolatos: vaselina sólida, parafina Ceras: cera de abelha, de carnaúba, de espermacete, de jojoba Óleos naturais e modificados: óleo de soja hidrogenado, manteigas de karité, manteiga de cupuaçu Espessantes inorgânicos: silicato coloidal de alumínio e magnésio (veegun), caulin Gomas vegetais: goma guar (não-iônica), goma xantana (aniônica) Escleroglucanas: Amigel Polímeros sintéticos de alto peso molecular: álcool polivinílico, polivinilpirrolidona, Carbopol, Permulen TR1 e TR2 Polímeros derivados de celulose: carboximetilcelulose (aniônica), hidroxietilcelulose (não-iônica) 8

9 Sistema de Preservação Modificadores das características organolépticas Preservante Concentração usual Ácido benzóico 0,1 0,5% Fenoxietanol 0,5 1% Mistura de fenoxietanol e parabenos 0,2 1% Metilparabeno (nipagin) 0,05 0,15% Propilparabeno (nipazol) 0,01 0,10% Quelantes EDTA 0,05 2,0% Antioxidantes BHT 0,05% BHA Tocoferol 0,5% - 1% Metabissulfito de sódio Sensorial: Veegun: dispersível em água; reduz toque desagradável Nitreto de boro: melhora deslizamento na pele Aspecto: Corantes: hidrossolúveis; podem ser fator de irritação da pele Pigmentos: hidro ou lipodispersíveis Odor: Fragrâncias: hidrossolúveis ou hidrodispersíveis Óleos essenciais: lipossolúveis Processo à quente-quente Processo à quente-quente/frio Processo indireto ou processo de inversão de fase por temperatura (PIT) Processo à frio 1- Processo à quente-quente (tradicional): Aquecimento das fases aquosas e oleosas separadamente Temperatura adequada (10-20 C acima da temperatura de fusão) Emulsificação e homogeinização Resfriamento Envazamento 2 - Processo à quente-quente/frio: Redução de custos Redução em até 50% da quantidade de água a ser aquecida A água restante é adicionada em temperatura ambiente, ajudando no resfriamento Aumento da viscosidade da emulsão 9

10 3- Processo à frio: Componentes da emulsão: líquidos à temperatura ambiente O aumento da vicosidade deve ser feito por espessantes poliméricos Economia de energia e tempo Não agressividade a ativos sensíveis a alta temperatura 4- Processo indireto ou processo de inversão de fase por temperatura (PIT): Alguns tensoativos não-iônicos o/a alteram sua solubilidade em água em função da temperatura a/o Temperatura de emulsificação: mínimo 10 C acima do ponto de inversão Fase oleosa: inferior a 20% p/p Energia mecânica suficiente durante o ponto de inversão Formação de micelas menores Emulsão com maior estabilidade e brilho Variáveis de processo Temperatura de aquecimento das fases Ordem de adição das fases Ocorrência de inversão de fase (PIT) - composição dos emulsionantes e temperaturas utilizadas Velocidade de adição de uma fase na outra (principalmente em emulsão a/o e microemulsão) Tipo de agitador utilizado Velocidade de agitação utilizada Tempode homogeinização das fases Tempode resfriamento da emulsão Instabilidade da emulsão Instabilidade da emulsão Cremeação: As partículas de gotículas das emulsões tendem a se separar do corpo da emulsão, sedimentando ou emergindo floculação cremeação Reversível coalescência Métodos para minimizar: - Aumento da viscosidade da fase externa aquosa - Redução do tamanho dos glóbulos com um homogeneizador - Igualar as densidades da fase externa e interna eliminando tendência de uma fase separar-se da outra 10

11 Instabilidade da emulsão Instabilidade da emulsão Coalescência: Floculação: Adesão reversível das gotículas, com manutenção do filme interfacial e da individualidade, formando rede bidimensional, sem coalescência Processo de crescimento durante o qual as gotículas emulsificadas se juntam, formando gotículas maiores que se separarão completamente da fase externa Irreversível Pode ser provocada: - quantidade insuficiente de emulsionante - decomposição do emulsionante - variação brusca de temperatura - presença de elementos instabilizadores (eletrólitos, álcool) - incompatibilidade físico-química (aniônico x catiônico) - processo inadequado de fabricação (tamanho da partícula) - cálculo incorreto do HLB - baixa viscosidade da fase externa Dimensões dos glóbulos Fatores determinantes: Processo de fabricação Intensidade da agitação Tipo e quantidade de emulsificante utilizado Dimensões Macroglóbulo Visualização da emulsão Duas fases 1 mícron Leitosa-branca 1 0,1 mícron Azulada 0,1 0,05 mícron Cinza semi-transparente 0,05 mícron Transparente (microemulsão) RDC 67/07 Controle de qualidade para emulsões Análise organoléptica: cor, odor e aspecto do produto ph a 25 C: garante solubilidade, transparência e estabilidade tanto do princípio ativo quanto do veículo Viscosidade a 25 C: avalia a aplicabilidade do produto e garante a estabilidade das emulsões Densidade a 25 C: avalia a incorporação excessiva de ar, podendo causar problemas de envasamento, estabilidade e quebra da emulsão Centrifugação a 25 C: avalia a estabilidade e resistência contra separação de fases Controle microbiológico: contaminação microbiana e ausência de patogênicos Creme-gel Características intermediárias entre creme e gel Referências Bibliográficas Emulsão à frio = polímero + emulsionante + dispersante Polímeros doadores de consistência e emulsionante Polímeros doadores de consistência com emoliente e emulsionante ou cera auto emulsionante Microemulsão de silicone + gel base ALLEN, L. V. The art science and technology of pharmaceutical compounding. Washington: American PharmaceuticalAssociation, 1998 ALLEN, L. V., POPOVICH, N. G., ANSEL, H. C. Fomas farmacêuticas e sistemas de liberacao de fármacos, 8 ed. Porto Alegre: Artmed, 2007 AUTON, M. E. The Science of Dsage Form Design, 2 ed. Londres: Churchill Livingstone, 2002 CORREA, M. Preparacoes emulsionadas: Apostila do curso de cosmetologia, UNESP, 1999, Araraquara RIBEIRO, C. Emulsoes: Apostila do programa intensivo de farmacotécnica para farmacêuticos, Racine, 2003, Sao Paulo SAMPAIO, A. C. Preparacoes emulsionadas: Apostila de curso de manipulacao avancada, Consulcon, 2001, Sao Paulo SAMPAIO, A. C. Cosméticos em veículos emulsionados: Apostila do curso de cosmetologia, Consulcon, 2002, Curitiba 11