Universidade Estadual de Londrina Centro de Ciências da Saúde Depto. de Ciências Farmacêuticas REOLOGIA DE PRODUTOS FARMACÊUTICOS Profa. Daniela Cristina de Medeiros
Definições e conceitos Grego: rheos=escoamento logos=conhecimento fundamentais Reologia: estudo do escoamento e deformação e de um material, quando submetido a uma tensão; * Estudo do fluxo levando em conta as características de viscosidade do material Reometria: determinação das propriedades reológicas dos corpos; Análise reológica: aplicação de uma força tangencial a um corpo e observação da deformação subsequente;
Aplicação em farmácia Determinação do índice de consistência de formulações semisólidas (cremes, pastas, loções) : - Caracterizar a facilidade do produtos ser despejado (frasco), apertado (tubo) ou aplicado na pele; Desenvolvimento e Produção: mistura e envase escolha de equipamentos industriais e embalagem; Estabilidade: emulsões, suspensões, pastas, supositórios: -manutenção das propriedades intrínsecas e de escoamento do produto durante a estocagem;
Parâmetros da reologia Pequena viscosidade Grande viscosidade Um líquido escoando pode ter uma região de maior velocidade que outra No escoamento num tubo, a velocidade do centro é a máxima, enquanto nas paredes é nula V 0 F d V Fluido Metade do tubo V= 0 (atrito)
Parâmetros da reologia Modelo de reologia: Dois planos afastados por uma distância X; Entre eles um material com uma certa viscosidade; Aplica-se uma força F ao plano superior, que pode se mover na horizontal, com uma velocidade V; O plano inferior permanece imóvel; Forma-se um gradiente de velocidade dv/dx entre os dois planos;
Parâmetros da reologia F=Força V=vel y x dy O gradiente formado dv/dx= gradiente de cisalhamento = = dv/dx A=área A força (F) por unidade de área que provoca a deformação tensão de cisalhamento = = F/A
Parâmetros da reologia
Parâmetros da reologia Viscosidade ou coeficiente de viscosidade do sistema ( ): é a cte de proporcionalidade entre a tensão de cisalhamento e o gradiente de cisalhamento = / Viscosidade de um fluido No estudo do escoamento dos fluidos, a viscosidade é considerada como uma medida da RESISTÊNCIA que um fluido oferece a uma força de cisalhamento aplicada. * Resistência ao fluxo ou movimento.
Parâmetros da reologia Unidade da viscosidade: Poise (P) Poise é a força de cisalhamento necessária para produzir uma velocidade de 1cm/seg entre dois planos paralelos do líquido, cada um com área de 1cm 2, separados por uma distância de 1cm. A unidade mais usual é o centipoise ou cp (equivalente a 0,01 poise) Viscosidade da água = 1cP No sist. Internacional - a un. da viscosidade que corresponde a 1cP é o mili pascal segundo (mpas)
Parâmetros da reologia Fluidez - é a recíproca da viscosidade = 1/ * Quanto mais viscoso, menos fluido Deformação = = dy/x dy = deslocamento; x= distância entre os 2 planos
Faixa de comportamento reológico dos materiais Fluido Newtoniano Com tensão de cisalhamento inicial Plástico de Bingham Pseudoplático* Não newtoniano Sem tensão de cisalhamento inicial Dilatante* Dependentes do tempo Tixotrópico Reopético Classificação simplificada do comportamento reológico * Podem ter tensão de cisalhamento inicial
Comportamento Reológico Classificação Newtoniano: gradiente de cisalhamento é diretamente proporcional à tensão de cisalhamento. O reograma (curva de escoamento) é uma reta que passa pela origem. caracteriza-se por viscosidade constante, independente da velocidade de cisalhamento aplicada. Ex: materiais quimicamente puros, soluções com solutos de PM
Reograma de um líquido newtoniano
Viscosidade de um líquido newtoniano
Comportamento Reológico Classificação Não-newtoniano: não se verifica uma relação linear direta entre a tensão de cisalhamento e o gradiente de cisalhamento. Caracteriza-se por uma mudança na viscosidade com o aumento da velocidade de cisalhamento. Ocorre com a maioria dos sistemas de interesse em farmácia
Comportamento Reológico: Classificação Não-newtoniano fluxo plástico (ou corpos de Bingham): não há escoamento até que a tensão de cisalhamento exceda o valor de cedência o reograma não passa pela origem ocorre em suspensões concentradas, particularmente se a fase contínua for de alta viscosidade
Reograma de uma subst. com fluxo plástico
Viscosidade de uma subst. com fluxo plástico
Comportamento Reológico: Classificação Não-newtoniano Pseudoplástico: redução na viscosidade aparente com aumento do gradiente de cisalhamento soluções de polímeros e maioria dos sistemas semi-sólidos que contenham componentes poliméricos; acredita-se que a diminuição da viscosidade ocorra quando as moléculas, sobretudo poliméricas, se alinham longitudinalmente entre si, devido a tensão aplicada (quebra das ligações). Dessa forma oferecem menos resistência ao fluxo e liberam a água que estava aprisionada.
Reograma de uma subst. com fluxo pseudoplástico Tensão de cisalhamento numa proporção menor que o gradiente de cisalhamento
Viscosidade de uma subst. com fluxo pseudoplástico
Comportamento Reológico: Classificação Não-newtoniano Dilatante: aumento da viscosidade aparente com aumento do gradiente de cisalhamento. EX. Suspensão concentrada de magnésia pode ocorrer em dispersões que contém uma alta concentração (~50%) de partículas sólidas pequenas, defloculadas. Com o aumento da veloc. de cisalhamento, as partículas que estavam homogeneamente distribuidas formam agregados, resultando na criação de espaços vazios, nos quais flui o veículo, aumentando a viscosidade.
Reograma de uma subst. com fluxo dilatante Tensão de cisalhamento numa proporção maior que o gradiente de cisalhamento
Viscosidade de uma subst. com fluxo dilatante
Reograma de diferentes materiais não newtonianos
Tixotropia e Reopexia O estresse aplicado a um sistema pode causar uma quebra de estrutura que não se recompõem imediatamente após o estresse ser removido: - Recuperação imediata - ramos ascendentes e descendentes do reograma são idênticos; - Recuperação não imediata: * o reograma descendentes apresentará valores de tensão inferiores para cada valor de gradiente de cisalhamento - Tixotropia * o reograma descendentes apresentará valores de tensão superiores para cada valor de gradiente de cisalhamento - Reopexia
Reograma ascendente e descendente
Tixotropia - Recuperação não imediata: o reograma descendentes apresentará valores de tensão inferiores para cada valor de gradiente de cisalhamento Tixotropia: a visc diminui com o tempo para ou ctes, devido a destruição de estruturas. É uma propriedade desejável nas formulações farmacêuticas
Reopexia - Recuperação não imediata: o reograma descendentes apresentará valores de tensão superiores para cada valor de gradiente de cisalhamento Reopexia: visc aumenta com o tempo para ou ctes, devido a formação de estruturas (ocorre raramente) * A área formada entre as curvas ascendentes e descendentes do escoamento de um sistema tixotrópico ou reopético é a área de histerese
Tensão de Cisalhamento Área de histerese Área de histerese Gradiente de Cisalhamento
Reometria Viscosímetro capilar: líquido escoa num tubo capilar, verifica-se uma resistência de escoamento devido à viscosidade; O líquido nas paredes está estacionário enquanto o líquido no centro tem vel máxima; Ex: Viscosímetro de Ostwald (determinações da viscosidade relativa são obtidos por comparações com um padrão de viscosidade conhecida)
Viscosímetro capilar: Reometria
Reômetros rotativos: Reometria
Reometria Reômetros rotativos: Cilindro concêntrico Cone e placa Placa paralela
Reometria Reômetros rotativos: Hastes (spindles) utilizadas no viscosímetro e reômetros Brookfield
IMPORTÂNCIA DA REOLOGIA NAS FORMULAÇÕES COSMÉTICAS Reologia assunto de importância crescente na industria cosmética e farmacêutica qualidade e controle de qualidade Maioria das formulações dermocosméticas fluidos psedoplásticos
Bibliografia ANSEL, H.C., POPOVICH, N. G., ALLEN Jr, L. V. Farmacotécnica: Formas Farmacêuticas & Sistemas de liberação de fármacos. 6 ªed. São Paulo, 2000. AULTON, M. E. Delineamento de formas farmacêuticas, 2a.ed. Porto Alegre Artmed Editora, 2005. LACHMAN, L., LIEBERMAN, H. A., KANIG, J. L. Teoria e prática na indústria farmacêutica. Lisboa Fundação Calouste Gulbenkian, 2001.