UNIVERSIDAD LA SALLE FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Laboratorio de Tecnología de Cosméticos Prácticas No. 9 y 10: Emulsiones: (Cremas humectante y nutritiva). Profesora: QFB Blanca Contreras EQUIPO 4: Ferruzca Albarrán María del Carmen López García José de Jesús Nieto García Víctor Ángel Fecha de entrega: 03 / Octubre / 2011
PRÁCTICAS 9 Y 10: Emulsiones: Cremas humectante y nutritiva. OBJETIVO El alumno aprenderá a formular y manufacturar dos cremas una Humectante y otra Nutritiva. Conocerá el procedimiento de su elaboración y los controles de esta forma cosmética. INTRODUCCIÓN La emulsión es un sistema de dos fases que consta de dos líquidos parcialmente miscibles, uno de los cuales es dispersado en el otro en forma de glóbulos. La fase dispersa, discontinua o interna es el líquido desintegrado en glóbulos. El líquido circundante es la fase continua o externa. La suspensión es un sistema de dos fases muy semejante a la emulsión, cuya fase dispersa es un sólido. La espuma s un sistema de dos fases similar a la emulsión, en el que la fase dispersa es un gas. El aerosol es lo contrario de la espuma: el aire es la fase continua y el líquido la fase dispersa. Un agente emulsivo es una sustancia que se suele agregar a una de las fases para facilitar la formación de una dispersión estable. A la industria le interesa más la emulsificación de aceite y agua. Las emulsiones de aceite y agua (oleoacuosas) tienen el aceite como fase dispersa en el agua, que es la fase continua. En las emulsiones hidrooleosas o de agua en aceite, el agua está dispersa en aceite, que es la fase externa. Hay ocasiones en que no está claramente definido el tipo de emulsión, pues la fase interna y externa, en lugar de ser homogénea, contiene porciones de la fase contraria; una emulsión de esta clase se llama emulsión dual. Las emulsiones son parte de una clase más genérica de sistemas de dos fases de materia llamada coloides. A pesar que el término coloide y emulsión son usados a veces de manera intercambiable, las emulsiones tienden a implicar que tanto la fase dispersa como la continua son líquidos. Existen tres tipos de emulsiones inestables: la floculación, en donde las partículas forman masa; la cremación, en donde las partículas se concentran en la superficie (o en el fondo, dependiendo de la densidad relativa de las dos fases) de la mezcla mientras permanecen separados; y la coalescencia en donde las partículas se funden y forman una capa de líquido. En el sector de los cosméticos, las cremas hidratantes, protectoras para los rayos UV, etc también son emulsiones de partículas aceitosas dispersas en agua. En el sector farmacéutico, las emulsiones pueden servir para encapsular los fármacos activos y después liberarlos cuando se encuentran en la corriente sanguínea. El proceso de ruptura de las emulsiones puede ocurrir mediante los siguientes mecanismos de inestabilidad: Creaming, sedimentación, floculación, coalescencia y engrosamiento de gotas (Ostwald ripening).
Una emulsión, posee una estabilidad mínima que puede ser controlada añadiendo un tensoactivo o sólidos finamente divididos. La estabilidad de una emulsión es la propiedad más importante, y el sistema no será clasificado como emulsión sino cumple con un mínimo de estabilidad. Se mide la estabilidad por la velocidad con la cual las gotículas de la fase dispersa se agrupan para formar una masa de líquido cada vez mayor que se separa por gravedad. Las emulsiones formadas a partir de dos líquidos puros forman raramente emulsiones estables, aunque si pueden formar hidrosoles estables. El agente emulsificante no es siempre un cuerpo soluble, sino quizás un sólido muy finamente dividido, insoluble en los dos líquidos. Para las emulsiones industriales se busca generalmente una buena estabilidad en condiciones normales de almacenaje. En general, se representa la estabilidad por el tiempo de conservación sin ruptura de una emulsión en condiciones normales de almacenaje; aunque también hay pruebas aceleradas de estabilidad, aumentando el efecto gravitacional, (centrifugación) y determinando la velocidad de separación de las dos fases. La estabilidad a temperaturas elevadas, a los agentes químicos, y la resistencia a la acción mecánica son otras pruebas importantes. Los dos factores más importantes para la estabilidad de las emulsiones son: a) La existencia de una película interfacial que se puede considerar como una envoltura alrededor de cada glóbulo dispersado.
b) Una débil tensión interfacial gracias a agentes tensoactivos que se adsorben positivamente en la interfase. FORMULACIÓN Y PROCEDIMIENTO Crema Humectante Materia prima Agua destilada Monoestearato de Glicerilo Carbopol 940 Propilenglicol Glicerina Sorbitol Metil-parabeno Aceite mineral Propil-parabeno Tween 80 Trietanolamina Benzofenona 3 ó Parsol MCX Sol. de color 1% Fragancia
Crema Nutritiva de noche %/g 74.1 4.5 0.15 5 5 5 0.3 2 0.2 0.5 0.15 3 c.b.p. 0.1 100.00g
Materia prima Agua destilada Alcohol Cetílico Carbopol 940 Acido Esteárico Glicerina Aceite de almendras Aceite de Olivo Metilparabeno Propilparabeno Germall 115 Tween 80 Trietanolamina Extracto de sábila Vitamina E Vitamina A Fragancia
%/g 78.54 1.5 0.13 4.5 5 5 1 0.3 0.2 0.1 0.5 0.13 1 1 1 0.1 100.00g
Ambas formulaciones se ajustaron para tener un total de 200 g de cada crema. Crema Humectante 1. Se pesan todos los ingredientes 2. Fase acuosa: Se añaden: el agua, el Propilenglicol, el Sorbitol y la Glicerina, se disuelven en la marmita principal. 3. Se añade el carbopol al agua agitando lentamente, para evitar que se formen grumos. se empieza a calentar hasta llegar a 70 °C. 4. Se disuelven en el aceite los parabenos (metilo y propilo) 5. Fase oleosa: Simultáneamente se añaden en otro vaso de pp (marmita auxiliar) el MEG, y al aceite, se calientan hasta llegar a 70 °C 6. Cuando las dos fases están entre 70 - 80°C, se añade la fase oleosa a la acuosa, agitando enérgicamente durante 10-15¨’ para que se forme la emulsión. 7. Una vez que la emulsión se ha formado se retira de la parrilla se añade el Tween, disolviendo en este la Benzofenona. 8. Se procede a enfriar lentamente y cuando la emulsión se encuentra entre 40-45 °C, se añade la fragancia junto con la Trietanolamina. 9. Todo se mezcla y se deja enfriar a temperatura ambiente 10. Se toman los controles y se envasa.
Crema Nutritiva de noche 1. Se pesan todos los ingredientes 2. Fase acuosa: Se añade el agua, y la Glicerina, .en la marmita principal. 3. Se añade el Carbopol al agua agitando lentamente, para evitar que se formen grumos. se empieza a calentar hasta llegar a 70 - 80 oC. 4. Fase oleosa: Simultáneamente se añaden en otro vaso de pp (marmita auxiliar) el Alcohol Cetilico y el ácido esteárico, se funden hasta llegar a 70 - 80 °C 5. Se disuelven en el aceite los Parabenos (metilo y propilo) y se añaden a la fase oleosa. Emulsificación 6. Cuando las dos fases están entre 70-80 oC, se añade la fase oleosa a la acuosa, agitando enérgicamente durante 10-15¨’ para que se forme la emulsión. 7. Una vez que la emulsión se ha formado, se retira de la parrilla se añade el Tween; disolviendo en este el Germall 115. 8. Se procede a enfriar lentamente y cuando la emulsión se encuentra entre 40-45 oC, se añade la fragancia junto con las vitaminas y el extracto de sábila; enseguida se incorpora la Trietanolamina. 9. Todo se homogeneiza y se deja enfriar a temperatura ambiente 10. Se toman los controles y se envasa. RESULTADOS Control pH Viscosidad Conductividad eléctrica Rendimiento
Crema Día 7 N/A* 0.5 mS/cm 98 %
Noche 6 N/A* 0.6 mS/cm 99 %
*Se nos indicó que este control no era requerido en este producto en específico, por lo que no se anexan datos en la tabla. CÁLCULOS Crema Humectante Rendimiento =
X 100 =
X 100 = 98%
Crema Nutritiva de noche Rendimiento =
X 100 =
X 100 = 99%
DISCUSIÓN Como puede observarse en los resultados de pH, ambas cremas presentan valores muy similares entre sí, siendo muy cercanos a la neutralidad, ya que lo único que deben hacer estas cremas es por un lado, humectar la piel durante la utilización de la misma, sin efectos que tengan que ver con un cambio drástico en la piel, como se debe hacer en un cosmético astringente, sino que el pH de 7 confiere una sensación neutral, proporcionando la característica de humectación que la piel reseca requiere para que tenga la apariencia deseada. Por otra parte, la crema nutritiva de noche, tiene más elementos que la crema anterior debido a que dentro e la formulación se incluyen gran cantidad de sustancias que proporcionan un efecto que le da a la piel, características de conservación gracias a las vitaminas y los aceites que contiene, pues dan a la superficie donde se aplican un incremento en la renovación de células, que es mucho más eficiente en la noche que en el día, por ello se debe aplicar el producto a esta hora del día, para que los efectos se vean incrementados. En cuanto a la conductividad eléctrica, ambas cremas son de naturaleza O/W, por lo que este valor debe ser algo elevado, puesto que el agua al ser la fase continua del sistema deberá tener muchos más electrolitos en su estructura; a diferencia de una emulsión W/O la cual contiene el aceite como fase continua y éste no tiene la cantidad tan alta de electrolitos que confieran un valor de conductividad como en el caso de la primera emulsión que se mencionó. Por ello, si no se supiera qué tipo de emulsión se trabaja, la medición de la conductividad eléctrica es un parámetro muy útil para dilucidar este aspecto, pues se marca de manera muy puntual una diferencia entre una emulsión y otra a través de su valor de conductividad. Como en los valores se trabajó con mS/cm y no con μS/cm (que son los valores característicos de una emulsión w/o) y son altos, se puede determinar que la emulsión que se obtuvo, fue una de tipo o/w. Los rendimientos tan altos que obtuvimos indican que se trabajó de manera muy eficiente, debido que solo se tuvo una pérdida de 1 y 2% para los productos, además, la incorporación de todas las materias primas se realizó en el orden establecido y ese es uno de los parámetros que más se deben de cuidar en la elaboración de estas formas cosméticas, ya que la adición de un elemento en un momento equivocado o con una sustancia con la que no tenga afinidad, podría tener como consecuencia el fracaso de la emulsión formada y no tendría las características propias de un sistema disperso como se vio al momento de la obtención de nuestros productos, por ello, siempre que en la formulación se diga que debe ser una materia prima antes que otra, se debe llevar a cabo la adición de manera consecutiva y nunca saltarse pasos dentro del procedimiento completo.
CONCLUSIONES La elaboración de emulsiones requiere la adición adecuada de los materiales para que la dispersión de ambas fases se lleve a cabo de manera correcta y se obtenga un sistema emulsionado que sea estable. Los parámetros que se midieron en esta sesión fueron satisfactorios para el tipo de forma cosmética que se elaboró, ya que se cumple con lo establecido en la bibliografía. Después de una semana de almacenamiento, las cremas presentaron estabilidad y no tuvieron separación de fases o alguno de los fenómenos característicos de la inestabilidad de las mismas, demostrando que la formulación y los tensoactivos contribuyen a la duración de la emulsión.
BIBLIOGRAFÍA
http://www.textoscientificos.com/emulsiones/introduccion http://es.wikipedia.org/wiki/Emulsi%C3%B3n http://www.ehu.es/reviberpol/pdf/AGO06/aranberri.pdf http://depa.fquim.unam.mx/~tunda/Emulsificantes.html http://www.textoscientificos.com/emulsiones/equipos http://www.firp.ula.ve/archivos/cuadernos/08_MS_Paruta_E.pdf http://www.slideshare.net/zinzita/emulsiones
CUESTIONARIO 1. ¿Qué son las Emulsiones y cuál es su Clasificación? R. Sistema termodinámicamente inestable constituido por una suspensión de partículas líquidas en el seno de otra fase líquida no miscible. Las partículas de líquido dividido constituyen la fase dispersa o interna de la emulsión; el líquido en el seno del cual las gotas están dispersas, representan la fase continua o externa. Una de las fases de la emulsión está constituida por una fase acuosa, que puede contener un cierto número de substancias hidrófilas (alcoholes, glicoles, azúcares, sales minerales y orgánicas, etc) y la otra por una fase oleosa que puede contener substancias lipófilas (ácidos grasos, alcoholes grasos, ceras, principios activos liposolubles En la mayoría de las emulsiones una de las fases es acuosa y la otra un aceite polar. Las emulsiones con el aceite como fase dispersa se conocen como emulsiones de aceite en agua (oil-in-water, o/w) y las emulsiones con agua como fase dispersa se conocen como emulsiones de agua en aceite (water-inoil, w/o). También, se pueden encontrar otros tipos de emulsión que incluyen 3 sistemas en dispersión: aceite en agua en aceite (oil-in-water-in-oil, o/w/o), agua en aceite en agua (wáter-in-oil-in-water, w/o/w) y ahora, tambiñen existen sistemas dispersos con materiales sintéticos como: agua en silicón (w/s) y silicón en agua (s/w).
2. ¿Cuántos tipos de emulsiones existen? R. Las emulsiones pueden pertenecer a cualquiera de los dos tipos siguientes: Aceite en agua (O/W) donde la fase continua es el agua o bien, agua en aceite (W/O) donde la fase continua es el aceite. El tipo de la emulsión depende de la naturaleza de los constituyentes, del modo de preparación de la emulsión y de las proporciones relativas de los constituyentes. En muchos casos, se puede transformar una emulsión aceite-agua y agua-aceite, o viceversa, por pequeñas modificaciones en el sistema Este fenómeno se llama "inversión". La relación de volúmenes respectivos de las dos fases líquidas es una característica importante en una emulsión dada. Se puede a veces realizar la inversión cambiando simplemente esta relación. 3. ¿A qué HLB es estable cada tipo de emulsión? R. En 1949 Griffin propuso una escala de medidas de la fuerza relativa de la parte hidrófila y lipófila llamada "balance hidrófilo-lipófilo". Este nombre empírico puede ser ligado a la naturaleza química del emulsificante dándole un valor a los grupos funcionales de los tensoactivos. Números de 0 a 20 han sido atribuídos a una serie de tensoactivos. La relación propuesta es: HLB = VGH - VGL + 7 VGH: valor de los grupos hidrófilos (suma de los valores) VGL: valor de los grupos lipófilos (suma de los valores) Un valor pequeño de HLB (3-6) dará una emulsión agua en aceite. Un valor elevado de HLB (8-18) dará una emulsión aceite en agua. Muchas propiedades pueden ser correlacionadas con el HLB. Sin embargo esta escala no se aplica más que a los tensoactivos no-iónicos que pertenecen a una familia de productos de condensación de alcoholes de cadena larga con el polioxietileno. La siguiente tabla indica la correspondencia y las propiedades de los agentes: Coeficiente HLB 4a6 7a9 8 a 13 13 a 15 15 a 18
Propiedades del agente emulsificante tipo agua en aceite agentes humectantes emulsificantes tipo eceite en agua detergentes solubilizantes
4. Menciona tres métodos fisicoquímicos para identificar el tipo de emulsión. R. a) Conductividad.- Las emulsiones aceite en agua, siendo conductoras, permiten medir la conductividad, y así determinar que el tipo de emulsión es aceite en agua.
b) Solubilidad de colorantes.- Se trata la emulsión con colorantes para ver la posibilidad de su tinción. Sí son solubles en agua, la emulsión será aceite en agua, si son solubles en aceite la emulsión será agua en aceite. c) Método del índice de agua.- La siguiente técnica es útil para identificar una emulsión agua en aceite: - colocar en un vaso de precipitado 58% de la fase oleosa. - adicionar 2% en peso del emulsificante seleccionado. - agitar en parrilla con agitación magnética. - durante la agitación gotear con pipeta 40 % de peso en agua. Deberá formarse la emulsión. Para identificación de una emulsión aceite en agua. - colocar en un vaso de precipitado 40% en peso de agua - adicionar 2% en peso del emulsificante seleccionado. - agitar en parrilla con agitación magnética - durante la agitación gotear con pipeta 58% de la fase oleosa. Observar la formación de la emulsión d) Método del papel filtro. Adicionar una gota de la emulsión a un pedazo de papel filtro. Dependiendo del líquido que se evapora se puede deducir el tipo de emulsión (si prácticamente toda la gota se evapora se trata de aceite en agua) 5. ¿Cuáles son los parámetros y factores que afectan la estabilidad de una emulsión? R. El proceso de ruptura de las emulsiones puede ocurrir mediante cuatro mecanismos de inestabilidad diferentes 1) “Creaming”/sedimentación. Se trata de un proceso causado por la acción de la gravedad y produce un gradiente vertical de concentración de las gotas sin variar la distribución del tamaño de las mismas. Para las emulsiones o/w que se considerarán mayoritariamente en este artículo, las gotas de aceite son menos densas que la fase continua y acuosa y por lo tanto principalmente ocurre el “creaming”. Para una gota de emulsión aislada, la velocidad de “creaming”/sedimentación (v) es definida por: Siendo la a el radio de la gota, ρ0 y ρ las densidades de las fases continuas y dispersas respectivamente, g la aceleración debido a la gravedad y η la viscosidad absoluta de la fase continua. Las emulsiones que se mostrarán mayoritariamente en este artículo son emulsiones no gelificados y el “creaming” fue completa en menos de 10 minutos. 2) La floculación es la adhesión de las gotas sin fusionarse y una vez más no existe una variación en la distribución de tamaño de gotas. El proceso de la floculación está controlado por un equilibrio global entre las fuerzas de atracción electrostáticas de van der Waals, y repulsivas de tipo estéricas y de hidratación.
3) Coalescencia es la fusión de gotas para crear unas gotas más grandes con la eliminación de parte de la interfase líquido/líquido. Este cambio irreversible requeriría un aporte extra de energía para restablecer la distribución de tamaño de partícula original. A pesar de que el proceso de inestabilidad debido a la coalescencia no se comprende en su totalidad, se cree que está relacionado con la curvatura preferida y con la rigidez de la capa de tensioactivo que estabiliza la emulsión. . 4) Engrosamiento de gotas (Ostwald ripening). Se debe al crecimiento de las gotas más grandes a costa de las más pequeñas hasta que éstas últimas prácticamente desaparecen. Este proceso ocurre a una velocidad que es función de la solubilidad de la fase dispersa en la fase continua y se debe a que la presión interna de las gotas (presión de Laplace) es mayor en las gotas más pequeñas. Lifshitz, Slezov y Wagner derivaron la siguiente ecuación que define la velocidad de engrosamiento de las gotas dispersas: Siendo t el tiempo, ac el radio crítico de gota, para el cual las gotas ni crecen ni se encogen y aproximadamente al valor medio del radio de las gotas, D es el coeficiente de las especies disueltas en la fase acosa, γ es la tensión superficial de la interfacie agua-aceite, Vm es el volumen molar del aceite, c(∞) es la solubilidad molecular de la fase dispersa en la fase continua y f(φ) es el factor de corrección que tiene en cuenta que la velocidad de engrosamiento es función de la fracción de volumen φ, e igual a 1 en el límite φ → 0, R es la constante de gases y T la temperatura absoluta. Experimentalmente ω se determina a partir de la pendiente de la recta que se obtiene al representar ac frente al tiempo. En general, el complejo proceso de la inestabilidad de las emulsiones suele ocurrir mediante la combinación de los cuatro posibles procesos de inestabilidad que pueden sucede simultáneamente a diferentes velocidades. De hecho, la mayoría de las veces, dos de los procesos anteriormente citados se suelen acoplar. Por ejemplo, las velocidades de flotación en las emulsiones diluidas son más rápidas en sistemas floculados que en los no-floculados debido al aumento del tamaño de partícula flotante en el primer caso 6. ¿Cuáles son los parámetros (constantes fisicoquímicas) que se le determinan a las emulsiones? R. Se evalúa: Cremado Sedimentación Floculación Coalescencia Inversión de fases Forma de los glóbulos Distribución del tamaño de los glóbulos pH Conductividad eléctrica.
7. Menciona 5 diferentes tipos de cosméticos en emulsión. R. Las emulsiones cosméticas comprenden gran variedad de tipos y de formas. Son emulsiones oleo-acuosas las cremas y lociones faciales, evanescentes, para las manos y para afeitarse. Se pueden formular como emulsiones oleoacuosas o hidrooleosas muchas de las cremas más emolientes, como el cerato blanco, la crema contra sequedad del cutis, los preparados para el cabello, las lociones para repeler insectos y las cremas desodorantes contra el sudor. 8. ¿Qué significa un valor de conductividad alta en una emulsión? R. La fase acuosa, que generalmente contiene electrólitos, se caracteriza por tener una conductividad alta (del orden de mS/cm), mientras que la fase oleica por su naturaleza apolar presenta una baja conductividad (del orden de µS/cm). Esta diferencia permite deducir inmediatamente el tipo de una emulsión a partir de medidas de conductividad: una emulsión con alta conductividad tendrá por fase continua el agua y será del tipo O/W (ó W/O/W). 9. ¿Qué significa un valor de conductividad baja en una emulsión? R. Una emulsión con baja conductividad tendrá por fase externa el aceite y será del tipo W/O (ó O/W/O). La figura muestra dos ejemplos de la variación de la conductividad electrolítica de emulsiones con respecto a las variables de formulación: salinidad y concentración de surfactante.
Variación de la conductividad electrolítica en función de la formulación. 10. ¿Cuáles son las propiedades idóneas de una emulsión? R. Estabilidad que dure un largo tiempo, por lo menos la vida útil del producto sin que haya separación de fases en el interior del sistema. Viscosidad adecuada para el tipo de cosmético que se desee formular a partir de una emulsión (de cualquiera de los tipos mencionados anteriormente). Un valor de pH que no agreda la superficie a la que van destinados, siendo de vital importancia para que no ofrezca reacciones secundarias al consumidor. Que no presente ninguno de los mecanismos de inestabilidad mencionados, puesto que eliminarían la característica de emulsión del producto.
