Adecuación de la técnica de extracción de ARN y obtención ...
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE …
Transcript of OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE …
Universidad de Los Andes
Facultad de Ingeniería
Escuela de Química
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR
DILUCIÓN DE SISTEMAS
SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO
CRISTALES LÍQUIDOS
Autor:
Br. Rubén E. Arocha C.
Co-Tutor:
Dra. Laura Márquez
Co-Tutor:
Dra. Ana Forgiarini
Mérida, Octubre de 2007
INDICEOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
INDICE
Página
Resumen………………………………………………………………………………….. i
CAPITULO I. INTRODUCCCIÓN
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II.1.- Sustancias Surfactantes. II - 1
II.2.- Clasificación de los Surfactantes. II - 2
II.2.1.- Surfactantes Aniónicos. II - 2
II.2.2.- Surfactantes No Iónicos. II - 2
II.2.3.- Surfactantes Catiónicos. II -3
II.2.4.- Surfactantes Anfóteros. II -3
II.3.- Propiedades Fundamentales de los Surfactantes en solución
acuosa.II -3
II.3.1.- Estructuras de asociación y empaquetamiento. II - 4
II.3.1.1.- Cristales Líquidos. II - 5
II.3.1.1.1.- Birrefringencia en Cristales Líquidos. II - 6
II.3.1.1.2.- Clasificación y Propiedades Químicas de los
Cristales Líquidos. II - 7
II.4.- Sistemas Surfactante-Agua-Aceite (SOW) II - 7
II.4.1 Formulación Físico-Química. II - 7
II.4.2.- Parámetros de Formulación. II - 9
II.4.2.1.- Balance Hidrofílico-Lipofílico (HLB) II - 9
II.4.2.2.- R de Winsor. II - 9
II.4.2.3.- Salinidad. II - 12
INDICEOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
II.4.2.4.- ACN. II - 12
II.4.2.5.- Temperatura. II - 13
II.4.2.6.- Estructura Química del Surfactante. II - 13
II.4.2.7.- Variables de Composición. II - 13
II.4.2.8.- SAD (Surfactant Affinity Difference). II - 13
II.4.2.9.- Tipo y concentración de Alcohol. II - 14
II.4.3.- Microemulsión II – 14
II.4.4.- Comportamiento de Fases. II – 15
II.5.- Emulsiones. II – 18
II.5.1.- Clasificación de las Emulsiones. II - 19
II.5.1.1.- Clasificación de Emulsiones según la Fase
Dispersa. II - 19
II.5.1.2.- Clasificación de las Emulsiones según el tamaño de
Gota. II - 20
II.5.2.- Propiedades de las Emulsiones y su Medición. II - 20
II.5.2.1.- Conductividad. II - 20
II.5.2.2.- Viscosidad. II - 21
II.5.2.3.- Estabilidad. II - 21
II.5.2.4.- Tamaño de Gota. II - 22
II.5.3.- Métodos de Emulsionación para obtención de
Nanoemulsiones. II - 23
II.5.3.1.- Métodos de Dispersión. II - 23
II.5.3.2.- Métodos de Baja Energía. II - 24
II.5.3.2.1.- Temperatura de Inversión de Fases (PIT). II - 24
INDICEOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
II.5.3.2.2.- Método de Inversión de Fases (EIP). II - 24
II.5.3.2.3.- Emulsionación Espontánea. II - 25
II.5.4.- Influencia de los cristales líquidos sobre nanoemulsiones II - 26
II.5.5.- Usos de Nanoemulsiones. II - 27
CAPITULO III. ANTECEDENTES
III.1.- Estudios Previos. III - 1
III.2.- Justificación. III - 2
III.3.- Objetivos. III - 3
III.3.1.- Objetivo General. III - 3
III.3.2.- Objetivos Específicos. III - 4
CAPITULO IV. EXPERIMENTAL
IV.1.- Materiales. IV - 1
IV.1.1.- Compuestos utilizados en la preparación de la emulsión. IV - 1
IV.1.2.- Materiales de laboratorio empleados en la preparación
de las emulsiones. IV - 1
IV.2.- Instrumentos. IV - 1
IV.3.- Métodos y Procedimientos. IV – 2
IV.3.1.- Obtención de emulsiones. IV - 2
IV.3.2.- Optimización del protocolo de emulsionación. IV - 3
IV.3.3.- Influencia de la composición del “sistema concentrado”
sobre el tamaño de gota del “sistema diluido”. IV - 5
IV.3.4.- Influencia del HLB sobre el tamaño de gota de los
“sistemas diluidos”. IV - 10
IV.3.5.- Caracterización de las emulsiones. IV - 11
IV.3.5.1.- Distribución de tamaño de gotas. IV - 11
INDICEOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
IV.3.5.2.- Estabilidad. IV - 12
CAPITULO V. RESULTADOS EXPERIMENTALES Y DISCUSIONES
V.1.- Influencia de la composición del “sistema concentrado” sobre el
tamaño de gota del “sistema diluido”. V -1
V.2.- Influencia del HLB en el tamaño de gota de los “sistemas
diluidos”. V - 11
V.3.- Estabilidad de los “sistemas diluidos”. V - 14
V.3.1- Medición de tamaño de gota de los “sistemas diluidos” a
través del tiempo. V - 14
V.3.2- Medición de transmitancia de “sistemas diluidos” a través
del tiempo. V - 17
CAPITULO VI. CONCLUSIONES
CAPITULO VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANEXOS
i
RESUMENOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
RESUMEN
Nanoemulsiones son emulsiones con tamaño de gota en el rango de 20-500 nm.
Estas pueden ser obtenidas por: métodos de alta energía y métodos de baja energía.
Los de alta energía se refieren a la división de las gotas en gotas mucho más pequeña
haciendo uso de fuerza bruta, (la aplicación de altos cizallamientos o ultra sonido); los
de baja energía se basan en la modificación del estado del sistema mediante la
manipulación de alguna de las variables de formulación, lo que se pretende al
manipular las variables de formulación son cambios de fases que traigan como
consecuencia emulsiones con tamaños de gotas diminutos.
Puesto que los métodos de alta energía representan un importante consumo
energético, se desea hallar un método de emulsionación de baja energía con tiempos
cortos de proceso (aplicable industrialmente). Para la obtención de nanoemulsiones de
80% p/p de parafina, 12% p/p de agua y 8% p/p de surfactante, se estudió un método
que consta básicamente de 4 etapas: 1. Preparación de una mezcla surfactante-
parafina, 2. Hidratación parcial de la mezcla (sistema precursor; se deja reposar 24 h),
3. Hidratación total para alcanzar el 12% p/p, 4. Dilución con parafina hasta alcanzar
el 80% p/p. Este método fue estudiado para diversas relaciones surfactante-parafina
con distintos niveles de hidratación parcial. Además cada sistema final preparado a
partir de un respectivo sistema precursor fue estudiado a distintos valores de HLB.
En cada uno de los sistemas precursores preparados se estudió: 1. La presencia
de cristales líquidos; 2. Los sistemas finales fueron caracterizados por: a. Tamaño de
gota a tiempo 0; b. Estabilidad de los sistemas finales midiendo el tamaño de gota y la
transmitancia de las muestras a través del tiempo.
De este modo se determinó que: 1. Es posible obtener nanoemulsiones
mediante el protocolo de emulsionación descrito en este estudio; 2. La composición del
sistema precursor afecta el tamaño de gota de la emulsión final; 3. Dependiendo del
HLB varían los sistemas precursores de nanoemulsiones; 4. A medida que aumenta el
HLB aumenta la relación S/O de los sistemas que terminan siendo precursores de
nanoemulsiones. Igualmente se encontró que todas las nanoemulsiones producidas
provenían de sistemas precursores con presencia de cristales líquidos, pero la
presencia de estos no asegura la obtención de nanoemulsiones.
Capítulo I Introducción
I-1
CAPITULO I. INTRODUCCIÓNOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
INTRODUCCIÓN.
Los sistemas surfactante-aceite-agua (SOW) son ampliamente utilizados dentro
de la industria química, desde la industria petrolera en procesos como la orimulsión®
hasta la industria de los alimentos, pasando por la industria de agricultura, cosméticos
y farmacéutica. Es por esto que, con el paso del tiempo, el estudio de estos sistemas
va captando mayor interés.
Los surfactantes son sustancias anfífilas, es decir, poseen una doble afinidad, su
doble afinidad se refiere a que es afín a sustancias polares como el agua y sustancias
apolares como el aceite. La presencia de un surfactante en sistemas donde se
encuentren fases acuosas y oleicas permite que éstas coexistan en relativa estabilidad,
lo cual no es posible en ausencia de éste.
Estos sistemas SOW al ser agitados producen emulsiones, las cuales son gotas
de un líquido dentro de otro en el que son inmiscibles. Dentro de la familia de las
emulsiones las de menor tamaño conocidas son llamadas nanoemulsiones, con
diámetros de gota entre 50-500 nm. Debido a sus tamaños de gota, algunas
nanoemulsiones son ópticamente trasparentes. Esta propiedad junto con baja
viscosidad, alta estabilidad cinética ante los efectos de “creaming” o sedimentación,
además de su alta área interfacial hacen que los usos de las nanoemulsiones estén
aumentando en distintas aplicaciones. Recientemente ha aumentado el interés en las
nanoemulsiones como vehículos coloidales para liberación de drogas en aplicaciones
farmacéuticas, así como en uso tópico para pasaje transdérmico.
La obtención y comportamiento de nanoemulsiones de aceite en agua se
encuentra ampliamente documentado, no así para el caso de nanoemulsiones de agua
en aceite, cuyas referencias son escasas, solo unos pocos artículos han sido
desarrollados en relación a este tema. Es por esto, que el presente trabajo pretende
desarrollar el conocimiento acerca de las nanoemulsiones de agua en aceite,
estudiando la formulación de éstas, con la finalidad de ampliar el entendimiento
existente en relación a estos sistemas y hallar un método que potencialmente pueda
ser usado a nivel industrial en usos como medicamentos de liberación controlada o de
pasaje transdérmico, liberación de pesticidas en la industria agroquímica, etc.
Capítulo II Marco Teórico
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II-1
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
CAPITULO II.
II.1.- Sustancias Surfactantes.
Los surfactantes son sustancias anfífilas (son afines tanto a sustancias polares,
como a sustancias apolares o no polares. En la figura II.1 se muestra la representación
de una molécula de anfífilo, en la que el grupo polar o hidrofílico ocupa la “cabeza” de
la molécula y el grupo apolar o lipofílico la “cola”) que presentan actividad superficial o
interfacial debido a su doble afinidad. Es importante destacar que no todas las
sustancias anfífilas poseen esta actividad, ya que para que esta ocurra es necesario
que la moléculas posean propiedades relativamente equilibradas, es decir, que no sea
demasiado hidrofílica o lipofílica.
Grupo polar
Grupo apolar
Figura II.1. Representación de un Anfífilo
Cuando estas propiedades se encuentran relativamente balanceadas, la
molécula tenderá a ubicarse en la interfase o superficie para satisfacer su doble
afinidad, ya que en el seno del líquido sea polar o apolar existirá una interacción que
no será satisfecha.
Por lo general la cadena hidrocarbonada de un surfactante contiene un mínimo
de 12 carbonos de forma parafínica, cicloparafínica o aromática y los grupos polares
más comunes son: carboxilato, sulfonato, sulfato, amonio y fosfato.
En la figura II.2 se muestra una molécula de surfactante a la vez que se
relaciona con la representación hecha para el anfífilo.
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II-2
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Figura II.2. Representación de una molécula de surfactante. [1]
II.2.- Clasificación de los Surfactantes.
Los surfactántes de acuerdo a sus características son empleados para distintos
usos como: detergente, tensoactivo, emulsionante, bactericida, dispersante, inhibidor
de corrosión, humectante, etc, sin embargo, existen surfactántes que pueden cumplir
más de una de éstas funciones por lo que clasificarlos según sus usos no es lo más
recomendable puesto que algunos pertenecerían simultáneamente a diferentes
categorías. Es por esto que su clasificación se hace preferiblemente según su molécula
o particularmente la disociación de su molécula en solución, como se muestra a
continuación: [2]
II.2.1.- Surfactantes Aniónicos.
Son llamados de éste modo debido a que en solución acuosa se disocian en un
catión y un anión anfífilo. El catión disociado generalmente es un metal o un amonio
cuaternario. Son los más usados por lo que representan el 55% de la producción anual
de surfactántes. Entres sus usos principales se encuentran: la producción de jabones,
detergentes del tipo alquil benceno sulfonatos y espumantes del tipo lauril sulfato.
II.2.2.- Surfactantes No Iónicos.
En orden de producción son los segundos siguiendo a los aniónicos con poco
menos del 40% de la producción mundial anual. Como su nombre los describe este
tipo de surfactántes no se ioniza en solución acuosa. La no ionización de estos
surfactántes en solución acuosa es debida a que su grupo hidrofílico generalmente es
un alcohol, éter, fenol o amida, a la vez que su grupo lipofílico es un radical alquil o
alquil benceno.
II-3
CAPITULO II. MARCO TEÓRICOOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
II.2.3.- Surfactantes Catiónicos.
Opuesto a los surfactántes aniónicos éstos se disocian en solución acuosa en un
catión anfífilo y un anión que suele ser del tipo halogenuro. Poseen un gran poder
bactericida y son excelentes como agentes anticorrosivos o hidrofobantes debido a su
facilidad para adsorberse en sustratos biológicos o inertes que poseen carga negativa.
Su producción es costosa así que solo son utilizados en situaciones particulares como
las mencionadas anteriormente.
II.2.4.- Surfactantes Anfóteros.
Este tipo de surfactántes presentan simultáneamente 2 de los caracteres antes
mencionados: aniónico y catiónico. Así aunque algunos son insensibles al pH otros son
catiónicos a pH ácido y aniónicos a pH elevado. Al igual que los catiónicos son costosos
por lo que solo se usan en circunstancias particulares.
II.3.- Propiedades Fundamentales de los Surfactántes en
solución acuosa.
Debido a que los surfactántes son sustancias anfífilas, estas en solución acuosa
presentan la particularidad de que la parte hidrofílica tendrá una gran afinidad por el
solvente mientras que la parte lipofílica no. El efecto hidrófobo en solución acuosa de la
parte lipofílica es el que produce las 2 propiedades fundamentales.
La primera de estas es la tendencia del surfactante de adsorberse en superficies
o interfases para así poder satisfacer completa o parcialmente su doble afinidad, esto
es que al encontrarse en la interfase el surfactante mantiene su parte polar dentro del
agua y la apolar “fuera” de esta. En este punto la energía libre es menor, por lo que la
migración hacia la interfase ocurre de manera espontánea. Generalmente esta
ubicación de los surfactántes viene acompañada de una disminución de la tensión
interfacial (de aquí que algunos surfactántes reciban el nombre de tensoactivos) la cual
favorece la ruptura de la interfase y la formación de sistemas dispersos.
La segunda propiedad fundamental es la capacidad que tienen los surfactantes
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II-4
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
de asociarse producto del efecto hidrófobo de la “cola” del surfactante. De acuerdo al
tamaño de la parte lipofílica del surfactante (a partir de determinada concentración una
vez saturada la interfase o superficie) las interacciones hidrofóbicas se vuelven
considerables por lo que las moléculas de surfactante se asocian espontáneamente con
la finalidad de “extraer” la parte hidrofóbica del agua. Estas asociaciones son de tipo
coloidal y son llamadas Micelas.
En la figura II.3 se muestra la asociación de surfactántes en forma de micela.
Figura II.3. Representación de una micela [3]
Existen otros tipos de arreglo para la asociación de los surfactantes.
II.3.1.- Estructuras de asociación y empaquetamiento.
Como se mencionó anteriormente, además de micelas, los Surfactantes pueden
asociarse para formar diferentes estructuras como barras, laminas y estructuras
bicontinuas interconectadas. Estás estructuras exhiben interesantes propiedades
reológicas, ópticas y de transporte de masa.
En la figura III.9 se ilustran los distintos tipos de estructuras de asociación de
surfactante. Desafortunadamente la notación asignada para cada una de estas
estructuras en la figura III.9 no es universal y cada una de estas fases se encuentra
con distintos nombres en la literatura científica.
El tipo de estructuras de asociación de surfactante formado depende de
numerosos parámetros entre los cuales destacan:
� Estructura del surfactante.
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II-5
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
� Composición del sistema.
� Presencia de sal, aceite y cosolutos.
� Temperatura.
Para entender la formación de estas estructuras ayuda considerar las
propiedades de empaquetamiento de las moléculas de surfactante. Así para las
estructuras lamelares el surfactante adopta esencialmente una forma cilíndrica,
mientras que en estructuras curvadas hacia el aceite la molécula de surfactante
ocupa una forma cónica, con el grupo polar más grande que el grupo hidrófobo. Para
estructuras curvadas hacia el agua ocurre lo opuesto, siendo la parte hidrófoba más
grande que la parte polar del surfactante. De este modo a medida que el conjunto
formado por el surfactante aumenta su curvatura hacia el aceite pasa de un
empaquetamiento lamelar a hexagonal y posteriormente micelar. El mismo
comportamiento se observa a medida que la curvatura aumenta hacia el agua
encontrándose primero estructuras lamelares, luego hexagonales reversas y por ultimo
micelares reversas. [4]
Figura III.9. Distintos tipos de agrupación de Surfactantes.
II.3.1.1.- Cristales Líquidos.
El cristal líquido es un tipo especial de estado de agregación de la materia que
tiene propiedades de las fases líquida y la sólida. Dependiendo del tipo de cristal
líquido, es posible, por ejemplo, que las moléculas tengan libertad de movimiento en
un plano, pero no entre planos, o que tengan libertad de rotación, pero no de
Lamelar (L�)Hexagonal (H1) Hexagonal Reversa (H2)
Micelas Reversas (L2)
Micelas (L1)
II-6
CAPITULO II. MARCO TEÓRICOOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
traslación.
El estudio de los cristales líquidos comenzó en 1888 cuando Friedrich Reinitzer,
botánico austriaco, observó que un material conocido como colesteril benzoato
mostraba dos puntos de fusión definidos. En sus experimentos, Reinitzer incrementó la
temperatura del sólido cristalino y observó el cristal cambiar hacia un líquido turbio.
Con un incremento adicional de temperatura, el material cambió nuevamente hacia un
líquido transparente. La fase turbia vino a llamarse la fase liquida cristalina.
Los cristales líquidos son únicos en sus propiedades y usos. La investigación en
este campo continúan y se desarrollan nuevas aplicaciones, por lo cual los cristales
líquidos seguirán jugando un papel importante en la tecnología moderna.
La característica distintiva del estado líquido cristalino es la tendencia de las
moléculas a apuntar a lo largo de un eje común, llamado director; esto lo diferencia de
las moléculas en el estado líquido, que no tienen orden intrínsecamente. En el estado
sólido, las moléculas están altamente ordenadas y tienen poca libertad translacional. El
orden orientacional característico del estado líquido cristalino se encuentra entre las
tradicionales fases sólida y líquida.
La tendencia de las moléculas de cristal líquido de apuntar en el sentido del
director lleva a una condición denominada anisotropía, es decir, las propiedades del
material dependen de la dirección en la cual sean medidas. La naturaleza anisotrópica
de los cristales líquidos es responsable de sus particulares propiedades ópticas
explotadas en múltiples aplicaciones.
II.3.1.1.1.- Birrefringencia en Cristales Líquidos.
Los cristales líquidos son birrefringentes debido a su naturaleza anisotrópica. Es
decir, ellos muestran refracción doble (tienen dos índices de refracción). La luz
polarizada paralelamente al director tiene un índice de refracción diferente (viaja a
diferente velocidad) que la luz polarizada perpendicularmente al director. Debido a esta
características es posible detectar la presencia de estos usando polarizadores.
II-7
CAPITULO II. MARCO TEÓRICOOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
II.3.1.1.2.- Clasificación y Propiedades Químicas de los Cristales
Líquidos.
Los cristales líquidos pueden clasificarse en dos categorías principales: cristales
líquidos termotrópicos y cristales líquidos liotrópicos. Estos dos tipos de cristales
líquidos se distinguen por los mecanismos que causan su auto-organización, pero ellos
son similares en muchos aspectos. Las transiciones termotrópicas ocurren en la
mayoría de los cristales líquidos y ellas se definen por el hecho de que son inducidas
térmicamente, es decir, se puede llegar al estado líquido cristalino aumentando la
temperatura del sólido y/o disminuyendo la temperatura del líquido. Los cristales
líquidos termotrópicos se clasifican a su vez en dos tipos: enantriópicos, que pueden
transformarse en cristales líquidos tanto subiendo la temperatura del sólido como
disminuyendo la del líquido, y monotrópicos que se transforman en cristales líquidos
únicamente subiendo la temperatura del sólido o únicamente bajando la del líquido,
pero no de las dos formas. En general, las mesofases termotrópicas se producen
debido a las fuerzas anisotrópicas de dispersión entre las moléculas y debido a
interacciones de empaquetamiento. En contraste, las transiciones de los cristales
líquidos liotrópicos se producen por la influencia de solventes. Las mesofases
liotrópicas se producen como resultado de un agregación de los mesógenos
constituyentes, en estructuras micelares, inducida por un solvente. Los mesógenos
liotrópicos son típicamente anfífilos. Esto causa que los mesógenos formen estructuras
micelares en la presencia de un solvente, ya que los extremos liofóbicos se unen,
mientras que los extremos liofílicos se extienden hacia la solución. A medida que la
concentración de la solución se incrementa y la solución se enfría, las micelas crecen y
al final coalescen, produciendo una fase liquida cristalina. [5]
II.4 SISTEMAS SURFACTANTE-ACEITE-AGUA (SOW)
II.4.1 Formulación Físico-Química.
La naturaleza de los sistemas SOW depende de factores físicos, especialmente
aquellos que han actuado durante su formación, así como de factores físico-químicos;
la influencia de estos últimos corresponde al efecto de las variables de formulación, es
decir, de la naturaleza de las sustancias que conforman el sistema, sus respectivas
II-8
CAPITULO II. MARCO TEÓRICOOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
concentraciones (las concentraciones a pesar de ser variables de formulación son
consideradas variables de composición) y por ultimo, pero igualmente importante la
temperatura y la presión que pueden afectar considerablemente las interacciones
físico-químicas. Las principales variables de formulación han sido reconocidas como
aquellas que caracterizan los tres componentes principales y sus interacciones en la
interfase: la longitud de cadena alquilo del surfactante, así como su grupo hidrofílico,
la salinidad de la fase agua (tipo de electrolito y su concentración), el tipo de aceite (su
estructura, su volumen molar y su polaridad), la presencia de alcoholes (tipo y
concentración), y como ya se nombro anteriormente la temperatura y la presión.
Además de eso, muchos productos comerciales contienen otras sustancias
funcionales llamados aditivos como los cosurfactantes, los cosolventes, los hidrótropos,
o los coloides protectores que se incorporan para producir un efecto adicional. [6]
El problema de la formulación es extremadamente complejo por diversas
razones [7]:
� La formulación de un sistema surfactante-agua-aceite no garantiza, de manera
única, la obtención de un cierto tipo de resultado.
� Se pueden obtener resultados idénticos con sistemas diferentes y se sabe que
ciertos tipos de efectos pueden compensarse con otros.
� Las formulaciones que han sido un éxito desde el punto de vista comercial son en
general extremadamente complejas y han sido obtenidas al tanteo.
� La comprensión teórica se limita a algunos modelos que son muy simplificados
para reflejar en general la realidad. Sin embargo, ellos pueden servir como guía
cualitativa o aproximada.
� Las industrias que utilizan surfactantes lograron sus formulaciones a expensas de
trabajos laboriosos de tanteos y, en consecuencia, la mayor parte del “saber
hacer” no se ha publicado.
Todo indica que la formulación determina de manera única el comportamiento de
fases del sistema, al igual que todas las propiedades al equilibrio, particularmente la
adsorción a la interfase, la composición de las fases presentes, la tensión interfacial
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II-9
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
y/o superficial.
II.4.2.- Parámetros de Formulación.
II.4.2.1.- Balance Hidrofílico-Lipofílico (HLB)
En vista del gran número de variables de formulación, una primera
aproximación puede hacerse tomando sólo la variable más importante o las 2 más
importantes. El problema es que estas cambian dependiendo de la aplicación o el
surfactante utilizado, siendo este último el de mayor efecto en la mayoría de los casos.
El HLB fue propuesto por Griffin en 1949 como una medida de la afinidad
relativa del surfactante por la fase agua o aceite. El HLB mide en una escala de 0 al 20
la importancia relativa del grupo hidrofílico y lipofílico de la molécula de surfactante.
Obviamente este valor cambiará de acuerdo al surfactante en estudio.
Para surfactantes no iónicos se toma la relación:
totalmolecular Pesoetileno de polioxido cadena la demolecular Peso
5100
HLB ��
La falta de precisión del HLB es considerable, sin embargo, todavía es
altamente utilizado debido a su simplicidad. Como se puede notar en la ecuación el
HLB no toma en cuenta variables de formulación importantes como salinidad,
temperatura ni tipo de aceite entre otras [7]. Es por esto que surgen otros parámetros
de formulación que se nombrarán más delante en este trabajo, así como también el
termino “temperatura HLB”.
II.4.2.2.- R de Winsor.
La R de Winsor (1954) es una relación que a diferencia del HLB toma en cuenta
las interacciones surfactante-agua y surfactante-aceite.
En su forma original la relación R de Winsor se escribía como:
AcwAco
R �
Posteriormente se prefirió utilizar las interacciones netas:
AHHAwwAcwALLAooAco
R����
�
Las interacciones presente en estás ecuaciones se describen en la figura II.4
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II-10
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Figura II.4. Interacciones moleculares en un sistema SOW [7]
Como es de esperarse la relación de Winsor puede arrojar infinitos resultados
los cuales para la práctica se dividen en 3 grandes campos: R>1, R<1 y R=1. Con
estas tres categorías se puede predecir a grandes rasgos el comportamiento del
sistema. Las características de estos sistemas se describen a continuación:
� Cuando R<1: el diagrama es llamado “Diagrama de Winsor tipo I” el cual
contiene una zona difásica demarcada como del tipo 2, la simbología del 2 indica
que el surfactante presenta mayor interacción con la fase acuosa por lo que este
se encuentra (generalmente) en la parte inferior del sistema, es decir, la fase
acuosa. Cualquier sistema que se encuentre dentro de la zona 2 contendrá una
fase acuosa rica en surfactante y otra oleica conocida como aceite en exceso; la
segunda fase recibe este nombre ya que estará compuesta por el aceite que no
pudo ser solubilizado por las micelas presentes en la fase acuosa.
Figura II.5. Diagrama de Winsor Tipo I [7].
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II-11
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
� Cuando R>1: el diagrama es llamado “Diagrama de Winsor tipo II”. Este al igual
que el tipo I presenta una zona difásica, está simbolizada por 2 . Esta vez la raya
arriba indica que el surfactante por tener una mayor interacción con la fase oleica
se encuentra en la fase superior, (generalmente) la oleica. El comportamiento de
los sistemas que presentan éste tipo de diagrama es totalmente opuesto al del
tipo I, así estos sistemas al equilibrio se separan en una fase oleica rica en
surfactante y otra fase acuosa en exceso que está constituida por el agua que no
fue incorporada por las micelas presentes en la fase oleica.
Figura II.6. Diagrama de Winsor Tipo II [7].
� Cuando R=1: el diagrama es llamado “Diagrama de Winsor tipo III” y como se
sabe de la relación las interacciones entre surfactante-agua y surfactante-aceite
son iguales. Esto provoca que el sistema se arregle en un sistema trifásico, el
cual es el que presenta la menor energía libre. Este sistema trifásico está
compuesto por 2 fases en exceso (una de agua y una de aceite) que no pudieron
ser incorporadas por las micelas tanto normales como inversas presentes en la
fase intermedia.
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II-12
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Figura II.7. Diagrama de Winsor Tipo III [7].
La relación de Winsor se tornó en la primera variable generalizada de
formulación ya que dejo ver que el estado del sistema al equilibrio no dependía de una
sola variable de formulación, sino que podía definirse como una situación físico-
química producto de todas las variables. Como es de esperarse Winsor en aquel
entonces no pudo cuantificar las interacciones moleculares, las cuales en la actualidad
con todos los avances tecnológicos todavía no pueden ser determinadas debido a su
gran complejidad.
II.4.2.3.- Salinidad.
La salinidad de la fase acuosa se encuentra incluida en la R de Winsor, sin
embargo su efecto individual es que al aumentar la salinidad aumenta las interacciones
Acw producto del efecto pantalla producido por los iones del electrolito.
II.4.2.4.- ACN.
El ACN es el número de átomos de carbono en la cadena del alcano, pero si el
aceite no es un alcano se cuantifica su cadena con el término EACN. El ACN al igual
que la salinidad se encuentra incluido en la R de Winsor ya que un aumento del ACN
aumenta las interacciones Aoo por lo que las interacciones Aco disminuye y en
consecuencia la R de Winsor. En otras palabras el aumento del ACN favorece la
formación de sistemas 2 y viceversa. [8]
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II-13
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
II.4.2.5.- Temperatura.
Los Surfactantes no iónicos polietoxilados, presentan una marcada dependencia
con respecto a la temperatura, ocurriendo el fenómeno denominado Punto de Turbidez
o de neblina. Al aumentar la temperatura las interacciones entre los átomos de agua y
los átomos de oxígeno se van debilitando, debido a que estas son direccionales,
trayendo como consecuencia la disminución de la hidrofilicidad de la cadena de
poliéter así como la interacción Acw. En cambio con los surfactantes iónicos la
temperatura incrementa ligeramente las interacciones Acw, consecuencia del aumento
de la solubilidad de las especies iónicas.
II.4.2.6.- Estructura Química del Surfactante.
Esta se caracteriza por algún parámetro que de cuenta de su afinidad relativa
por la fase acuosa u oleica. Para los surfactantes no iónicos este parámetro es el EON
que corresponde al número de unidades óxidos de etileno que posee el mismo,
mientras mayor es el EON más hidrofílico es el surfactante.
II.4.2.7.- Variables de Composición.
Con esto es posible situar un punto que represente las características de
composición de un sistema SOW sobre un diagrama ternario. Las variables que
pertenecen a este reglón son la concentración de surfactante y la relación agua-aceite,
conocida como WOR por sus siglas en inglés (water-oil ratio).
II.4.2.8.- SAD (Surfactant Affinity Difference).
Este parámetro relaciona la diferencia de interacciones que determinan la
afinidad del surfactante por la fase oleica o por la acuosa, en base a los potenciales
químicos estándar, y relaciona las variables de formulación en la formulación óptima,
quedando definido para surfactantes iónicos como: [9]
� � � � TAfKACNslnRT
SADT ������
Y para surfactantes no iónicos:
� � TcAkACNbSEONRT
SADT ������� �
II-14
CAPITULO II. MARCO TEÓRICOOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Debido a que estas expresiones están basadas en potenciales químicos, cada
término es una contribución energética, que cuando es positiva tiende a producir
transición desde R<1 hasta R>1, mientras que una contribución causa el efecto
contrario.
II.4.2.9.- Tipo y concentración de Alcohol.
Este afecta directamente el SAD, ya que el parámetro SAD considera todas las
interacciones en el sistema.
II.4.3.- Microemulsión
Anteriormente se ha mencionado el poder solubilizante de las micelas, ahora se
estudiará el efecto que se logra al solubilizar cantidades relativamente grandes. A
medida que las micelas solubilizan aceite o agua (dependiendo del tipo de micela que
se trate: normal o reversa respectivamente) estas se hinchan convirtiéndose en
microgotas que pueden sobrepasar los 100 Å recubiertas de una monocapa de
surfactante. Estas microdispersiones han sido llamadas prudentemente dispersiones
transparentes O/W o W/O según sea el caso, en la actualidad son conocidas como
microemulsiones.
Es importante notar que las microgotas no son micelas, estas dejaron de serlo
al momento que las interacciones entre las “colas” o “cabezas” (dependiendo del tipo
de micela) de surfactante se redujeron considerablemente debido a su separación por
la gran cantidad de aceite o agua solubilizada (dependiendo del tipo de micela), así
pues, las interacciones precursoras de las micelas ya no existen. [10]
Para obtener una microemulsión es necesaria una cantidad de surfactante
considerablemente alta, que las interacciones lipofílicas e hidrofílicas del surfactante se
encuentren balanceadas y cantidades relativamente similares de las fases agua y
aceite.
Las microemulsiones son sistemas termodinámicamente estables que se forman
espontáneamente por reducción de la energía libre, las cuales presentan una fase
única, además de ser transparentes y presentar interfase bien definida tanto con el
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II-15
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
agua como con el aceite.
Las microemulsiones pueden verse como sistemas en los que coexisten
simultáneamente micelas normales e inversas, formando una estructura de curvatura
cero que proporciona una gran área interfacial donde el surfactante puede satisfacer su
afinidad dual y alcanzando así su menor estado de energía. [11]
Figura II.8. Modelos de estructura para microemulsiones: Sistema lamelar, mezcla de micelas y micelas inversas, sistema bicontinuo (superficie de Schwartz).
II.4.4.- Comportamiento de Fases.
El comportamiento de fases está explicado implícitamente al definir la relación R
de Winsor, sin embargo ahora al conocer el concepto de microemulsión este puede
explicarse explícitamente. Para los casos de R<1 y R>1 las fases ricas en surfactante
pueden tratarse de soluciones micelares o microemulsiones dependiendo de la
composición del sistema. Para R=1 se encuentra que la fase intermedia es una
microemulsión que muestra fronteras interfaciales bien definidas con el agua y el
aceite en exceso. Estos arreglos de fases se pueden observar en la figura II.9.
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II-16
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
S
W O
S
OW
Barrido de Formulación
1.0 1.4 2.0 2.8 4.0 5,6 %
R > 1 R < 1 R = 1
Salinidad
W I W II W III
Figure 5 I
Fase oleica
Fase acuosa
ndicate the location othe surfactant phase
fMicroemulsión
Figura II.9. Diagramas de Fases en un Barrido de Formulación [12]
Ahora bien, debido a que las distintas variables de formulación tienen efectos
independientes pero compensatorios la técnica utilizada para el estudio de las
propiedades de los sistemas SOW al equilibrio fue el barrido unidimensional. Con esto
se verifico el concepto de formulación generalizada, y se realizaron estudios
sistemáticos manipulando las variables más fáciles de manejar sabiendo que el
resultado obtenido presentaba una representación general.
Para sistemas iónicos se usa la salinidad de la fase acuosa, y para sistemas no
iónicos se hace un barrido del número promedio de óxido de etileno EON.
En la figura II.10 se muestran los resultados obtenidos en un barrido típico,
destacando la dirección de cambio producida por las distintas variables de formulación.
[13]
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II-17
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Figura II.10. Cambios de tensión interfacial y solubilización a lo largo de un barrido de
formulación [13]
Luego de observar esto han sido publicados numerosos trabajos que relacionan
las propiedades de sistemas SOW agitados y la relación agua-aceite cercana a la
unidad con la formulación físico-químico mediante el llamado comportamiento de fase.
En estos trabajos destaca que en la formulación correspondiente a SAD=0 todas las
propiedades mostraban un comportamientos peculiar. Estos puntos se pueden
observar en la figura II.11 que sigue a continuación.
Figura II.11. Variación de las propiedades de los sistemas SOW al equilibrio a lo largo
de un barrido de formulación [13]
II-18
CAPITULO II. MARCO TEÓRICOOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
En la figura II.11 se puede observar un mínimo en la gráfica de tensión para un
valor de SAD=0. Seguidamente en la gráfica correspondiente a conductividad está
realiza un rápido descenso en las vecindades de SAD=0, esto debido a la inversión del
sistema por el cambio de afinidad del surfactante que originalmente se encontraba en
la fase acuosa y conforme transcurre el barrido se desplaza a la fase oleica. A causa de
la baja tensión los sistemas en las cercanías de SAD=0 se tornan inestables como se
puede notar en la gráfica superior derecha de la figura II.11, éste comportamiento se
explica debido a que con una menor tensión se hace más fácil la coalescencia de las
gotas. Por otro lado a medida que la formulación del sistema se acerca a SAD=0 la
viscosidad disminuye puesto que al disminuir la tensión las gotas pueden alargarse sin
poner gran resistencia al cizallamiento. El comportamiento complejo de la gráfica de
tamaño de gota promedio se explica fácilmente debido a que al acercarse a la
formulación SAD=0 la tensión disminuye sin que haya un cambio marcado en la
estabilidad, esto se traduce en una fácil ruptura de las gotas generando así gotas de
menor tamaño. A medida que la formulación se aproxima aún más a SAD=0 el efecto
dominante es la baja estabilidad traducida en una rápida coalescencia de la gotas por
lo que aumenta el tamaño promedio.
II.5.- EMULSIONES.
Las emulsiones son dispersiones de un líquido en otro líquido inmiscible,
“estabilizadas” por un agente emulsionante, el cual es un surfactante. La fase externa
es llamada continua y la fase interna que se encuentra en forma de gotas es llamada
dispersa.
Estos sistemas dispersos no son termodinámicamente estables, la
“estabilización” a la que se hace referencia debido a la presencia del surfactante se
refiere a un retardo en el tiempo de separación de las fases que componen la
emulsión. Este tiempo de “estabilidad” estará determinado por la aplicación que se
pretenda para el sistema.
II-19
CAPITULO II. MARCO TEÓRICOOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
II.5.1.- Clasificación de las Emulsiones.
II.5.1.1.- Clasificación de Emulsiones según la Fase Dispersa.
Las emulsiones generalmente se encuentran formadas por una fase acuosa y
una oleica representadas por W y O respectivamente como ya se ha mencionado
anteriormente. Así pues se pueden encontrar emulsiones en la que la fase dispersa es
el aceite llamadas emulsiones de aceite en agua, y se representan como O/W. Para el
caso contrario en las que la fase dispersa es el agua se llamarán emulsiones de agua
en aceite y se representan como W/O. Estas son conocidas como emulsiones simples.
Pueden existir otro tipo de sistemas emulsionados llamados emulsiones
múltiples. Estos sistemas contienen una emulsión que su a vez contiene otra, es decir,
una fase externa agua que contiene gotas de aceite, y estás gotas de aceite a su vez
contienen gotas de agua; este sistema se representaría como W/O/W. Evidentemente
este tipo de emulsiones también puede existir de manera tal que la fase más externa
sea el aceite y se simbolizarían como O/W/O siendo emulsiones de aceite en agua en
aceite.
Para las emulsiones múltiples se pueden obtener numerosas combinaciones
dependiendo del protocolo de emulsionación y las fases presentes. Por ejemplo una
emulsión múltiple W/O/W en la que la fase acuosa dispersa en la oleica es distinta a la
fase acuosa continua de la emulsión correctamente debe denotarse como W1/O/W2,
siendo W1 la fase más interna.
Dentro de la clasificación de emulsiones simples también se pueden obtener
emulsiones del tipo W1+W2/O esto indica que se tienen gotas de dos fases acuosas
distintas en una misma fase continua oleica, esto se puede lograr combinando dos
emulsiones simples de igual fase oleica y distinta fase acuosa (W1/O + W2/O =
W1+W2/O). De este mismo modo se pueden lograr infinidad de combinaciones en las
emulsiones según sean las necesidades.
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II-20
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Figura II.11. Diferentes tipos de emulsiones. [14]
II.5.1.2.- Clasificación de las Emulsiones según el tamaño de Gota.
Además de la clasificación vista anteriormente las emulsiones se pueden
clasificar según el tamaño de las gotas de su fase dispersa, a sabiendas de que en las
emulsiones todas las gotas no poseen el mismo tamaño, esta clasificación se ajusta a
emulsiones monodispersas, es decir, que las gotas de la fase dispersa son
relativamente del mismo tamaño entre si.
Así se tienen 2 grandes categorías:
� Macroemulsiones: son dispersiones de líquidos en otro líquido inmiscible, con
un tamaño de gota entre 1-100 μm que se pueden exceder por debajo de 1 μm y
por encima de 500 μm en casos particulares. Debido al tamaño de sus gotas
estos sistemas se ven fuertemente afectados por la gravedad acelerando el
proceso de separación de las fases que lo componen.
� Nanoemulsiones: al igual de que las macroemulsiones son sistemas dispersos
de un líquido en otro, con la variante de que sus gotas de fase dispersa se
encuentran en el rango de 50-500 nm. Por ser sistemas bifásicos son
termodinámicamente inestables por lo que a la larga se separarán en las fases
inmiscibles que los constituyen. Sin embargo debido al pequeño tamaño de sus
gotas estas prácticamente no se ven afectadas por la gravedad retardando así el
proceso de floculación y posterior separación de las fases. [15]
II.5.2.- Propiedades de las Emulsiones y su Medición.
II.5.2.1.- Conductividad.
La conductividad de las emulsiones está regida prácticamente por las
características de la fase continua, ya que a través de esta es que se da el paso de
corriente.
II-21
CAPITULO II. MARCO TEÓRICOOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Las conductividades de emulsiones de fase externa agua y fase externa aceite
son apreciablemente distintas, ya que como se sabe las fases acuosas son mejores
conductoras que las oleicas. De este modo se tiene que una emulsión fase externa
agua (O/W) posee una alta conductividad, mientras que una fase externa aceite (W/O)
posee una baja conductividad. [16]
II.5.2.2.- Viscosidad.
La viscosidad de una emulsión depende de muchos factores de tipo
fisicoquímico, tales como:
� Viscosidad de la fase externa.
� Proporción volumétrica de la fase interna.
� Tamaño de las gotas de la fase interna.
� Efecto emulsionante. [17]
II.5.2.3.- Estabilidad.
Debido a que las emulsiones son sistemas termodinámicamente inestables con
el paso del tiempo se separarán en las fases que las componen. Esto hace difícil
determinar que tan estable es una emulsión.
Una forma de medir la estabilidad de una emulsión sería medir la cantidad de
gotas en función del tiempo, sin embargo como esto no se puede realizar a nivel
práctico lo que se hace es medir el tamaño de gota o la cantidad de fases coalescida y
clarificada. Estos procesos se ven afectados por el tamaño de gota, ya que para lograr
la coalescencia de las gotas estás primero se ven afectadas por la gravedad y como ya
se ha dicho a menor tamaño de gota, menor efecto tiene esta. El aumento del tamaño
de gotas debe seguir una serie de etapas como son: el descenso por efecto de la
gravedad lo que trae como resultado una emulsión con gotas muy cercanas unas a
otras pero que no se tocan, el drenaje de la película de fase externa existente entre
las gotas y finalmente la coalescencia.
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II-22
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Figura II.12. Etapas de coalescencia de una gota [18]
Existen una serie de factores que pueden retardar el proceso de coalescencia
como lo es un menor tamaño de gota (mencionado anteriormente), el aumento de la
viscosidad de la fase externa, lo que disminuye el movimiento de las gotas de fase
interna y la similitud de las densidades de ambas fases con lo que se retrasa en efecto
de descenso por gravedad.
Otro factor que juega un papel importante en el proceso de coalescencia es el
surfactante, ya que este en caso de ser un surfactante iónico puede lograr un efecto
de repulsión entre las gotas.
II.5.2.4.- Tamaño de Gota.
Al momento de hacer uso de las emulsiones es de extremada importancia
conocer un parámetro característico como lo es el diámetro promedio de las gotas, ya
que como se ha visto propiedades características de las emulsiones como la viscosidad
y la estabilidad se ven altamente afectadas por el tamaño de gota. Se puede
determinar la distribución de tamaño de gotas de una emulsión por varios métodos
experimentales, basados en fenómenos físicos. Se pueden clasificar por un lado, en
métodos globales que se basan sobre una propiedad promedio del sistema, tal como su
superficie o su reflectancia, y que por lo tanto dan solo un diámetro equivalente, y por
otro lado en métodos individuales que consideran las propiedades a la escala de la
gota, y que mediante un análisis estadístico, llevan a la distribución de tamaño. [18]
De acuerdo a análisis estadísticos existen distintos tipos de distribución de
tamaño de gota que se pueden obtener:
� Unimodal del tipo log-normal, la cual es producida por agitaciones turbulentas
homogéneas, estrechas o polidispersas.
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II-23
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
� Emulsiones bimodales, producidas por la mezcla de dos emulsiones cuando se
desean bajas viscosidades.
� Las anteriores nombradas pueden ser simétricas o no. [19]
Figura II.13 Diferentes Distribuciones de Tamaño de Gota. Frecuencia vs. Diámetro.
[19]
II.5.3.- Métodos de Emulsionación para obtención de
Nanoemulsiones.
Debido a que las nanoemulsiones son sistemas termodinámicamente inestables,
para su formación requieren el suministro de cierta cantidad de energía. De esta
manera se pueden clasificar los métodos para la obtención de nanoemulsiones en 2
categorías: los métodos de baja energía y los de dispersión que requieren un mayor
consumo de energía.
II.5.3.1.- Métodos de Dispersión.
Estos métodos consisten en la división de gotas grandes en gotas más
pequeñas por medio de un alto cizallamiento. Los métodos de dispersión son poco
rentables ya que la energía consumida por el cizallamiento para lograr
nanoemulsiones es considerablemente alta, lo que se traduce en un proceso costoso.
Algunos de los equipos que emplean métodos de alta energía son: molinos de
II-24
CAPITULO II. MARCO TEÓRICOOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
coloides, homogenizadores de alta presión y generadores de ultra sonido. [20]
II.5.3.2.- Métodos de Baja Energía.
Los métodos de baja energía se basan en la modificación del estado del sistema
mediante la manipulación de alguna de las variables de formulación. Lo que se
pretende al manipular las variables de formulación son cambios de fases que traigan
como consecuencia emulsiones con tamaños de gotas diminutos. Algunos de estos
métodos son: la PIT (Point Inversion Temperature) en el que la variable a manipular
es la temperatura, el EIP (Emulsion Inversion Point), en este método se varía la
relación agua-aceite (WOR), el último método es el conocido como emulsionación
espontánea en el que si las dos fases líquidas no se encuentran en equilibrio en un
comienzo, ciertos procesos dinámicos tales como tensión superficial ultra baja,
difusión, entre otros, producen la emulsionación. [21]
II.5.3.2.1.- Temperatura de Inversión de Fases (PIT).
Como ya se menciono anteriormente, los surfactantes no iónicos se ven
afectados por la temperatura. En éstos la cadena poli-óxido de etileno se desolvata al
aumentar la temperatura, esto provoca que el surfactante cambie su afinidad de agua
por aceite o viceversa trayendo como resultado la inversión de una emulsión ya
existente. Esta inversión de la emulsión trae como consecuencia la formación de gotas
de diámetro muy pequeño a la vez que la distribución del tamaño es bastante fina. La
temperatura de inversión se determina haciendo mediciones de conductividad. Al
momento de la inversión de fases el sistema posee una baja tensión interfacial, por lo
que las emulsiones obtenidas por este método deben ser enfriadas rápidamente a fin
de aumentar su estabilidad.
II.5.3.2.2.- Método de Inversión de Fases (EIP).
Este método consiste en variaciones de composición y no de temperatura.
Produce una inversión de fases de W/O a O/W al diluir el sistema con agua, o
viceversa según sea el caso. [22]
Inicialmente se tiene una mezcla surfactante-aceite por lo que al agregar
CAPITULO II. MARCO TEÓRICO
II-25
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
pequeñas cantidades de agua la emulsión formada es W/O, sin embargo al aumentar
el contenido de agua en el sistema el surfactante se desplaza a la fase acuosa
provocando una inversión de la emulsión. Para llevar a cabo este proceso se requiere
una leve agitación del sistema. [23]
Figura II.14 Mecanismo de Emulsionación por Inversión de Fases propuesto por
Sagitani [24]
En la figura II.14 se puede observar una variante del proceso de EIP propuesto
por Sagitani, en el que durante la dilución el sistema atraviesa una zona de cristal
líquido el cual recubrirá las nuevas gotas formadas asegurando un diámetro de gota
pequeño y una baja polidispersidad a la vez que actúa como capa protectora
atribuyéndole mayor estabilidad al sistema.
II.5.3.2.3.- Emulsionación Espontánea.
Para que ocurra este tipo de fenómeno es necesario estar bajo ciertas
condiciones, la más importante es el equilibrio entre la fases inmiscibles. Esto hace
pensar que el proceso responsable de la emulsionación sin agitación podría ser
producido por difusión, fluctuación térmica o tensión interfacial ultra baja. [25]
Algunos de los mecanismos propuestos que describen la emulsionación
espontánea se ven afectados por las características fisicoquímicas del sistema, la
II-26
CAPITULO II. MARCO TEÓRICOOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
composición del sistema y el protocolo de emulsionación. Estos mecanismos son:
� Turbulencia Interfacial.
� Tensión Interfacial negativa
� Difusión y Strading.
La turbulencia interfacial y la tensión negativa se basan en la ruptura mecánica
de la interfase. La primera sugiere una inestabilidad interfacial producto del fenómeno
de “kicking”, que ocurre cuando una gota de líquido pesado está en el tope del liviano,
esta comienza a generar movimientos inestables, penetrando lentamente a través de
la otra fase desprendiendo pequeñas gotas a lo largo de su recorrido. La tensión
negativa es una simplificación del término de tensión ultra baja en los sistemas donde
ésta influye de manera determinante. Por último la difusión se basa en regiones o
focos de supersaturación que producen difusión y la formación de las gotas de la
emulsión en estas regiones. [8]
II.5.4.- Influencia de los cristales líquidos sobre nanoemulsiones
Los resultados obtenidos por Forgiarini y colaboradores en un estudio realizado
en 2000 muestran claramente que se pueden formar nanoemulsiones cuando la
tensión interfacial es sumamente baja, sin embargo la tensión interfacial ultra baja no
es el único requisito indispensable para lograr la formación de estas nanoemulsiones.
La clave de la obtención de las nanoemulsiones en el estudio de Forgiarini fue
atribuida a las fases transitadas durante el proceso de emulsionación. Las fases
transitadas en este proceso fueron: una fase isotrópica (W/O microemulsión), luego
una región multifásica que incluye cristal líquido lamelar y una fase birrefringente, para
finalmente obtener emulsiones O/W con tamaño de gota de 100 nm. Este método de
emulsificación es el que presenta el mayor cambio en la curvatura del surfactante. [26]
Las conclusiones hechas por Forgiarini son similares a las realizadas
previamente por Forster, el cual, en un estudio realizado en 1995 sobre la influencia de
las fases de microemulsión en la obtención de finas emulsiones realizó tres
experiencias de obtención de emulsiones por el método de PIT: la primera consistió en
mezclar todos los componentes a las concentraciones finales a temperatura ambiento,
calentarlos atravesando una zona de cristal líquido y posteriormente enfriarlos
nuevamente a temperatura ambiente. Con este método se obtuvieron emulsiones
II-27
CAPITULO II. MARCO TEÓRICOOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
monodispersas con tamaño de gota de 100 nm. La segunda experiencia consistió en
calentar un concentrado de la fase oleosa y surfactante hasta lo zona de
microemulsión, para posteriormente enfriarla al diluirla con el agua necesaria para
obtener las concentraciones finales deseadas. Mediante este método se logra ahorrar
tiempo y energía ya que el calor necesario para calentar el concentrado es menor que
el requerido para calentar las mezcla a su composición final. En esta experiencia las
emulsiones obtenidas nuevamente eran monodispersas con un tamaño de gota de 110
nm. Por último con la finalidad de estudiar el efecto de la microemulsión en el tamaño
de gota en la emulsión final se realizo un procedimiento similar al de la segunda
experiencia, con la diferencia de que el concentrado solo fue calentado hasta el punto
de lograr la emulsionación, antes de alcanzar la zona de microemulsión. Los resultados
obtenidos en esta experiencia fueron emulsiones polidispersas con tamaños de gota
superiores a 1000 nm.
En este estudio se hace evidente la influencia de la fase de cristal líquido en la
obtención de nanoemulsiones. [27]
Por último como cita Salager, la presencia de cristales líquidos estabiliza las
emulsiones, ya que una capa de estos rodea las gotas encapsulándolas y evitando por
protección estérica la rápida coalescencia que estas gotas presentan en las zonas de
baja tensión interfacial, permitiendo que perduren gotas de tamaño diminuto mientras
el sistema es llevado por dilución o cambio de temperatura a una zona donde las
pequeñas gotas se hacen estables definitivamente. [28]
II.5.5.- Usos de Nanoemulsiones.
El interés por las nano-emulsiones es creciente en los últimos años,
especialmente en su uso como transportadores de fármacos. Por ejemplo, se usan
para la administración de fármacos por vía tópica, transdérmica, intravenosa, etc.
También son útiles para obtener medicamentos de liberación controlada o para
vectorízar fármacos, ya que permite transportar el fármaco al interior del organismo y
su liberación de forma sostenida.
II-28
CAPITULO II. MARCO TEÓRICOOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Por otro lado, en algunas publicaciones se ha puesto de manifiesto el efecto de
nanoemulsiones en la mejora de la absorción de fármacos a través del tracto
gastrointestinal, especialmente si las gotas son pequeñas, por lo que estas
formulaciones ofrecen nuevas posibilidades para la administración de fármacos
insolubles en agua por vía oral.
En la Industria de los cosméticos las nanopartículas pueden subdividirse en la
base de la estructura encapsulante como liposomas y nanoemulsiones. La base o
material precursor más común de formación de nanopartículas es lecitina o fosfolípidos
fraccionados. Las gotas pequeñas de gran área superficial permiten el transporte
eficiente en la piel ya que también la cubren y penetran rápidamente la piel áspera.
En la industria de los alimentos, para mejorar la calidad nutricional de los
alimentos y sus propiedades, se utiliza la nanotecnología alimentaria. Con esta nueva
tecnología se pueden controlar y moldear los productos a una diminuta escala. La
idea es mejorar las cualidades de los alimentos de manera que se pueda realizar la
dispersión de determinados nutrientes o mejorar la disponibilidad de éstos gracias a
la formación de nanoemulsiones o nanocápsulas entre otras opciones. Por poner un
ejemplo, gracias a estas nuevas técnicas se puede dar un sabor salado a un
determinado producto en el que el contenido en sal sea especialmente bajo.
Capítulo III Antecedentes
III-1
CAPITULO III. ANTECEDENTESOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
III.1.- ESTUDIOS PREVIOS.
Además de las técnicas convencionales de emulsionación (de alta energía)
existen otros procedimientos conocidos como métodos de baja energía, los cuales a
medida que avanza el tiempo van cobrando cada vez mayor interés debido al bajo
consumo energético requerido por estos para emulsionar sistemas. Estos métodos han
demostrado ser realmente convenientes para la formulación de nanoemulsiones, ya
que los métodos empleados para la obtención de éstas, son los que representan el
mayor consumo energético.
Estos métodos se basan en el desequilibrio de sistemas surfactante-agua-
aceite, generando transiciones de fases que involucran procesos de emulsionación. Al
realizar estos cambios de fases, debido a las condiciones que atraviesa el sistema
durante este proceso, se pueden obtener emulsiones con tamaño de gota sumamente
pequeño con un mínimo esfuerzo.
Forgiarini y colaboradores, en 2001 estudió 3 técnicas de emulsionación: diluir
una mezcla surfactante-agua con aceite hasta obtener emulsión de agua en aceite,
diluir una mezcla surfactante-aceite con agua hasta obtener emulsión de aceite en
agua y por último mezclar todos los componentes a las concentraciones finales. En
este estudio se determinó que el orden en que son agregados los componentes del
sistema afecta el diámetro de gota de la emulsión final además de su distribución, ya
que para la primera y tercera técnica se obtuvieron tamaños de gota de entre 6 y 10
μm con una alta polidispersidad, mientras que el tamaño de gota obtenido mediante la
segunda técnica presentaba valores tan bajos como 50 nm además de ser
monodispersa la emulsión. [29]
En otro estudio realizado por Cuicas en 2003 se determinó que el aumento de la
viscosidad de la fase acuosa en emulsiones del tipo W/O disminuye el tamaño de gota
y se obtienen emulsiones monodispersas. En consecuencia del menor tamaño de gota
y la monodispersidad aumenta la estabilidad de estas emulsiones. Por último, se
estableció que los sistemas con presencia de cristal líquido eran más estables que
aquellos que no lo poseían. [30]
La obtención de nanoemulsiones W/O por medio de métodos de baja energía es
documentada por primera vez por Usón y colaboradores, en 2004, al obtener
III-2
CAPITULO III. ANTECEDENTESOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
nanoemulsiones W/O añadiendo lentamente isopropil a una mezcla surfactante-agua.
El comportamiento de fases de este sistema mostró que la composición que da origen
a estas emulsiones W/O pertenece a una región multifásica, en la que una de las fases
es un cristal líquido lamelar. Los tamaños de gota obtenidos por Usón se encuentran
entre 60 y 160 nm, además de presentar alta estabilidad, ya que durante un periodo
de 5 meses no se observó separación de fases. [31]
Según Pineda (2004) en el proceso de obtención de nanoemulsiones por
dilución, la velocidad en que se agrega el diluyente (agua para el caso de Pineda)
afecta el tamaño de gota que se obtiene. De este modo a mayor velocidad de dilución
menor es el tamaño de gota. [8]
Porras y colaboradores, en 2005, obtuvieron nanopartículas cerámicas en un
rango de 30 a 230 nm, usando como medio de reacción nanoemulsiones W/O. Las
nanoemulsiones W/O fueron preparadas agregando agua a una mezcla
surfactante/decano. El caudal al cual fue añadida el agua fue de 0,03 ml/min,
manteniendo la temperatura constante a 25ºC y agitando con agitador magnético a
700 rpm. Mediante este método fue posible obtener nanoemulsiones W/O con tamaño
de gotas entre 30 y 120 nm. También se determinó que el tamaño de gota aumenta al
incrementar la concentración de agua en el sistema, y disminuye al aumentar la
concentración de surfactante. Por último se observo la presencia de cristales líquidos
en aquellos sistemas preparados con la mezcla de surfactántes Span 20 – Tween 80.
[32]
III.2.- JUSTIFICACIÓN.
El estudio de los sistemas surfactante-agua-aceite (S-W-O) ha sido en general
basado en la experiencia empírica, dependiendo de las necesidades y los
requerimientos de la industria química, sin embargo, durante mucho tiempo de
investigaciones previas se ha tratado y se ha logrado generalizar algunos conceptos y
técnicas aplicables a diferentes tipos de sistemas.
El caso de las nanoemulsiones O/W es uno de los cuales ha sido ampliamente
estudiado y se encuentra bien documentado, ya que existen numerosas publicaciones
referentes a este tipo de sistemas. Estas publicaciones generalizan distintas
III-3
CAPITULO III. ANTECEDENTESOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
características de las nanoemulsiones O/W, el comportamiento de fases de estos
sistemas, métodos de obtención (de alta y baja energía), así como la gama de
aplicaciones industriales de estas nanoemulsiones.
Sin embargo, en lo referente a nanoemulsiones W/O la documentación es
escasa, y más escasa aún para obtención de nanoemulsiones W/O mediante métodos
de baja energía. El primer trabajo publicado referente a este tema apareció hace solo
unos pocos años, en 2004 por Usón.
Debido a la gran variedad de nuevas aplicaciones que actualmente están
surgiendo para las nanoemulsiones W/O como liberación controlada de medicamentos,
medicamentos o productos personales de pasaje transdérmico, dosificación de
pesticidas en la industria agroquímica, medios de reacción para la obtención de
nanopartículas cerámicas, etc; con este trabajo se busca ampliar los conocimientos
referentes al comportamiento de estos sistemas, la influencia de las distintas variables
de formulación y los métodos de obtención de los mismos. Todo esto con miras a
obtener los conocimientos necesarios para llevar el trabajo de laboratorio a nivel
industrial.
III.3.- OBJETIVOS.
III.3.1.- Objetivo General.
El objetivo general de esta investigación es estudiar la formación de
nanoemulsiones agua en aceite para el sistema Surfactante no iónico / Parafina / Agua
a través del método de transición de fase por dilución con parafina.
III.3.2.- Objetivos Específicos.
� Obtención de nanoemulsiones W/O mediante el método de transición de fase por
dilución con Parafina del sistema surfactante no iónicos /parafina/agua.
� Observación de las fases transitadas durante el proceso de emulsionación por
dilución mediante la utilización de polarizadores de luz.
� Caracterización: tamaño de gota de las nanoemulsiones W/O obtenidas.
Capítulo IV Experimental
IV-1
CAPITULO IV. EXPERIMENTALOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
IV.- EXPERIMENTAL.
IV.1.- Materiales.
Para preparar las distintas emulsiones se usaron dos surfactantes: polioxietileno
sorbitan monooleato, el cual es conocido comercialmente como Tween 80, y sorbitan
monooleato, cuyo nombre comercial es Span 80. Ambos surfactantes a temperatura
ambiente son líquidos de color amarillo. Estos surfactantes fueron suministrados por la
casa Aldrich y presentaban valores de HLB de 15 para el Tween 80 y 4,3 para el Span
80.
Como componente oleoso de las emulsiones se utilizó parafina, la cual a
temperatura ambiente es un líquido incoloro, con densidad de 0,92 g/ml y EACN 13,
suministrado por Científica Andina C.A.
Finalmente como componente acuoso se utilizó agua destilada.
Los sistemas estudiados solo pesaban 6 g, por esto se hizo necesario utilizar
inyectadoras genéricas en presentaciones de 5 ml y 10 ml con aguja. De este modo
se aseguró la precisión de las pequeñas cantidades pesadas al momento de la
preparación de las emulsiones. Además, las emulsiones fueron preparadas en viales
de 25 ml con tapa para evitar pérdida de material al momento de la agitación.
IV.2.- Instrumentos.
Las materias primas fueron pesadas en balanzas digitales del tipo Mettler PC
440 (capacidad: 420 g, apreciación: 0,001 g) y Mettler AB204-S (capacidad: 220 g,
apreciación: 0,1 mg, grado analítico). Para homogeneizar las muestras se utilizó un
agitador IKA Vortex 3 y para determinar la presencia de cristales líquidos se utilizó una
lámpara de luz blanca en conjunto con láminas polarizadoras de luz.
Posteriormente, las muestras se caracterizaron por distintos métodos, haciendo
uso de equipos como el analizador óptico de luz retrodifusa y transmitida Turbiscan
Classic MA2000 (Beckman Coulter, EE.UU.) y el analizador de tamaño de gota por
difracción de luz coherente, MasterSizer/E MalverTM.
Durante el tiempo de evaluación, las muestras se mantuvieron en una estufa a
25ºC.
IV-2
CAPITULO IV. EXPERIMENTALOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
IV.3.- Métodos y Procedimientos.
IV.3.1.- Obtención de emulsiones.
Se prepararon emulsiones utilizando parafina (como fase oleosa), agua y
mezclas de surfactantes Tween 80 y Span 80. Los sistemas finales tuvieron un peso
total de 6 g.
El método utilizado para la obtención de estas emulsiones fue un método de
baja energía por transición de fases por dilución (similar al empleado por Forgiarini en
2000, Usón en 2004, Sadurní en 2005 y Porras en 2005).
Inicialmente se partió de mezclas surfactante/agua en relación 40/60 (para
diferentes HLB) que posteriormente se diluyeron con parafina para obtener un sistema
final con 80% p/p de parafina, 12% p/p de agua y 8% p/p de surfactante.
Mediante este método se estudiaron los sistemas correspondientes a los valores
de HLB 7, 8 y 9 (véase ecuación 4.8), obteniendo emulsiones O/W para valores de HLB
mayores a 8; esto en discordancia con el objetivo de este trabajo que es la obtención
de nanoelmulsiones W/O.
Con base en los resultados obtenidos se hizo necesario optimizar el protocolo de
emulsionación, a fin de desarrollar uno que permitiese la obtención de emulsiones
W/O.
IV.3.2.- Optimización del protocolo de emulsionación.
En viales de 25 ml, se prepararon emulsiones finales W/O para el sistema SOW
constituido por Tween 80 y Span 80 / parafina / agua destilada.
En esta oportunidad el procedimiento se llevó a cabo básicamente en cuatro
etapas (cada etapa será explicada en detalle en la sección IV.3.3); la primera etapa
consistió en preparar mezclas surfactante/aceite en distintas relaciones (alrededor de
S/O = 1,9; 1; 0,54 y 0,25).
En una segunda etapa, las mezclas surfactante/aceite fueron hidratadas
parcialmente hasta distintas concentraciones de agua, estos sistemas parcialmente
hidratados serán llamados, a lo largo de este trabajo, “sistemas concentrados” (véase
figura IV.1).
CAPITULO IV. EXPERIMENTAL
IV-3
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Figura IV.1. Representación de la composición de los “sistemas concentrados”.
En la tercera etapa los “sistemas concentrados” fueron hidratados
completamente (“sistemas hidratados”), figura IV.2.
Figura IV.2. Representación de la composición de los “sistemas hidratados”.
Finalmente, en una cuarta etapa los “sistemas hidratados”, se diluían con
parafina (“sistemas diluidos”) a fin de de alcanzar la composición final deseada
(80% p/p parafina, 8% p/p surfactante y 12% p/p agua), figura IV.3.
CAPITULO IV. EXPERIMENTAL
IV-4
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Figura IV.3. Representación de la composición de los “sistemas diluidos”.
Puntualmente el protocolo se divide en los siguientes pasos:
� Mezcla de surfactantes Tween 80 y Span 80.
� Adición rápida de parafina a la mezcla de surfactantes.
� Agitación por medio de un agitador IKA Vortex 3 durante 1 minuto.
� Hidratación parcial con agua destilada (añadiendo esta rapidamente) a la mezcla
de surfactantes + parafina. Esta relación será llamada composición del “sistema
concentrado”.
� Agitación por medio de un agitador IKA Vortex 3 durante 1 minuto para
incorporar el agua al sistema. En este punto se estudió la presencia de cristales
líquidos haciendo uso de una lámpara de luz blanca en combinación con laminas
polarizadoras de luz.
� El “sistema concentrado” se dejó reposar durante 24 horas en una estufa a 25ºC
para permitir que el sistema alcance el estado de equilibrio.
� Luego de 24 horas el “sistema concentrado” fue nuevamente agitado en el
agitador IKA Vortex 3 durante 1 minuto para asegurar la homogeneidad del
mismo.
� El “sistema concentrado” fue completamente hidratado (añadiendo subitamente
el agua) y nuevamente agitado por 1 minuto con el agitador IKA Vortex 3.
� Finalmente el “sistema hidratado” fue diluido con parafina (añadida subitamente)
y agitado por última vez durante 1 minuto con un agitador IKA Vortex 3.
IV-5
CAPITULO IV. EXPERIMENTALOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Todos los “sistemas diluidos”, alcanzaron una masa final de 6 gramos de
emulsión con una composición final de 8% p/p surfactante, 12% p/p agua y 80%
p/p parafina. Además, todas las materias primas fueron añadidas con inyectadoras
con aguja, de este modo se aseguraba la precisión al momento de pesarlas.
IV.3.3.- Estudio de la influencia de la composición del “sistema
concentrado” sobre el tamaño de gota del “sistema diluido”.
Se estudió si la composición inicial del “sistema concentrado” generó algún
efecto sobre el tamaño de gota final de la emulsión. Para esto se prepararon sistemas
con composiciones iniciales distintas con los cuales a través del método de obtención
de emulsiones descrito en la sección IV.3.2, se obtuvieron emulsiones con las mismas
composiciones finales (8% p/p surfactante, 12% p/p agua y 80% p/p parafina).
Las composiciones de los distintos “sistemas concentrados” se representan en la
figura IV.4, así como sus pesos y porcentajes se muestran en la tabla IV.1
CAPITULO IV. EXPERIMENTALOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS
IV-6
SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Figura IV.4. Representación de la composición de los “sistemas concentrados”.
IA
IB
IC
IDIIA
IIB IIC
IID IIIA
IIIB IIIC
IIID
IVA IVB IVC IVD
Tabla IV.1. Composición de los “sistemas concentrados”.
I (S/O aprox = 1,9) II (S/O aprox = 1)
S (g) S (%) O (g) O (%) W (g) W (%) S (g) S (%) O (g) O (%) W (g) W (%)
A (S/W
aprox
=5,66) 0,480 59 0,252 31 0,081 10 0,480 46 0,480 46 0,083 8
B (S/W aprox=3)
0,480 54 0,258 29 0,151 17 0,480 43 0,480 43 0,156 14
C (S/W aprox=1,86)
0,480 48 0,260 26 0,260 26 0,480 40 0,480 40 0,240 20
D (S/W aprox=1,22)
0,480 43 0,257 23 0,380 34 0,480 36 0,480 36 0,373 28
III (S/O aprox = 0,54) IV (S/O aprox = 0,25)
S (g) S (%) O (g) O (%) W (g) W (%) S (g) S (%) O (g) O (%) W (g) W (%)
A (S/W
aprox
=5,66) 0,480 33 0,887 61 0,087 6 0,480 19 1,945 77 0,101 4
CAPITULO IV. EXPERIMENTAL
IV-7
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
B (S/W aprox=3)
0,480 31 0,898 58 0,170 11 0,480 19 1,920 76 0,126 5
C (S/W aprox=1,86)
0,480 30 0,880 55 0,240 15 0,480 18 1,947 73 0,240 9
D (S/W aprox=1,22)
0,480 27 0,907 51 0,391 22 0,480 17 1,948 69 0,395 14
S= Surfactante; O= Parafina; W= Agua destilada.
La cantidad de agua que se usó para hidratar cada uno de los “sistemas
concentrados” se muestra en la tabla IV.2, así como también la composición de los
“sistemas hidratados” y su representación sobre un diagrama ternario aparece en la
figura IV.5.
0,00 0,25 0,50 0,75 1,00
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00 0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
Figura IV.5. Hidratación de los “sistemas concentrados”.
IA
IB
IC
IDIIA
IIB IIC
IID IIIA
IIIB IIIC
IIID
IVA IVB IVC IVD
S
W O
IV-8
CAPITULO IV. EXPERIMENTALOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Tabla IV.2. Composición de los “sistemas hidratados” y cantidad de agua añadida para
formarlos.
I (S/O aprox = 1,9) II (S/O aprox = 1)
S (%) O (%) W (%) W añadida (g) S (%) O (%) W (%) W añadida (g)
A (S/W
aprox =) 59 31 0,081 10 46 46 0,083 8
B (S/W aprox =) 54 29 0,151 17 43 43 0,156 14 C (S/W
aprox =) 48 26 0,260 26 40 40 0,240 20 D (S/W
aprox =) 43 23 0,380 34 36 36 0,373 28
III (S/O aprox = 0,54) IV (S/O aprox = 0,25)
S (%) O (%) W (%) W añadida (g) S (%) O (%) W (%) W añadida (g)
A (S/W
aprox =) 59 31 0,081 10 46 46 0,083 8
B (S/W aprox =) 54 29 0,151 17 43 43 0,156 14 C (S/W
aprox =) 48 26 0,260 26 40 40 0,240 20 D (S/W
aprox =) 43 23 0,380 34 36 36 0,373 28
S= Surfactante; O= Parafina; W= Agua destilada.
Por último, la cantidad de parafina que se agregó a los “sistemas hidratados”
para formar los “sistemas diluidos” se muestra en la tabla IV.3, y en la figura IV.6 se
representa el cambio de pasar de los “sistemas hidratados” a los “sistemas diluidos”.
Tabla IV.3. Parafina agregada a los “sistemas hidratados” para formar los “sistemas
diluidos”.
I(S/O aprox =1,9)
II(S/O aprox =1)
III(S/O aprox =0,54)
IV(S/O aprox =0,25)
O (g) O (g) O (g) O (g)
A 4,548 4,320 3,913 2,855
B 4,542 4,320 3,902 2,880
C 4,540 4,320 3,920 2,853
D 4,543 4,320 3,893 2,852
CAPITULO IV. EXPERIMENTAL
IV-9
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
0,00 0,25 0,50 0,75 1,00
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00 0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
IA
IB
IC
IDIIA
IIB IIC
IID IIIA
IIIB IIIC
IIID
IVA IVB IVC IVD
S
W O
Figura IV.6. Dilución con parafina.
IV.3.4.- Estudio de la influencia del HLB sobre el tamaño de gota de los
“sistemas diluidos”.
Como se mencionó en el capitulo II, la formulación afecta de manera importante
las propiedades de la emulsión, incluyendo el tamaño de gota. Es por esto que para
todos los sistemas mencionados en la sección IV.3.3, se realizó un barrido de
formulación variando el HLB de la mezcla de surfactantes. Se estudiaron los sistemas a
HLB 7,5; 8; 8,5; 8,75; 9; 9,25; 9,5 y 10.
Para obtener cada uno de los HLB mencionados se prepararon mezclas de
surfactantes Tween 80 y Span 80 mediante una relación lineal de las masas de estos
con sus respectivos HLB de acuerdo a las siguientes ecuaciones:
CAPITULO IV. EXPERIMENTAL
IV-10
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Span80Span80Tween80Tween80Mezcla XHLBXHLBHLB ���� (4.8)
1�� Span80Tween80 XX (4.9)
donde X es igual a la fracción en peso del respectivo componente
De este modo, para conocer las cantidades en masa de cada uno de los
surfactantes se utilizaron las siguientes ecuaciones (sabiendo que la masa total de
surfactante = 0,48 g):
Tween80Xesurfactant de total masa Tween80de Masa �� (4.10)
Span80Xesurfactantdetotal masa Span80 de Masa �� (4.11)
IV.3.5.- Caracterización de las emulsiones.
IV.3.5.1.- Distribución de tamaño de gotas.
La determinación de la distribución de tamaño de gota y el diámetro medio, se
realizó a través de un analizador de tamaño de partícula por difracción de luz
coherente, el MasterSizer/E, MalvernTM.
La medición en el equipo se basa en el patrón de difracción superpuesto que se
forma cuando un haz paralelo de luz coherente monocromática (láser) pasa a través de
una pequeña zona conteniendo partículas o gotas. Después de la zona de partículas
está ubicado un lente convergente y una pantalla en el plano focal del lente; la luz no
difractada forma una imagen en el foco, y la luz difractada forma un conjunto de
anillos concéntricos alternativamente blancos y negros.
Este equipo calcula un conjunto de datos a partir de la distribución acumulada
de tamaño de gota, entre ellos se encuentran:
� El d(n, 0.1), basado en el número de gotas, es el diámetro por debajo del cual se
encuentra el 10% de las gotas.
� El d(n, 0.5), basado en el número de gotas, es el diámetro por debajo del cual se
encuentra el 50% de las gotas.
� El d(n, 0.9), basado en el número de gotas, es el diámetro por debajo del cual se
encuentra el 90% de las gotas.
� El Span, es un valor que provee una indicación de la amplitud de la distribución
de tamaño de gota. Se calcula según la siguiente ecuación:
CAPITULO IV. EXPERIMENTAL
IV-11
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
d(n,0.5)
d(n,0.1) -d(n,0.9)Span � (4.12)
De este modo, a menor span existe menos polidispersidad en relación al tamaño de
gota.
IV.3.5.2.- Estabilidad.
Se estudió la estabilidad de los “sistemas diluidos”, con la finalidad de conocer si
a través del tiempo existió incremento del tamaño de gota, disminución del tamaño de
gota, o algún efecto de sedimentación o “creaming”.
Para esto las muestras de los “sistemas diluidos” se caracterizaron por medio de
su tamaño de gota el día de su preparación, a los 7 días de su preparación y a los 21
días de su preparación.
También fue utilizado un analizador óptico de transmitancia y de luz retrodifusa
Turbiscan Classic MA2000. Este equipo indica la variación de la dispersión coloidal en
función del tiempo y permite analizar los fenómenos de sedimentación, creaming,
floculación y coalescencia, que ocurren en el sistema.
Capítulo V Resultados y Discusiones
V-1
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
V.- RESULTADOS EXPERIMENTALES Y DISCUSIONES.
V.1.- Influencia de la composición del “sistema concentrado”
sobre el tamaño de gota del “sistema diluido”.
El tamaño de gota de una emulsión ha sido relacionado con las fases
transitadas durante su preparación. Al mismo tiempo, estás fases cambian de tamaño
y forma a medida que se varía el valor de HLB (variación de la relación de los
surfactantes presentes).[13][31]
Con base en esto, existe una directa relación entre las fases transitadas durante
la preparación de la emulsión y el HLB del sistema. De este modo, los
comportamientos o tendencias que se observan para un conjunto de sistemas con HLB
similar no necesariamente deben repetirse para valores distintos de HLB.
Se estudió el efecto de la composición del “sistema concentrado” sobre el
tamaño de gota del “sistema diluido”, el cual tiene una composición de 80% p/p
parafina, 12% p/p agua y 8% p/p surfactante. Para esto se partió de “sistemas
concentrados” de distintas composiciones (véase tabla IV.1), los cuales fueron
hidratados (véase tabla IV.2) y posteriormente diluidos con parafina (véase tabla
IV.3). Además cada uno de estos sistemas fue estudiado para distintos valores de HLB.
La variación de la relación de surfactantes (variación del HLB) modifica el
comportamiento de fases, es por esto que el análisis de los resultados para determinar
si la composición del “sistema concentrado” afecta el tamaño de gota del “sistema
diluido”, se hace agrupando los sistemas correspondientes a valores de HLB similares.
Así pues, en la figura V.1 se representa esquemáticamente el tamaño de gota
obtenido para el “sistema diluido” según su correspondiente “sistema concentrado” con
HLB de 7,5.
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES
V-2
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
IIVD
IVC VB IVA
IIID
IIIAIIICIIIB
IID
IIC IIB
IIA ID
IC
IB
IA
0,9 μm <
0,8 μm < �0,9 μm
0,7 μm < �0,8 μm
0,6 μm < �0,7 μm
0,5 μm < �0,6 μm
�0,5 μm
Figura V.1. Distribución de Tamaños de Gota para HLB 7,5. Es posible observar en la figura V.1 que existe una región bien definida a la cual
pertenecen los “sistemas concentrados” precursores de los “sistemas diluidos” con los
menores tamaños de gota. Los “sistemas concentrados” fuera de esta región dan
origen a “sistemas diluidos” con tamaños de gota considerablemente superiores a los
correspondientes a nanoemulsiones.
Cabe destacar, que la región precursora de los “sistemas diluidos” con menor
tamaño de gota para el sistema de HLB 7,5 no obedece a una relación fija S/W ó S/O.
Para el conjunto de “sistemas concentrados” con valores de HLB 7,5 se confirmó
la presencia de cristales líquidos en la mayoría de estos (incluyendo aquellos “sistemas
concentrados” que dan origen a los “sistemas diluidos” con menor tamaño de gota), de
este modo se puede observar que no existe una relación directa entre la presencia de
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES
V-3
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
cristales líquidos en los “sistemas concentrados” con el tamaño de gota que se obtiene
en los “sistemas diluidos”, puesto que, tanto los “sistemas concentrados” que dieron
origen a los “sistemas diluidos” con menor tamaño de gota, como otros que dieron
origen a “sistemas diluidos” con tamaño de gota considerablemente superior, exhibían
la presencia de cristales líquidos.
Para el conjunto de sistemas correspondientes a HLB 8, como se esperaba, los
“sistemas concentrados” que dan origen a los “sistemas diluidos” con menor tamaño
de gota, pertenecen a una región diferente a la observada para el conjunto de
sistemas con HLB 7,5, como se observa en la figura V.2.
0,9 μm <
0,8 μm < �0,9
0,7 μm < �0,8
0,6 μm < �0,7
0,5 μm < �0,6
�
μm
μm
μm
μm
0,5 μm IA
IB
ICIIA
ID IIB IIC
IID IIIA
IIICIIIB
IIID
IIVD
IVC VB IVA
Figura V.2. Distribución de Tamaños de Gota para HLB 8.
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES
V-4
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
HLB 8
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
1,10
0 1 2 3 4 5 6
S/W
Diám
etro
de
Got
a (µ
m)
7
S/Oaprox=1,9 S/Oaprox=1 S/Oaprox=0,54 S/Oaprox=0,25
Figura V.3. Distribución de Tamaños de Gota para HLB 8.
En la figura V.3 se encuentran representados los tamaños de gota de los
“sistemas diluidos” en función de sus correspondientes “sistemas concentrados”
precursores. En esta figura, es posible notar que los “sistemas concentrados”
correspondientes a las relaciones S/W alrededor de 2 y 3 para cada una de las
relaciones S/O aproximadas, son precursores de “sistemas diluidos” con menor tamaño
de gota que aquellos formados a partir de los “sistemas concentrados”
correspondientes a las relaciones S/W alrededor de 1 y 5 para cada una de las
relaciones S/O aproximadas.
En la figura V.2 también es posible notar que los “sistemas concentrados”
precursores de los “sistemas diluidos” con menor tamaño de gota, corresponden a la
relación S/O más alta. Esto tiene sentido puesto que a mayor concentración de
surfactante, disminuye de la tensión interfacial, facilitando el rompimiento de las gotas
y favoreciendo la formación de gotas más pequeñas.
Ahora para el conjunto de sistemas correspondientes a HLB 8,5 nuevamente se
observa en la figura V.4 que los “sistemas concentrados” que dan origen a los
“sistemas diluidos” con menor tamaño de gota, pertenecen a una zona diferente a la
observada para los sistemas correspondientes a HLB 7,5 y 8 (la evolución de estas
zonas será tratado en la sección V.3),
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES
V-5
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
IIVC IVD
VB IVA
IIID
IIIA IIICIIIB
IID
IIC IIB
IIA ID
IC
IB
IA
0,9 μm <
0,8 μm < �0,9 μm
0,7 μm < �0,8 μm
0,6 μm < �0,7 μm
0,5 μm < �0,6 μm
�0,5 μm
Figura V.4. Distribución de Tamaños de Gota para HLB 8,5.
Al estudiar el sistema de HLB 7,5 se mencionó que contenían cristales líquidos
tanto los “sistemas concentrados” precursores de “sistemas diluidos” con tamaño de
gota diminuto, como los “sistemas concentrados” precursores de “sistemas diluidos”
con tamaño de gota mayores. Para el conjunto de sistemas con HLB 8,5, algunos
“sistemas concentrados” como IC, IIC y IID, no presentan cristales líquidos. Sin
embargo, estos “sistemas concentrados” son precursores de algunos de los “sistemas
diluidos” con menor tamaño de gota estudiados para este HLB. Con base en esto se
confirma lo mencionado anteriormente, en este estudio no existe una relación directa
entre la presencia de cristales líquidos en el “sistema concentrado” y el tamaño de gota
que se obtiene en los “sistemas diluidos”.
Cabe destacar la obtención de una nanoemulsión en este conjunto de sistemas,
esta corresponde al “sistema diluido” proveniente del “sistema concentrado” IVD.
Nótese que para este conjunto de sistemas el menor tamaño de gota en el “sistema
diluido”, se obtiene a partir de un “sistema concentrado” con la menor relación S/O,
V-6
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
esto opuesto a lo observado para el sistema de HLB 8, donde los menores tamaños de
gotas se obtuvieron a partir de “sistemas concentrados” con la mayor relación S/O. Es
importante recordar que el tamaño de gota que se puede obtener es una función
combinada tanto de la tensión interfacial como de la estabilidad. En este sentido los
menores tamaños de gotas no se obtienen con la mínima tensión interfacial (aumento
de la relación S/O) puesto que esta trae como consecuencia una alta inestabilidad,
produciendo la rápida coalescencia de las gotas formando gotas de mayor tamaño. De
este modo, el HLB 8,5 genera una disminución considerable en la tensión, al punto que
la cantidad de surfactante en la menor proporción es necesaria para bajar la tensión al
punto donde se consigue un buen compromiso entre baja tensión y no muy alta
coalescencia.[13]
En el conjunto de sistemas correspondientes a HLB 9, como se observa en la
figura V.5, prácticamente todos los “sistemas concentrados” son precursores de
“sistemas diluidos” con tamaños de gota diminuto, obteniéndose nanoemulsiones para
aquellos “sistemas diluidos” provenientes de los “sistemas concentrados” IIIB, IVA,
IVB, IVC y IVD.
Referente a la presencia de cristales líquidos en los “sistemas concentrados”,
para este conjunto de sistemas, los “sistemas concentrados” IC, ID, IIC y IID, no
contienen cristales líquidos, y son estos “sistemas concentrados” los que dan origen a
los “sistemas diluidos” con mayor tamaño de gota entre todo el conjunto. En este
sentido, por lo observado anteriormente, la presencia de cristales líquidos en los
“sistemas concentrados” no tiene efecto por si sólo, sino que depende de la curvatura
de los mismos el efecto que estos puedan acarrear. De este modo al ser menos rígidos
favorecen la formación de nanoemulsiones.
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES
V-7
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
IIID
IIIA IIIC
IIVD
IIIB
IVA IVC VB
IID
IIC IIB
IIA ID
IC
IB
IA
0,9 μm <
0,8 μm < �0,9 μm
0,7 μm < �0,8 μm
0,6 μm < �0,7 μm
0,5 μm < �0,6 μm
�0,5 μm
Figura V.5. Distribución de Tamaños de Gota para HLB 9.
En la figura V.6 se hace evidente lo mencionado antes, en cuanto a la conexión
entre la relación S/O del “sistema concentrado” y el tamaño de gota que se obtiene
para los “sistemas diluidos”. De este modo se observa que para los “sistemas
concentrados” manteniendo aproximadamente constante la relación S/W, a menor
relación S/O, menor tamaño de gota en los “sistemas diluidos”.
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES
V-8
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
HLB 9
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00
S/O
Dia
met
ro d
e G
ota
(µm
)
S/Waprox=5,7 S/Waprox=3 S/Waprox=1,9 S/Waprox=1,22
Figura V.6. Distribución de Tamaños de Gota para HLB 9.
En la figura V.7 se observa que para el conjunto de sistemas correspondientes a
HLB 9,5 los cuatro “sistemas concentrados” con menor relación S/O (IVA, IVB, IVC y
IVD) dan origen a “sistemas diluidos” con tamaño de gotas bastante pequeños, sin
embargo son dos de “sistemas concentrados” (ID y IIB) con las 2 relaciones S/O más
altas, los que dan origen a nanoemulsiones en los “sistemas diluidos”. De los trabajos
de Forgiarini y colaboradores en 2000, y Solans y colaboradores en 2004 y 2005, se
sabe que la formación de nanoemulsiones depende de las fases transitadas durante su
preparación; en este trabajo sólo se estudia la presencia de cristales líquidos en los
“sistemas concentrados”, en este sentido, comparando el conjunto de sistemas de HLB
9 y 9,5, debe existir alguna(s) fase(s) que no está siendo transitada por el conjunto de
sistemas correspondientes a HLB 9,5, haciendo necesaria una mayor cantidad de
surfactante (mayor relación S/O) para poder obtener nanoemulsiones.
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES
V-9
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
0,9 μm <
0,8 μm < �0,9 μm
0,7 μm < �0,8 μm
0,6 μm < �0,7 μm
0,5 μm < �0,6 μm
�0,5 μm IA
IB
IC
IDIIA
IIB IIC
IID IIIA
IIIC IIID
IVB IVD
IIIB
IVA IVC
Figura V.7. Distribución de Tamaños de Gota para HLB 9,5.
Por último para el conjunto formado por los sistemas correspondientes a HLB
10, en la figura V.8 nuevamente la obtención de nanoemulsión se limita a un “sistema
diluido” cuyo precursor es el “sistema concentrado” IC, el cual posee la mayor relación
S/O. Sin embargo se puede notar que para este conjunto de sistemas (HLB 10) es
posible obtener “sistemas diluidos” con tamaños de gotas diminutos a través de
“sistemas concentrados” a las distintas relaciones S/O estudiadas en este trabajo,
agrupándose estos “sistemas concentrados” en una región particular.
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES
V-10
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
0,9 μm <
0,8 μm < �0,9 μm
0,7 μm < �0,8 μm
0,6 μm < �0,7 μm
0,5 μm < �0,6 μm
�0,5 μm IA
IB
IC
IDIIA
IIB IIC
IID IIIA
IIIC IIID
IVB IVD
IIIB
IVA IVC
Figura V.8. Distribución de Tamaños de Gota para HLB 10.
Por medio del estudio de los distintos conjuntos de sistemas, en los cuales se
estudió la obtención de “sistemas diluidos” provenientes de diferentes “sistemas
concentrados”, fue posible observar que el “sistema concentrado” que da origen al
“sistema diluido” juega un papel determinante en relación al tamaño de gota que se
obtiene en el “sistema diluido”.
En este sentido existe una estrecha relación entre el “sistema concentrado” y el
HLB de la mezcla, ya que al cambiar el HLB de la mezcla, se modifican las
interacciones moleculares y en consecuencia las fases presentes. De este modo, los
“sistemas concentrados” precursores de nanoemulsiones en los “sistemas diluidos” son
únicos según sea el HLB de la mezcla.
Así pues para el sistema en estudio (agua/Tween80-Span80/parafina), a HLB 9,
se presentan el mayor número de “sistemas concentrados” precursores de
nanoemulsiones en los “sistemas diluidos”, ubicándose estos en su mayoría en la
menor relación S/O.
V-11
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
V.2.- Influencia del HLB en el tamaño de gota de los “sistemas
diluidos”.
Al acercarse a la formulación óptima, el diámetro de gota tiende primero a
disminuir, luego tiende a aumentar. Se encuentra un mínimo de diámetro situado a
cierta "distancia" de la formulación óptima.
La explicación de este efecto es relativamente simple. Primero al acercarse de la
formulación óptima desde "lejos" la tensión interfacial disminuye mientras que la
estabilidad no varía mucho. El factor dominante es entonces la disminución de tensión
que resulta en una más fácil ruptura y, por tanto, un menor diámetro de gota. Al
acercarse todavía más a la formulación óptima la reducción de tensión no produce
mucha ruptura adicional, pero por otra parte la creciente inestabilidad se vuelve
dominante y los fenómenos de coalescencia se producen cada vez más rápidamente,
por lo que el tamaño de gota aumenta de nuevo.
En otros términos, el mínimo de diámetro se encuentra en la formulación donde
se consigue el mejor compromiso entre una baja tensión y una coalescencia no
demasiada rápida.[13]
Además, el comportamiento de fases se modifica al variar la relación de
surfactantes (variación de HLB), y puesto que el tamaño de gota de una emulsión
depende de las fases transitadas durante su preparación, el tamaño de gota que se
obtiene al preparar una emulsión varía al cambiar el HLB del sistema. [13][31]
En este sentido, la preparación de los “sistemas diluidos” a partir de los diez y
seis “sistemas concentrados” se estudió para los valores de HLB 7,5; 8; 8,5; 9; 9,5 y
10.
De este modo en la figura V.9 se observan las diferentes regiones, para
distintos valores de HLB, a las que pertenecen los “sistemas concentrados” que por
medio del protocolo de emulsionación aplicado en este estudio, dan origen a
nanoemulsiones y a otras emulsiones con tamaño de gota bastante cercano al de
nanoemulsiones en los “sistemas diluidos”.
V-12
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Figura V.9. Regiones precursoras de nanoemulsiones y emulsiones con tamaño de gota
diminuto.
Similar a lo reportado en estudios previos, en la figura V.9 se observa que para
cada valor de HLB es distinta la región a la que pertenecen los “sistemas concentrados”
que dan origen a nanoemulsiones en los “sistemas diluidos” ó emulsiones con tamaño
de gota cercano a nanoemulsiones. Es posible notar como la zona a la que pertenecen
los “sistemas concentrados” que dan origen a los “sistemas diluidos” con menor
tamaño de gota (entre su respectivo conjunto de sistemas) se va haciendo más grande
a medida que se aumenta el valor de HLB. Esta zona se hace máxima para un valor de
HLB 9, donde prácticamente todos los “sistemas concentrados” dan origen a “sistemas
diluidos” con tamaños de gota bastante cercanos a nanoemulsiones, o bien dan origen
a nanoemulsiones en los “sistemas diluidos”. Por encima de este valor de HLB, a
medida que aumenta el mismo, la región a la que pertenecen los “sistemas
concentrados” que dan origen a “sistemas diluidos” con tamaños de gota cercanos a
nanoemulsiones se hace cada vez más reducida.
Referente a la obtención de nanoemulsiones, el comportamiento de las regiones
a la que pertenecen los “sistemas concentrados” que dan origen a nanoemulsiones en
los “sistemas diluidos” es aún más dramático. En la figura V. 9 la “región” a la que
V-13
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
pertenece el “sistema concentrado” que da origen a una nanoemulsión aparece por
primera vez para un valor de HLB 8,5 (por debajo de este valor de HLB no se
obtuvieron nanoemulsiones) y se limita a un solo punto (IVD). Es importante destacar
que este punto posee la menor relación S/O. Al aumentar el HLB hasta 9 la región de
“sistemas concentrados” que da origen a nanoemulsiones se hace máxima y ahora
abarca los cuatro “sistemas concentrados” con relación S/O aproximado = 0,25, así
como uno de los “sistemas concentrados” con relación S/O aproximada = 0,54. En los
sistemas con valores de HLB 9,5 y 10 disminuye la cantidad de “sistemas
concentrados” que dan origen a nanoemulsiones, pasando de cinco “sistemas
concentrados” para HLB 9, a dos para el HLB 9,5 y uno para el HLB 10. Nótese que a
medida que se avanza en valores de HLB, los “sistemas concentrados” que dan origen
a nanoemulsiones pertenecen cada vez a relaciones S/O mayores. De este modo existe
la posibilidad de que pudiese existir para un HLB menor a 8,5 un “sistema
concentrado” con una relación S/O menor a 0,25, el cual daría origen a una
nanoemulsión al formar un “sistema diluido”; y para un valor de HLB superior a 10 es
posible que se necesitase un “sistema concentrado” con una relación S/O superior a
1,9 para dar origen a una nanoemulsión al formar el sistema diluido.
De la figura V.9 se observa que los “sistemas concentrados” que dan origen a
nanoemulsiones, pertenecen a conjuntos de sistemas donde numerosos “sistemas
concentrados” dan origen a “sistemas diluidos” con tamaños de gotas cercanos a
nanoemulsiones, es decir, ningún “sistema concentrado” que pertenezca a un conjunto
de sistemas donde la mayoría de estos den origen a “sistemas diluidos” con tamaños
de gotas elevados, da origen a nanoemulsiones. En este sentido, puede atribuirse la
formación de emulsiones con tamaño de gota cercano a nanoemulsiones a un buen
compromiso entre baja tensión y no muy alta coalescencia producto de un
determinado HLB. Sin embargo, se sabe que esto no basta para la formación de
nanoemulsiones y las fases transitadas durante el proceso de emulsionación juegan un
papel determinante. De este modo, para el estudio realizado, sólo se determinó la
presencia de cristales líquidos en los sistemas concentrados, pero existe la posibilidad
de que hubiesen presentes otras fases tanto en los “sistemas concentrados” como en
los demás puntos que comprende el protocolo de emulsionación, que estén afectando
el tamaño de gota que se obtiene en los “sistemas diluidos”.
V-14
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
V.3.- Estabilidad de los “sistemas diluidos”.
V.3.1- Medición de tamaño de gota de los “sistemas diluidos” a través
del tiempo.
Se determinó la estabilidad de los “sistemas diluidos” formados a partir de los
“sistemas concentrados” IVA, IVB, IVC y IVD para valores de HLB 7,5 y 8. El estudio
de estabilidad consistió en la medición del tamaño de gota de los “sistemas diluidos” el
día de su preparación, a los 7 días y finalmente a los 21 días.
En las figuras V. 9, 10 y 11 se observa la variación del tamaño de gota en
función del tiempo en los “sistemas diluidos” formados a partir de los “sistemas
concentrados” IVA, IVB y IVC para valores de HLB 7,5 y 8. Todos estos presentan el
mismo comportamiento, que consiste en un tamaño de gota mayor el día de su
preparación y una constante disminución del tamaño de gota a través del tiempo.
Lo que se interpreta como una disminución en el tamaño de gota a través del
tiempo, es posible que se deba a que las gotas de agua estén recubiertas de diversas
capas de cristal líquido (el cual termodinámicamente existe a la composición del
“sistema concentrado”), y puesto que este al equilibrio no existe en la composición de
los “sistemas diluidos”, se van diluyendo las diferentes capas, y al hacer las
mediciones, se obtienen lecturas con menor tamaño de gota.
Las mediciones fueron realizadas hasta un máximo de 21 días donde se observa
que el tamaño de gota continúa disminuyendo. Esta “disminución” del tamaño de gota
continuará hasta que el cristal se haya diluido por completo, en este punto se podrá
observar un mínimo en el tamaño de gota, puesto que de este punto en adelante las
gotas comenzarán a aumentar de tamaño producto de la coalescencia, ya que no
existirá la capa “protectora” de cristal líquido que retarda la misma.
También es importante notar que para estos seis sistemas los correspondientes
a HLB 7,5 presentan a tiempo 0 mayores tamaños de gota que sus homólogos a HLB
8, y que posteriormente transcurridos unos días, todos los correspondientes a HLB 7,5
presentan menor tamaño de gota. Dejando de lado por un instante la posibilidad de
haber transitado fases distintas para cada HLB, podría pensarse que este
comportamiento se debe a que para un valor de HLB 7,5 se obtiene un cristal líquido
más rígido que para un HLB 8, en este sentido serían menos capas de cristal líquido,
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES
V-15
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
pero éstas más gruesas, las que recubrirían las gotas para el sistema de HLB 7,5. De
este modo se tiene una capa más gruesa a tiempo 0 la cual da la apariencia de una
gota de mayor tamaño, pero una vez que se van diluyendo las capas, por ser más
gruesa, la dilución de cada capa causa una “disminución” de tamaño de gota más
marcada que para su homologa a HLB 8, produciendo que al cabo de unos días se
tenga una gota de menor tamaño con respecto a la de HLB 8.
Variación del tamaño de gota de los "sistemas diluidos" preparados a partir de los "sistemas concentrados" IVA
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
0 5 10 15 20 25
Días
Diá
metr
o d
e g
ota
(µ
m)
HLB 7,5 HLB 8
Figura V.9. Variación del tamaño de gota en los “sistemas diluidos”.
Variación del tamaño de gota de los "sistemas diluidos"preparados a partir de los "sistemas concentrados" IVB
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0 5 10 15 20 25
Días
Dia
metr
o d
e G
ota
(µ
m)
HLB 7,5 HLB 8
Figura V.10. Variación del tamaño de gota en los “sistemas diluidos”.
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES
V-16
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Variación del tamaño de gota de los "sistemas diluidos"preparados a partir de los "sistemas concentrados" IVC
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0 5 10 15 20 25
Días
Dia
metr
o d
e G
ota
(µ
m)
HLB 7,5 HLB 8
Figura V.11. Variación del tamaño de gota en los “sistemas diluidos”.
Para los “sistemas diluidos” formados a partir de los “sistemas concentrados”
IVD para valores de HLB 7,5, en la figura V.12 se observa un comportamiento
totalmente inverso al descrito para los casos anteriores. Nótese que el “sistema
concentrado” precursor de estos “sistemas diluidos” es el que posee la menor relación
S/O, en este sentido es posible que la formación de cristales líquidos sea menor, de
este modo no existe suficiente fase de cristal líquido para recubrir las gotas y retardar
su coalescencia por lo que se observa un aumento en el tamaño de gota a partir del
día 0. En el mismo marco, para el sistema de HLB 8, el tamaño de gota se mantiene
durante los seis primeros días aumentando posteriormente.
Variación del tamaño de gota de los "sistemas diluidos"preparados a partir de los "sistemas concentrados" IVD
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0 5 10 15 20 25
Días
Dia
metr
o d
e G
ota
(µ
m)
HLB 7,5 HLB 8
Figura V.12. Variación del tamaño de gota en los “sistemas diluidos”.
V-17
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
V.3.2- Medición de transmitancia de “sistemas diluidos” a través del
tiempo.
Para confirmar lo observado en el estudio de medición de tamaño de gota, se
realizó un estudio midiendo la transmitancia de algunas muestras.
A menor tamaño de gota, las emulsiones son más claras, al punto de ser
ópticamente transparentes las nanoemulsiones.[31]
Otros “sistemas diluidos” correspondientes a HLB 8 fueron estudiados con un
Turbiscan, midiendo su transmitancia a través del tiempo a fin de determinar alguna
variación en el tamaño de gota. Si la transmitancia aumentaba con respecto a la
medida en tiempo 0 se podría pensar en una disminución del tamaño de gota,
mientras que si esta disminuía, sería debido a un aumento en el tamaño de gota.
Los “sistemas diluidos” a los cuales se les realizó el estudio de transmitancia
fueron preparados a partir de los “sistemas concentrados” IVD, 1, 2 y 3 (véase anexos
para conocer sus composiciones).
De las medidas del Turbiscan, los cuatro sistemas estudiados presentaban 0%
de transmitancia el día de su preparación.
Ahora, en las figuras siguientes (figura V.13, V.14, V.15, V.16), se observa un
aumento de la transmitancia para todos los sistemas estudiados luego de 6 días de su
preparación, lo cual se relaciona con una posible disminución del tamaño de gota en el
tiempo, esto en línea con lo obtenido por la pruebas de medición de tamaño de gota.
Los “sistemas diluidos” formados a partir de los “sistemas concentrados” 2 y 3
son los que presentan mayor transmitancia luego de haber transcurrido 6 días de su
preparación, esto haría pensar que son los que presentan menor tamaño de gota, sin
embargo al observar la figura V. 18 es posible notar que existen gotas de agua
sedimentadas en el fondo de los tubos de muestra. En este sentido para los “sistemas
diluidos” formados a partir de los “sistemas concentrados” 2 y 3 no se puede asegurar
la disminución del tamaño de gota a través del tiempo.
Por otro lado, para los “sistemas diluidos” formados a partir de los “sistemas
concentrados” IVD y 1 se observa un aumento en la transmitancia sin observar gotas
de agua precipitadas en los tubos de muestra, así pues, para estos sistemas es posible
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES
V-18
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
asegurar la disminución del tamaño de gota en el tiempo.
Nótese que los sistemas que presentan precipitación de las gotas de agua son
los que poseen las mayores relaciones S/O. En este sentido cabe destacar que las
gotas se encuentran precipitadas, no coalescidas, por lo que podría pensarse que una
mayor relación S/O promueve la formación de cantidades más altas de cristal líquido, y
que este cristal líquido al recubrir las gotas incrementa sus tamaños hasta el punto que
las hace sedimentar, pero al mismo tiempo las recubre impidiendo su coalescencia.
Figura V.13. % de transmitancia 6 días
después de la preparación, para el
“sistema diluido” preparado a partir del
“sistema concentrado” IVD con HLB 8.
Figura V.14. % de transmitancia 6 días
después de la preparación, para el
“sistema diluido” preparado a partir del
“sistema concentrado” 1 con HLB 8.
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES
V-19
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Figura V.15. % de transmitancia 6 días
después de la preparación, para el
“sistema diluido” preparado a partir del
“sistema concentrado” 2 con HLB 8.
Figura V.16. % de transmitancia 6 días
después de la preparación, para el
“sistema diluido” preparado a partir del
“sistema concentrado” 3 con HLB 8.
Figura V.17. Sistema HLB 8 el día de la dilución.
Figura V.18. Sistema HLB 8 luego de 6 días de la dilución.
3 2 IVD 1
3 2 IVD 1
CAPITULO V. RESULTADOS Y DISCUSIONES
V-20
OBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Sin hacer uso del Turbiscan, al comparar las figuras V.19 y V.20, es posible
notar las diferencias en transparencia entre los sistemas correspondientes,
interpretando estos cambios como disminución del tamaño de gota para el conjunto de
sistemas correspondientes a HLB 8 luego de haber transcurrido 6 meses.
Figura V.19. Sistema HLB 8 el día de la dilución.
Figura V.20. Sistema HLB 8; 6 meses después de la dilución.
En este sentido se observa una lenta evolución de los “sistema diluidos” por lo
que podría pensarse en hacer un estudio exclusivo para este conjunto de sistemas a fin
de conocer los principios cinéticos que gobiernan la evolución de los mismos.
Capítulo VI Conclusiones
VI-1
CAPITULO VI. CONCLUSIONESOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
VI.- CONCLUSIONES
� Es posible obtener nanoemulsiones W/O para el sistema Tween 80 – Span
80/parafina/agua, mediante el protocolo de emulsionación descrito en el capítulo
IV.
� La composición del sistema precursor (“sistema concentrado”) afecta el tamaño
de gota de la emulsión final (“sistema diluido”).
� El HLB afecta las fases presentes en los “sistemas concentrados”.
� La variación del HLB afecta el tamaño de gota del “sistema diluido”.
� Los “sistemas concentrados” precursores de nanoemulsiones varían con el HLB.
� Para valores iguales o menores a HLB 9, los “sistemas concentrados” precursores
de nanoemulsiones presentan relaciones S/O iguales o menores a 0,54.
� Para valores mayores a HLB 9, los “sistemas concentrados” precursores de
nanoemulsiones presentan relaciones S/O iguales o mayores a 1.
� La presencia de cristales líquidos en los “sistemas concentrados” no asegura la
obtención de nanoemulsiones.
� Todas los “sistemas concentrados” precursores de nanoemulsiones contenían
cristales líquidos.
� El tamaño de gota de los “sistemas diluidos” preparados a HLB 8 disminuye en el
tiempo exhibiendo una cinética lenta.
Capítulo VII Referencias Bibliográficas
VII-1
CAPITULO VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
VII.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
[1] Huys, J. El ciclo del producto sanitario estéril: Limpieza. Recuperado el día 15 Junio de 2006 en:
http://www.efhss.com/html/educ/sbasics/sbasics0102_es.php
[2] Salager, J. L. (2004) Surfactántes: I. Generalidades. II. Materias Primas. Cuaderno
FIRP 301. ULA. (Mérida, Venezuela).
[3] Salager, J. L. (1995) Surfactántes en Solución Acuosa. Cuaderno FIRP 201. ULA.
(Mérida, Venezuela).
[4] Malmsten, M. (2002) Surfactants and Polymers in Drug Delivery. Pag. 51-86.
[5] Rodríguez, C. (2002). Curso Técnico: Introducción a la ciencia de los Cristales
Líquidos. ULA. Mérida, Venezuela.
[6] Salager, J. L. (1999) Formulación, Composición y Fabricación de Emulsiones para
Obtener las Propiedades Deseadas. Estado del Arte. Parte A: Introducción y Conceptos
de Formulación Fisicoquímica. Cuaderno FIRP 747-A. ULA. (Mérida, Venezuela).
[7] Salager, J. Y Antón, R. (1992) Formulación HLB, PIT y R de Winsor. Cuaderno FIRP
210, ULA. (Mérida, Venezuela).
[8] Pineda, L. (2004) Estudio de la estabilidad de las Emulsiones (Nanoemulsiones)
obtenidas por inversión transicional en el sistema agua/SDS/Kerosén/Pentanol. Tesis
de Grado Ing. Qco. ULA. Mérida. Informe Técnico FIRP 0409.
[9] Salager, J.; Morgan, J.; Schechter, R.; Wade, W. Optimun Formulatión of
Surfactan-Oil-Water Systems for Minimun Interfacial Tension on phase behavior. Soc.
Pet. Eng. J. 19,107 1979.
VII-2
CAPITULO VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
[10] Prince, L. M. Ed. [1977], "Microemulsions: Theory and Practice", Academic Press.
[11] Scriven, L. E. [1977], in "Micellization, Solubilization, and Microemulsion", K.
Mitta, Ed., Plenum Press, 877.
[13] Salager, J. L. (1999) Formulación, Composición y Fabricación de Emulsiones para
Obtener las Propiedades Deseadas. Estado del Arte. Parte A: Efectos de la
Formulación. Cuaderno FIRP 747-C. ULA. (Mérida, Venezuela).
[14] Salager, J. L. (1999) Formulación, Composición y Fabricación de Emulsiones para
Obtener las Propiedades Deseadas. Estado del Arte. Parte B: Propiedades de las
Emulsiones y su medición. Cuaderno FIRP 747-B. ULA. (Mérida, Venezuela).
[15] Nakajima, H.; Tomomasa, S.; Okabe, M. Proceedings First World Congress on
Emulsión. Paris. Octubre 19-22. 1993. Paper 1-11-162.
[16] Salager, J.; Quintero, L.; Ramos E.; Anderez, J. Properties of Surfactant-Oil-
Water Emulsified System in the Neigborhood of Three-Phases Transition. J. Colloids
Interface Sci. 1980, 77, 288-289.
[17] Becher, P. Emulsiones. Teoría y Práctica. Blume. Primera Edición Española.
Madrid, 1972.
[18] Salager, J. L. (1999) Formulación, Composición y Fabricación de Emulsiones para
Obtener las Propiedades Deseadas. Estado del Arte. Parte B: Propiedades de las
Emulsiones y su medición. Cuaderno FIRP 747-B. ULA. (Mérida, Venezuela).
[19] Salager, J. Emulsions Properties and Related Know – How to Attain Them. En:
Pharmaceutical Emulsions and Suspensions. Editores Nielloud F y Marti-Mestres G.
Marcel Dekker. New York, 2000.
[20] Nakajima, H.; Solans, C.; Kunieda, H. En: Industrial Apliccations of
VII-3
CAPITULO VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Microemulsions. Eds. Vol 66. Marcel Dekker. New Cork, 1997, 175-197.
[21] Miller, C. A. Colloid and Surface. 1988, 29, 89-102.
[22] Marshall, L. Cosmet. Perf. 1975, 90, 2 y 37.
[23] Lin, T.; Akabori, T.; Tanaka, S.; Shimura, K. Low-Energy Emulsificatión. Part IV:
Effect of Emulsification Temperature. Cosmet. Toiletries. 1981,96,31.
[24] Sagitani, H.; Iría, Y.; Nabeta, K.; Nagai, N. Japan Oil Chemists Soc. 1986, 35,
102-107.
[25] Lopez-Montilla, J. C.; Herrera, P.; Pandey, S.; Shah, D. Spontaneus
Emulsification: Mechanisms, Physicochemical Aspects, Modeling and Applications. J.
Dispersion Science and Technology. 23(1-3), 219-268 2002.
[26] Forgiarini, A.; Esquena, J.; Gonzáles, C.; Solans, C. (2000) Studies of the relation
between phase behavior and emulsification methods with nanoemulsion formation.
Progr Colloid Polym Sci (2000) 115: 36-39.
[27] Forster, T.; Von Rybinski, W.; Wadle, A. (1995) Influence of microemulsion
phases on the preparation of fine-disperse emulsions. Advances in Colloid and
Interface Science, 58(1995) 119-149.
[28] Salager, J.; Forgiarini, A.; Márquez, L.; Peña, A.; Pizzino, A.; Rodriguez, M.; Rondón, M. (2004) Using emulsion inversion in industrial processes. Advances in Colloid and Interface Science 108 –109 (2004) 259–272
[29] Forgiarini, A.; Esquena, J.; González, C. Solans, C. (2001) Formation of Nano-
emulsions by Low-Energy Emulsification Methods at Constat Temperature. Langmuir,
17, 2076-2083.
VII-4
CAPITULO VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
[30] Cuicas, H. (2004) Influencia de la Viscosidad de la Fase Acuosa sobre las
Características de las Emulsiones O/W y W/O Obtenidas por el Método de PIT. Tesis de
Grado Ing. Qco. ULA. Mérida. Informe Técnico FIRP 0303.
[31] Usón, N.; Garcia, M.; Solans, C. (2004) Formation of water-in-oil (W/O) nano-
emulsions in a water/mixed non-ionic surfactant/oil systems prepared by a low-energy
emulsification method. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 250 (2004)
415-421.
[32] Porras, M.; Martínez, A.; Solans, C.; Gutiérrez, J. (2005) Ceramic particles
obtained using W/O nano-emulsions as reaction media. Colloids and Surfaces A:
Physicochem. Eng. Aspects 250-271 (2005) 189-194.
Anexos
ANEXOSOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
ANEXOS.
Muestra de Cálculo.
Para determinar la cantidad en masa a agregar de cada uno de los componentes
se realizaron los siguientes cálculos tomando como ejemplo el sistema I-A:
� Cantidad de surfactante a agregar:
Masa final del sistema = 10 g
% p/p de surfactante = 8%
100%esurfactant de p/p % sistema del final masa
esurfactant de Masa�
� (4.1)
g 0,8100
8 g 10esurfactant de Masa �
��
� Cantidad de Parafina a agregar:
parafina - esurfactant relación esurfactant de masa inicial ncomposició la a parafina de masa ��
g 0,42esurfactant p/p 59%
parafina de p/p 31% g 0,8 inicial ncomposició la a parafina de masa ���
(4.2)
� Cantidad de Agua a agregar:
agua - esurfactant relación esurfactant de masa inicial ncomposició la a agua de masa ��
g 0,14esurfactant p/p 59%
parafina de p/p 10% g 0,8 inicial ncomposició la a agua de masa ���
(4.3)
� Cantidad de Agua para hidratar el sistema:
p/p 100%agua de final p/p % sistema del masa
sistema del total agua de Masa�
� (4.4)
g 1,2 p/p 100%
p/p % 12 g 10 sistema del total agua de Masa �
��
(4.5)
g 1,06 g 0,14 - g 1,2 sistema elhidratar para agua de Masa ��
Masa de agua total del sistema
Masa de agua a la composición inicial
Masa de agua para hidratar el sistema = –
� Cantidad de Parafina para diluir el sistema:
p/p 100%parafina de final p/p % sistema del masa
sistema del total parafina de Masa�
� (4.6)
ANEXOSOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
g 8 p/p 100%
p/p % 80 g 10 sistema del total parafina de Masa �
��
(4.7)
g 7,56 g 0,42 - g 8 sistema eldiluir para parafina de Masa ��
Masa de parafina =
Masa de parafina Masa de parafina a la –para diluir el sistema total del sistema composición inicial
Porcentajes en Peso y Masas Utilizadas para cada sistema.
ANEXOSOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
HLB 7,5
HLB 8
ANEXOSOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
HLB 8,5
HLB 9
ANEXOSOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
HLB 9,5
HLB 10
ANEXOSOBTENCIÓN DE NANOEMULSIONES W/O POR DILUCIÓN DE SISTEMAS SURFACTANTE/AGUA/ACEITE CONTENIENDO CRISTALES LÍQUIDOS
Muestras a Analizadas en Turbiscan
REPORTES MASTERSIZER/E MALVERTM
HLB 8 Run No. 10 Presentation: 2$$D Polydisperse model Number Result Sample: RUBEN , 69 Source: Analysed Focus = 100 mm. Beam Length = 2.4 mm. Obscuration = 42.2 %
Tubo 26 Operador: Venturino Miranda
Measured on: Fri 9 de Feb de 2007 14:4 Sampler: MSX3 Analysed on: Fri 9 de Feb de 2007 14:4 Last Saved: Thu 13 de Sep de 2007 15: Configuration file: SIZER Sample Path: C:\SIZER\DATA\
Residual = 0.574 % Concentration = 0.010 % Uniformity = 3.454 Span = 1.040 Specific S.A.= 4.4147 sq. m. /gm. d (n, 0.5) = 0.65 um Mode = 0.60 um D [4, 3] = 6.26 um d (n, 0.1) = 0.44 um d (n, 0.9) = 1.12 um D [3, 2] = 1.36 um.
Size (Lo)um
Volume In%
Size (Hi)um
VolumeBelow %
Size (Lo)um
Volume In%
Size (Hi)um
VolumeBelow %
0.20 0.48 0.53 0.53 0.48 0.59 3.84 4.37 0.59 0.71 6.67 11.04 0.71 0.86 8.73 19.76 0.86 1.04 9.89 29.65 1.04 1.26 10.18 39.83 1.26 1.52 9.79 49.63 1.52 1.84 8.96 58.59 1.84 2.23 7.90 66.49 2.23 2.70 6.65 73.13 2.70 3.27 5.25 78.38 3.27 3.95 3.91 82.30 3.95 4.79 2.83 85.13 4.79 5.79 2.10 87.23 5.79 7.01 1.67 88.90 7.01 8.48 1.46 90.36
8.48 10.27 1.32 91.68 10.27 12.43 1.13 92.81 12.43 15.05 0.85 93.67 15.05 18.21 0.52 94.19 18.21 22.04 0.23 94.42 22.04 26.68 0.04 94.46 26.68 32.29 0.02 94.48 32.29 39.08 0.15 94.63 39.08 47.30 0.40 95.03 47.30 57.25 0.73 95.76 57.25 69.30 1.11 96.87 69.30 83.87 1.40 98.27 83.87 101.52 1.33 99.61 101.52 122.87 0.39 100.00 122.87 148.72 0.00 100.00 148.72 180.00 0.00 100.00
= 2
HLB 8 Run No. 11 Presentation: 2$$D Polydisperse model Number Result Sample: RUBEN , 70 Source: Analysed Focus = 100 mm. Beam Length = 2.4 mm. Obscuration = 39.1 %
Tubo 27 Operador: Venturino Miranda
= 1
Measured on: Fri 9 de Feb de 2007 14:4 Sampler: MSX3 Analysed on: Fri 9 de Feb de 2007 14:4 Last Saved: Thu 13 de Sep de 2007 15: Configuration file: SIZER Sample Path: C:\SIZER\DATA\
Residual = 0.360 % Concentration = 0.013 % Uniformity = 2.727 Span = 1.220 Specific S.A.= 3.1321 sq. m. /gm. d (n, 0.5) = 0.77 um Mode = 0.58 um D [4, 3] = 7.97 um d (n, 0.1) = 0.55 um d (n, 0.9) = 1.49 um D [3, 2] = 1.92 um.
Size (Lo)um
Volume In%
Size (Hi)um
VolumeBelow %
Size (Lo)um
Volume In%
Size (Hi)um
VolumeBelow %
0.20 0.48 0.00 0.00 0.48 0.59 1.30 1.30 0.59 0.71 2.73 4.03 0.71 0.86 4.15 8.18 0.86 1.04 5.51 13.69 1.04 1.26 6.73 20.41 1.26 1.52 7.76 28.17 1.52 1.84 8.66 36.83 1.84 2.23 9.46 46.29 2.23 2.70 9.88 56.17 2.70 3.27 9.46 65.63 3.27 3.95 8.33 73.95 3.95 4.79 6.76 80.72 4.79 5.79 5.01 85.73 5.79 7.01 3.36 89.09 7.01 8.48 1.98 91.07
8.48 10.27 0.96 92.02 10.27 12.43 0.30 92.32 12.43 15.05 0.00 92.32 15.05 18.21 0.00 92.32 18.21 22.04 0.06 92.38 22.04 26.68 0.22 92.60 26.68 32.29 0.39 92.99 32.29 39.08 0.54 93.53 39.08 47.30 0.68 94.22 47.30 57.25 0.83 95.04 57.25 69.30 1.00 96.05 69.30 83.87 1.19 97.24 83.87 101.52 1.37 98.60 101.52 122.87 1.33 99.93 122.87 148.72 0.07 100.00 148.72 180.00 0.00 100.00
HLB 8 Run No. 12 Presentation: 2$$D Polydisperse model Number Result Sample: RUBEN , 71 Source: Analysed Focus = 100 mm. Beam Length = 2.4 mm. Obscuration = 73.3 %
Tubo 28 Operador: Venturino Miranda
Measured on: Fri 9 de Feb de 2007 14:5 Sampler: MSX3 Analysed on: Fri 9 de Feb de 2007 14:5 Last Saved: Thu 13 de Sep de 2007 15: Configuration file: SIZER Sample Path: C:\SIZER\DATA\
Residual = 0.908 % Concentration = 0.024 % Uniformity = 5.791 Span = 1.059 Specific S.A.= 4.5394 sq. m. /gm. d (n, 0.5) = 0.57 um Mode = 0.58 um D [4, 3] = 10.19 um d (n, 0.1) = 0.32 um d (n, 0.9) = 0.92 um D [3, 2] = 1.32 um.
Size (Lo)um
Volume In%
Size (Hi)um
VolumeBelow %
Size (Lo)um
Volume In%
Size (Hi)um
VolumeBelow %
0.20 0.48 1.41 1.41 0.48 0.59 5.70 7.10 0.59 0.71 8.60 15.70 0.71 0.86 9.68 25.38 0.86 1.04 9.15 34.53 1.04 1.26 7.72 42.24 1.26 1.52 6.21 48.46 1.52 1.84 5.23 53.69 1.84 2.23 4.97 58.66 2.23 2.70 5.10 63.76 2.70 3.27 5.04 68.80 3.27 3.95 4.85 73.65 3.95 4.79 4.58 78.23 4.79 5.79 4.11 82.34 5.79 7.01 3.45 85.79 7.01 8.48 2.65 88.44
8.48 10.27 1.80 90.24 10.27 12.43 1.03 91.27 12.43 15.05 0.46 91.73 15.05 18.21 0.10 91.83 18.21 22.04 0.00 91.83 22.04 26.68 0.00 91.83 26.68 32.29 0.00 91.83 32.29 39.08 0.01 91.84 39.08 47.30 0.08 91.92 47.30 57.25 0.19 92.11 57.25 69.30 0.39 92.50 69.30 83.87 0.93 93.43 83.87 101.52 2.62 96.05 101.52 122.87 3.95 100.00 122.87 148.72 0.00 100.00 148.72 180.00 0.00 100.00
= 3