Los emulsificantes poliméricos PEMULEN®

son polímeros de ácido poliacrílico de alto pesomolecular. Estos nuevos emulsificantes tienenuna porción pequeña que es afín al aceite (lipofílica),edemás de poseer una porción grande afín alagua (hidrofílica).Esta estructura química permite que estos polímerosfuncionen como emulsificantes primarios, enemulsiones aceite en ague (o/w). Mientras lospolímeros de Carbopol solubles en agua hen sidoprobados como estabilizadores secundarios deemulsiones aceite en ague (o/w), los polímerosPEMULEN pueden realmente former emulsiones o/w.La porción lipofílica se adsorbe en la interface aceite-agua, y la porción hidrofílica se hincha en agua,formando una red de gel alrededor de las gotas deaceite, para proveer una estabilidad excepcional a unaamplia gama de aceites.

Cómo Funcionan Los EmulsificantesPoliméricos PemulenLos surfactantes tensoactivos tradicionales, iónicos ono iónicos, estabilizan emulsiones o/w por adsorción yformación de películas laminares Iíquidas cristalinasen la interface de la emulsión requiriendoconcentraciones de 3 a 7% de surfactante. El balancehidrofílico-lipofílico (HLB) de la fase oleosa y elsurfactante deben ser combinados cuidadosamentepara asegurar una buena estabilidad de la emulsión.Frecuentemente, los hidrocoloides poliméricos talescomo las resinas de Carbopol son añadidos paraincrementar la estabilidad de las emulsiones o/w pormedio del espesamiento y dando un poder desuspensión o estructura a la fase acuosa.Emulsiones formadas con bajas concentraciones deemulsificantes PEMULEN son altamente estables. Lasgotas de aceite son protegidas y suspendidas comoresultado de la producción de un gel acuoso alrededorde cada gota de aceite. En la formación de emulsioneso/w, las moléculas de PEMULEN forman una películade gel alrededor que se adsorbe en cada gota de aceite

por medio de las porciones hidrofóbicas fijadas en lafase oleosa. Por lo tanto, cuando las gotas de aceite seacercan una con otra, una fuerza repulsive se generapor la presencia de estas películas de gel adsorbidas.Este mecanismo está representado en la tabla 1.

Tabla 1

TDS-239July 1996

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Pemulen®

ResumenLas resinas Pemulen son emulsificantes universales deformulaciones aceite- en agua que pueden producir unamplio rango de emulsiones estables y efectivas. Losproductos tradicionales pueden ser hechos coninsuperable estabilidad, baja irritabilidad, y mejorrendimiento. Emulsiones novedosas solo estánlimitadas por la imaginación.Para información adicional sobre aplicacionesespecíficas para Pemulen, por favor consultar:PC-31 Productos bronceadores a prueba de agua.TDS-117 Productos para el cuidado de la pielTDS-118 FraganciasTDS-124 Lociones catiónicas pare la piel

Guia Para Resolver Problemas DeEmulsionesSi usted está teniendo problemas en la preparación deuna emulsión estable, los factores siguientes juegan unpaper importante en la estabilidad de la emulsión:1. pH-. El pH óptimo para una emulsión preparada

con Pemulen TR 2 es de 4 a 8. Un pH arriba oabajo de este rango puede producir emulsionesinestables.

2. Alta fuerza de corte o bombeo. Los emulsificantespoliméricos Pemulen forman una matriz de geladsorbida sobre la gota de aceite, lo que provocala estabilidad de la emulsión. Una alta fuerza decorte, como la causada por los molinos coloidales,homogenizadores, etc, o alta fuerza de bombeo,puede romper la estructura formada por Pemulen,resultando así una disminución en la viscosidad,así como una emulsión cremada.Si es necesaria la homogenización, se debecontrolar la exposición de la emulsión por mediode un homogenizador en Iínea. También debenutilizarse bombas de baja presion, tal como las dediafragma o bombas de engrane.

3. Sales o cationes solubles. Los polímeros Pemulenson sensibles a sales y cationes, y el uso deproductos con más de 0.15 de sales altamenteionizables deben ser minimizados si es posible.También es necesario utilizer ague deionizada.Añadir sales después de que la emulsión haya sidoformada ayuda a determiner su impacto.

4. Tamaño de partícula. Aunque con Pemulenpueden elaborarse emulsiones estables con gotasde aceite con diámetros tan grandes como 0.5 mm,un tamaño muy grande de gota de aceite puede aveces provocar que la suspensión del aceite enague se dificulte. El tamaño de la gota de aceitepuede ser disminuido incrementando el tiempo demezclado, utilizando agitación moderada cuandose está preparando la emulsión. Otra opción es eluso de surfactantes líquidos no iónicos (HLB 8-12) aconcentraciones de 0.1 a 0.4% con respecto al peso.

5. Concentraciones de Pemulen. Pequeñas concentra-ciones de Pemulen son empleadas para emulsificarel aceite. Como se describió anteriormente en estefolleto, entre menos Pemulen se utilize es mejor.Conforme la cantidad de aceite se incrementa, lacantidad de Pemulen requerida para emulsificarsatisfactoriamente el aceite tiende a reducirse.(Ver tabla 10)

6. Métodos de emulsificación. Si el método indirectoproduce una emulsión inestable, trate con elmétodo directo.

Beneficios De Los Emulsificantes Pemulen®

Los emulsificantes polímericos Pemulen son nuevosemulsificantes de aceite en agua (o/w), que proveennumerosos beneficios cuando se utilizan.Emulsificación Universal - Los emulsificantes Pemulenson polímeros solubles en agua que fácilmente se fijanen la interfase aceite-agua, independientemente deltipo de aceite que se maneje. Estos emulsificantes nodependen de la construcción de estructuras líquidascristalinas pare afar estabilidad a la emulsión; porlo tanto, pueden ser utilizados con cualquier aceite,independientemente del HLB de la fase oleosa otemperatura de emulsificación. Las emulsiones aceiteen agua hen sido desarrolladas con muchos tiposde aceite, entre ellos, los no reactivos, no iónicos,incluyendo el aceite mineral, aceites volátiles desilicón, aceites aromáticos, ésteres graves y cerashidrocarbonadas. Los aceites pueden ser emulsificadosa temperatura ambiente y las grasas o ceras sonemulsificadas a su temperatura de fundición.

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Excelente estabilidad - Un amplio rango de emulsionesha permanecido estable en sus envases por años, aún atemperaturas elevadas de 40°C. (Ver tabla 2). Estasemulsiones también son estables a condicionesfrecuentes de congelación y descongelación.Baja Irritabilidad / Uso de bajas concentraciones -Debido a su naturaleza de hidrogel y propiedadesaltamente eficientes, concentraciones de solo 0.1 a0.3 % de emulsificante Pemulen son requeridas parareemplazar de 3 a 7% de tensoactivos tradicionalesque pueden ser irritantes.Rápida Liberación de la fase Oleosa - Las emulsionesque son creadas con emulsificantes Pemulen, tienenun mecanismo disparador de liberación. La porciónacrílica hidrofílica del emulsificante Pemulen sedeshincha debido a las características de la superficiey contenido común de sales de la piel. La fase oleosaes liberada y da protección inmediata del sustrato,eliminando el prolongado retraso observado en lasemulsiones o/w tradicionales. (ver tablas 3-6).En las emulsiones tradicionales, laminillas de cristaleslíquidos, compuestas de aceite, agua y surfactante,retardan el ritmo de entrada de la fase oleosa alsustrato. Estas estructuras líquidas cristalinas,persisten por arriba de 90 minutos despúes de laaplicación. Las estructuras líquidas pueden serobservadas por microscopio de luz polarizada. Eltiempo de retraso desde la aplicación a la tormaciónde una fase oleosa continua, es causado por la bajaevaporación de la fase acuosa de las estructuraslíquidas cristalinas.La fase oleosa no se re-emulsifica - Cuando lasfórmulas son preparadas con poco o sin surfactante, “la fase oleosa en una emulsión de Pemulen puede seresparcidas rápidamente y no pueden rehumedecerse.Las emulsiones a prueba de agua son entoncespreparadas fácilmente. En las emulsiones tradi-cionales, sobre la evaporación final de la fase oleosa,la película contiene altas concentracionesde surfactantes dejando a la fase oleosa listapara re-emulsificarse.Simplificación de los procedimientos de formación deemulsiones - Emulsiones estables pueden ser formadasmediante la apropiada adición de los ingredientes dela fase oleosa a la fase acuosa a cualquier temperatura,incluyendo la temperatura ambiente del cuarto donde

Tabla 2Tamaño de Gotas de emulsiones preparadas por diferentesmétodos en relación al Tiempo de almacenamiento

A Temperatura Ambiente

Tamaño medio de gotaDespués depreparación

1 mes 3 meses 6 meses

ProcesoManual

300(100-1000)

250(100-1000)

300(100-1000)

300(100-1000)

ProcesoMecánico

20(10-30)

25(10-40)

25(10-40)

25(10-40)

A Temperatura Elevade (40°C)

Tamaño medio de gota

Después depreparación 1 mes 3 meses 6 meses

ProcesoManual

300(100-1000)

300(100-1000)

300(100-1000)

300(100-1000)

ProcesoMecánico

25(10-40)

25(10-40)

25(10-40)

25(10-40)

Fuente: Bremecker, Klaus et al: In Die Pharmazeutische Industrie 54;182-185; (1992)

se elaboran, o al punto en que todos los ingredientesestán líquidos. La economía en el uso de estosemulsificantes, está derivada de la eliminaciónde ciclos de calentamiento y enfriamiento durantela manufactura.Emulsiones o/w efectivas a bajas concentraciones deaceite - Ya que es inmediata la disponibilidad de losactivos de la fase oleosa utilizando los emulsificantesPemulen, la eficacia equivalente de este polímero aconcentraciones reducidas de aceite o solventes puedeser observada.Reducción en la frecuencia de aplicacion - Debido aque la fase oleosa ya no es re-emulsificable, el activode la fase oleosa permanece en el lugar por mástiempo, haciendo posible disminuir la necesidad deuna reeaplicación.Nuevas formas de productos son ahora posibles deelaborar - Emulsiones estables, de baja viscosidad,emulsiones para spray y microemulsiones translúcidas(emulsiones o/w con gotas de aceite con diámetrosmayores a (0.5 mm) ahora pueden ser preparadas.

Tabla 3Efecto de la Concentración de NaCl en la Viscosidad de Emulsiónes yEstabilidad para el Pemulen TR-1 y 5.0% de Aceite Mineral EmulsiónO/W [pH = 7.0 ± 0.2 Neutralizado con 18% NaOH]

Tabla 4Efecto de la Concentración de NaCl en la Viscosidad de Emulsiónes yEstabilidad para el Pemulen TR-1 y 30.0% de Aceite Mineral EmulsiónO/W [pH = 7.0 ± 0.2 Neutralizado con 18% NaOH]

Tabla 5Efecto de la Concentración de NaCl en la Viscosidad de Emulsiónes yEstabilidad para el Pemulen TR-2 y 5.0% de Aceite Mineral EmulsiónO/W [pH = 7.0 ± 0.2 Neutralizado con 18% NaOH]

Tabla 6Efecto de la Concentración de NaCl en la Viscosidad de Emulsiónes yEstabilidad para el Pemulen TR-2 y 30.0% de Aceite Mineral EmulsiónO/W [pH = 7.0 ± 0.2 Neutralizado con 18% NaOH]

Guias De FormulaciónCompatibilidad - Los emulsificantes poliméricosPemulen® son compatibles con un amplio rango demateriales no iónicos o ligeramente iónicos, solublesen agua. Altas concentraciones de electrolítos evitaránel hinchamiento normal de la porción hidrofílicade las molécules y puede resultar una emulsióncon cremado.Especies catiónicas pueden former complejos conPemulen, aunque bajas concentraciones de muchosmateriales catiónicos son compatibles y efectivoscomo dispersantes y agentes humectantes. (VerTDS-124 para mayores detalles).Tamaño de partícula - Las resinas Pemulen soncapaces de producir macroemulsiones, extremada-mente estables, aún a largos promedios de tamañosde partículas de gotas de aceite (aproximadamente12 milimetros de diámetro.) Por razones estéticas, essiempre deseable producir un tamaño de particulapequeno (1-5 micras) teniendo alto grado de blancura,opacidad y apariencia cremosa. Bajos niveles(0.1-0.4%) de surfactantes líquidos con HLB medio(8-12) tal como el nonil poli-fenoxitanol (Igepal Co.-530, Rhone-Poulenc) o monoleato de sorbitan(Span 80, ICI) son muy efectivos para alcanzarestos tamaños de partículas. Una alta agitación decorte puede reducir el tamaño de partícula. Loshomogenizadores de línea no-reciclable y molinoscoloidales deben ser utilizados con moderacióncontrolada pare evitar la degradación de la redhidrofílica formada por el polímero, lo que contribuyea la inestabilidad de la emulsión.Neutralización - Las resinas Pemulen son polímerosde acidez moderada y funcionan mejor cuando sonneutralizados con la base adecuada soluble en agua enun determinado pH (4-8). (Ver tabla 7). Basesinorgánicas alcalinas tales como el NaOH, KOH,NH40H, son agentes neutralizantes efectivos.Además, bases de aminas orgánicas tales como latrietanolamina, trometamina, aminometil propanol ytetrahidroxipropil etilendiamina son adecuadasparticularmente debido a su relativa debilidad y bajospesos equivalentes.Moderación del rompimiento sobre la aplicación -Emulsiones preparadas con Pemulen® como únicoemulsificante o espesante, liberan la fase acuosa muyrápidamente en el momento de la aplicación. Esteefecto puede ser no deseado en algunas aplicaciones.Para disminuir el valor del rompimiento de laemulsión y licuación, se recomienda el uso de unabaja concentración de tensoactivos que forman

películas. Hidroxipropil celulosa a una concentraciónde 0.1% o Polixámero 181, 182 o 183; o unaconcentración de 0.5% son muy efectivos.Formulaciones que contienen algún surfactante quehace que resulte un tamaño de partícula relativamentepequeño y con un mayor volumen de fase oleosa, (porejemplo > 30%) pueden no requerir tal aditivo.Estructurizantes /Agentes que dan cuerpo - El uso decompuestos que típicamente constituyen o formanemulsiones o/w en la interface, tal como el alcoholcetílico ó esteárico y glicéridos parciales, deben serlimitados. Texturas altamente cohesivas que sonindeseables, se obtienen frecuentemente comoresultados, y cristales líquidos liotrópicos sonformados por alcoholes cetearílicos que puedenretrasar la liberación de la fase oleosa por uncomportamiento de emoliente o protector.El siguiente es un ejemplo de productos que hen sidoemulsificados satisfactoriamente en agua con 0.4% omenos de Pemulen TR-2• Ciclometicona • Acido oléico• Aceite de linaza • Aceites perflorinados• Aceite minera • Aceite de pino• Aceite de visón • Silicón fluido• Aceite nafténico • SeboEspesamiento- Las emulsiones Pemulen realmenteproveen espesamiento a formulaciones o/w. Si sedesea afar cuerpo o espesamiento adicional, se puedenutilizer las resinas de Carbopol a concentracionestípicas de 0.2 - 0.6%.

Tabla 7Efecto del pH y Viscosidad en una Emulsión de Pemulen TR-2[5% de Aceite Mineral Neutralizado con NaOH 18%]

Procedimientos de emulsificaciónLos emulsificantes Pemulen son adaptables a una granvariedad de métodos de preparación de emulsiones. Elpolvo Pemulen es más fácil de disperser en aceite atemperatura ambiente. Posteriomente, se combina conla fase acuosa continuando con la neutralización (conamine o álcali) utilizando una acción turbulenta demezclado. En presencia de algunos aceites polares(aromáticos o ésteres dicarboxílicos) o aceitesfundidos a temperaturas mayores de 60°C el Pemulenpuede plastificarse y dificultar la formación deemulsiones estables. Dispersando directamentePemulen en agua en estos casos, pueden resultaremulsiones estables.

Selección del Tipo de PemulenEn general la selección del tipo de Pemulen es basadaen la concentración de aceite que es emulsificado.Pemulen TR-1 es un emulsificante polimérico versátilque puede emulsificar arriba del 30% de aceite enpeso dentro de un rango de pH de 4.5 - 5.0 y arriba

de 20% de aceite en un rango de pH de 3 a 11. (Vertabla 8). Mientras Pemulen TR-1 espesa el agua, lasresinas Carbopol pueden ser utilizadas con PemulenTR-1 para dar mayores propiedades de espesamiento,cuando se requieren emulsiones de mayor viscosidad.Pemulen TR-2 contiene mayor nivel de gruposhidrofóbicos y puede emulsificar las más altasconcentraciones de aceite (arriba de 60 - 80% depeso) en un rango de pH de 4 - 5. (Ver tablas 9 y 10).Pemulen TR-2 es altamente efectivo a concentra-ciones menores de 0.4%, dando como resultado unabaja viscosidad que es particularmente recomendadopara formulaciones de aplicación con mecanismode spray.

Bases Utilizadas Para Neutralizar Pemulen(Neutralizado aproximadamente a un pH de 6.0 a 7.0)Hidróxido de Sodio (Sol. al 18%) ....................... 0.5Hidróxido de Potasio (Sol. al 18%) .................... 0.5Hidróxido de Amonio (Sol. al 28%).................... 0.3Trietanolamina (TEA) ........................................ 2.0Trometamina (2-amino-2hidroximetil-1,3-propanodiol)................................................. 2.0Aminometil propanol (AMP).............................. 1.5Tetrahidroxipropil etilen diamina........................ 2.0

Método Indirecto1. Dispersar el emulsificante Pemulen en la fase

oleosa haste que el polvo se encuentre humectadoen el aceite.

2. Añada la fase oleosa (que contiene Pemulen) a lafase acuosa, conteniendo el neutralizante alcalino,por medio de agitación vigorosa (800-1500 rpm).No utilice tanques homogenizadores.

3. El emulsificante Pemulen se hinchará rápidamenteen agua causando el inmediato incremento deviscosidad y la formación de una emulsióncremosa. Continúe con agitación vigorosa durante15-20 minutos.

Método Directo1. Disperse el emulsificante polimérico Pemulen, por

medio de un cernimiento lento, en agua que seesté agitando rápidamente (vórtice de agua). Uneductor o un dispersador de polvos puede serutilizado para acelerar la dispersión. Durante estepaso puede formarse espuma.

2. Continúe agitando y vacíe sobre la fase oleosa;posteriormente se neutralize con la base adecuada.

Tabla 8Efecto de la Concentración de Aceite Mineral en la ViscosidadPemulen TR-1 en una Emulsión[Neutralizada a pH 5.5 ± 0.2 con NaOH al 18%]

3. Use agitación rapida (800-1200 rpm) para reducirel tamaño de partícula y obtener un productobrillante. Una homogenización controlada puedeser útil, pero debido a la fuerza de corte resultaráen una variación en la viscosidad.

NOTA: Surfactantes líquidos no iónicos HLB(8-12) en concentraciones de 0.1 a 0.4% pueden seradicionados a la fase oleosa para reducir el tamaño delas gotas de aceite e incrementar la apariencia cremosade la emulsión.

Pruebas Para Comprobar La Estabilidad DeLas EmulsionesDespués de haber hecho una emulsión hay diferentespruebas que ayudan a comprobar si ésta permaneceráestable durante un período prolongado de tiempo.A continuación se describer las más comunes:1. Viscosidad contra tiempo. - Después de que es

hecha una emulsión, se medirá la viscosidadoriginal, y posteriomente se medirá periódica-mente para detectar algún cambio. Si existe unavariación del 10% de la viscosidad original enmenos de 3 meses a temperatura ambiente,significa que se trata de una emulsión inestable.

2. Centrifugación. - Se someten las emulsiones a unafuerza de 5 a 10 g durante varios minutos; estaprueba ayuda a evaluar la resitencia al cremado.Aunque esta prueba emplea una elevada fuerzagravitacional artificial sobre emulsiones, puededeterminar la fuerza de la emulsión que la ayuda amantenerse estable a una separación de fases.

3. Análisis del tamaño de gota de aceite de laemulsión. - Por medio de un microscopio deimagen, o cualquier otro tipo de prueba pare medirel tamaño de la gota dc aceite, se puede detectaruna amplia distribución del tamaño de la mismaen emulsiones o/w hechas con Pemulen. Adiferencia de otras emulsiones, este analisisno predice la inestabilidad de las emulsioneselaboradas con resinas Pemulen.

4. Prueba de almacenamiento a altas temperaturas.Al someter una muestra a una temperature de50°C durante un mes, se considera que el productotendrá estabilidad de por lo menos un año si laviscosidad se ha incrementado en menos del 20%.Un aumento de la viscosidad es precursor de unposible cremado. Es necesario asegurarse que hayun pequeño espacio, así como es importanteconsiderar que el agua en la emulsión puedeevaporarse y recondensarse, formando unapelícula líquida que puede ser erróneamenteidentificada como un rompimiento de la emulsión.

Tabla 10Diagrama de Fases de Viscosidad para Emulsión Aceite/Agua[pH = 5.5]

Tabla 9Efecto de la Concentración de Aceite Mineral en la ViscosidadPemulen TR-2 en una Emulsión[Neutralizada a pH 5.5 ± 0.2 con NaOH al 18%]