Emulsions i Sistemes Col·loidals: Formació, Estabilitat i Tipus

Emulsions: Sistemes Heterogenis Bifàsics

Les emulsions són sistemes heterogenis formats per dos líquids no miscibles entre si. La fase interna queda dispersada o distribuïda en la fase externa.

• Fase aquosa: formada per aigua o algun tipus de dissolució aquosa.
• Fase oliosa: formada per algun tipus d’oli o substància grassa.

Els tensioactius s’incorporen a la fase on aquests són més afins. Aquesta fase serà la fase externa de l’emulsió.

Les emulsions són sistemes inestables. La formació d’una emulsió no és espontània perquè les fases no es barregen.

Tensió Superficial i Inestabilitat

La tensió superficial és una força que empeny les molècules d’un líquid cap a l'interior de la seva massa. Aquesta força és tant més forta quant més a la superfície es troba la molècula considerada. Les molècules superficials es troben sotmeses a una força neta que les manté unides entre si i a la resta de la seva massa.

Podem entendre aquesta tensió superficial com una força de repulsió entre els dos fluids. En el cas d’una emulsió, en lloc de tenir com a fluids un líquid i l’aire, tenim dos líquids immiscibles entre si. La tendència és que les dues fases es mantinguin separades. Això vol dir que el contacte entre les dues serà petit, modificant la superfície específica de contacte mitjançant energia tèrmica o mecànica.

Manifestacions de la Inestabilitat

La inestabilitat de les emulsions es manifesta de diverses formes:

• Cremat
• Sedimentació
• Coalescència

Estabilitat de les Emulsions

L’estabilitat de les emulsions ha de ser tal que el seu aspecte macroscòpic es mantingui invariable durant la seva conservació. De manera excepcional i a conseqüència de la diferència de densitat entre les fases, pot aparèixer un lleuger cremat o una lleu sedimentació; en aquests casos, les emulsions han de recuperar el seu aspecte inicial per agitació manual.

A les emulsions ben elaborades, els glòbuls de la fase interna són tots de la mateixa mida.

Elaboració d'Emulsions

Procés general:

1. Pesar o mesurar les fases i l’emulgent.
2. Barrejar els components de la fase oliosa i escalfar a la temperatura mínima per assegurar la total fusió (no s’ha de sobreescalfar per evitar la degradació dels components).
3. Dissoldre en aigua tots els components de la fase aquosa i escalfar-los a la mateixa temperatura que la fase oliosa.
4. Barrejar les dues fases incorporant una sobre l’altra poc a poc i amb agitació contínua.

Agents Emulgents i Tensioactius

L’estabilitat de l’emulsió requereix l’addició d’un agent emulgent que modifica les propietats de la interfase. Aquests agents poden actuar de diferent manera:

1. Disminuint la tensió interfacial entre la fase aquosa i la oliosa (agents tensioactius).
2. Augmentant la viscositat de la preparació (gomes).

Definició i Funció dels Tensioactius

En sentit ampli, els tensioactius es defineixen com aquelles molècules que poden fer variar la tensió superficial dels líquids. La tensió interfacial fa que els dos líquids immiscibles es repel·leixin fortament.

Els tensioactius són substàncies anfifíliques: tenen afinitat per la fase aquosa i també per la fase oliosa. Els tensioactius es situen entre les dues fases, orientant els grups polars cap a la fase aquosa i els grups apolars cap a la fase oliosa. Disminueixen la tensió interfacial i la quantitat d’energia que cal aportar per formar l’emulsió i fer que es mantingui estable.

El tensioactiu disminueix la força de repulsió entre els dos líquids i fa que es puguin apropar més entre sí. Fan que es formi una pel·lícula al voltant de les gotícules de la fase interna fent que es mantinguin separades.

Tipus d’Agents Tensioactius

• Tensioactius aniònics: Els grups funcionals s’ionitzen en dissolució aquosa i generen ions amb càrrega negativa. Exemple: lauril sulfat sòdic.
• Tensioactius catiònics: Els grups funcionals s’ionitzen en dissolució aquosa i generen ions amb càrrega positiva. Exemple: cetrimida.
• Tensioactius no iònics: No originen ions. Exemples: Tweens i Spans.

L’Índex HLB

L’índex HLB (Hidrophylic Lipophylic Balance) serveix per classificar els agents tensioactius no iònics segons la importància de la fracció hidròfila a la seva molècula.

La fase on el tensioactiu presenta major solubilitat serà la fase externa. D’aquesta manera, valors alts d’HLB indiquen un predomini de la fracció hidròfila, mentre que valors baixos indiquen un predomini de la fracció lipòfila.

• Si volem obtenir una emulsió O/A utilitzarem un emulgent que tingui un HLB elevat (tipus Tween).
• Si volem obtenir una emulsió A/O utilitzarem un emulgent que tingui un HLB petit (tipus Span).

Preparats Semisòlids

Cremes

Consten de dues fases (sistema bifàsic): aquosa i oliosa. Sempre incorporen emulgents.

• Cremes hidròfobes: FE = lipòfila. Emulgents de tipus A/O.
• Cremes hidròfiles: FE = aquosa. Emulgents de tipus O/A.

Pomades

Consten d’una sola fase: aquosa o oliosa, en la qual s’incorpora el principi actiu.

• Pomades hidròfobes: Les seves bases són substàncies grasses: vaselina, parafines, olis vegetals, ceres i greixos animals.
• Pomades hidròfiles: Les seves bases són miscibles en aigua: polietilenglicols.

Pastes

Són preparacions semisòlides que presenten una gran concentració de sòlids (40 a 50%) finament dispersats en la base. Són poc fluïdes i de consistència elevada. La base pot ser una crema o una pomada.

Classificació de Pastes

• Pastes grasses
• Pastes aquoses

Gels

Són preparacions formades per un líquid que ha estat gelificat per addició d’un agent gelificant. Aquests agents són polímers que, incorporats a concentracions baixes, formen una matriu tridimensional proporcionant consistència semisòlida al preparat.

Classificació de Gels

• Gels hidròfobs (oleogels): Les seves bases són olioses (olis grassos, parafina líquida, etc).
• Gels hidròfils (hidrogels): Les seves bases són aquoses (estan formades per aigua, glicerol, etc).

Agents Gelificants

• Polímers que gelifiquen segons el pH del medi (carbòmers): Formen solucions àcides que quan es neutralitzen augmenten la viscositat.
• Polímers que gelifiquen per sí mateixos (midó, derivats de cel·lulosa...): Amb independència del pH (no necessiten ser neutralitzats).