MÓDULO III        SECCIÓN V      EMULSIONES   Mercedes Fernández Arévalo
EMULSIONES Sistema disperso heterogéneo Dispersión de dos líquidos inmiscibles  FI: Líquido1 (gotas)  FE: Líquido2 Suspens...
EMULSIONESSistema disperso heterogéneoDispersión de dos líquidos inmiscibles       FI: Líquido1 (gotas)       FE: Líquido2...
EMULSIONESSistema disperso heterogéneoDispersión de dos líquidos inmiscibles:    FI: Líquido1 (gotas)    FE: Líquido2¿QUÉ ...
Tipos de emulsiones  Basada en la naturaleza de la fase dispersa (FI):   – Aceite en agua (O/W)   – Agua en aceite (W/O)  ...
Emulsiones simples    μm                     Agua                   Aceite    Emulsión O/A            Emulsión A/O
Emulsiones múltiples    μm                     Agua                     Aceite    Emulsión A/O/A            Emulsión O/A/O
Tipos de emulsiones   Basada en el tamaño de las gotas de la FI:       0.2 – 50 mm: Macroemulsiones     0.01 – 0.2 mm: Mic...
Calidad de las emulsiones                                 ESTABILIDAD FÍSICA                                 1. Coalescenc...
Tamaño de la emulsión  A                     < 0.5 μm                        0.5-1.5 μm                        1.5-3 μm   ...
35                                                                 Las gotas más               30                         ...
ADistribución                                             Muy pocas                                             partículas...
Calidad de las emulsiones                                 ESTABILIDAD FÍSICA                                 1. Coalescenc...
Estabilidad de emulsiones   Pensemos en una emulsión O/A          ¿Qué pasa con el tiempo?
Estabilidad de emulsiones   Pensemos en una emulsión O/A        ¿Y si sigue pasando el tiempo?
Estabilidad de emulsiones   Pensemos en una emulsión O/A       ¿Y después de más tiempo aún?
Estabilidad de emulsiones   Pensemos en una emulsión O/A   Pensemos en un sistema prototipo de 2   gotas de aceite dispers...
Estabilidad de emulsiones                                    aceite                      Las gotas de aceite tenderán     ...
Estabilidad de emulsiones                  aceite               ¿Y el final?
Estabilidad de emulsiones                          aceite             SEPARACIÓN DE FASES¡¡¡¡        El aceite se separa y...
Estabilidad de emulsiones                          aceite                   Para prevenir la                   separación ...
Emulgentes  Los emulgentes son moléculas  anfipáticas             Cabeza polar (HIDRÓFILA)             Cola apolar (LIPÓFI...
Emulsión (O/W)                            aceite       aceite    ¿Qué le pasa al sistema                 si se le añade un...
Emulsión (O/W)                              aceite                 El sistema se estabiliza       aceite    debido a una d...
ANALOGÍA DEL PROCESO  Juegan los equipos de futbol A y B  en el campo de A       A: FE           B: FI  Los seguidores del...
ANALOGÍA DEL PROCESO
ANALOGÍA DEL PROCESO  Para hacer las cosas lo menos  confortable posible, los seguidores  del equipo B se sitúan juntos, e...
ANALOGÍA DEL PROCESO
ANALOGÍA DEL PROCESO  En este estado de cosas, ¿dónde  ocurrirán los problemas?  ¿Podemos imaginarlo?
ANALOGÍA DEL PROCESO                   ¿Aquí? No.   ¿Aquí? Si¡¡¡      ¿Aquí? No.
ANALOGÍA DEL PROCESO  ¿Cómo podemos disminuir este  problema potencial (alta tensión) en  la interfase entre los seguidore...
ANALOGÍA DEL PROCESO
ANALOGÍA DEL PROCESO  Lo que necesitamos en este punto es  un aficionado muy especial  Este aficionado debe sentir pasión ...
ANALOGÍA DEL PROCESO  De hecho, es tan fanático que tiene  una equipación especial para cuando  va a ver jugar a sus dos e...
ANALOGÍA DEL PROCESO          Emulgente
ANALOGÍA DEL PROCESO  Ahora, cada seguir de uno de los  equipos ve otro seguidor de su  mismo equipo  La tensión interfaci...
VOLVAMOS A LA SERIEDAD
Calidad de las emulsiones                                 ESTABILIDAD FÍSICA                                 1. Coalescenc...
Estabilidad física de emulsionesSEDIMENTACIÓN - CREMADO          Dx       2 r2 (δFI - δFE) g               =          dt  ...
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Estabilidad física de emulsionesSEDIMENTACIÓN - CREMADO               CREMADO                           COALESCENCIA
Estabilidad física de emulsionesAGREGACIÓN
Estabilidad física de emulsionesAGREGACIÓN   • Se origina como consecuencia de las fuerzas     de atracción interparticula...
Estabilidad física de emulsionesAGREGACIÓNTeoría de DLVO:• Si caen en un mínimo secundario, dentro de los  agregados las g...
Estabilidad física de emulsionesCOALESCENCIA  • COALESCENCIA de las gotas de FI:    Se origina como consecuencia de las   ...
Estabilidad física de emulsionesAGREGACIÓN
Estabilidad física de emulsionesCOALESCENCIA             Proceso espontáneo             ΔG(-)          <S                 ...
Estabilidad física de emulsionesCOALESCENCIA  • Los tensioactivos se adsorben en la interfase    formando una película den...
¿CÓMO CONSEGUIR UNAEMULSIFICACIÓN CORRECTA?             CREANDO UNA          INTERFAZ DE CALIDAD        DIFERENTES MECANIS...
¿CÓMO CONSEGUIR UNAEMULSIFICACIÓN CORRECTA?   1. ESTABILIZACIÓN TERMODINÁMICA     USO DE TENSIOACTIVOS                 • R...
¿CÓMO CONSEGUIR UNAEMULSIFICACIÓN CORRECTA?  2. INTERFASE FUERTE Y ELÁSTICA   • Proteínas adsorbidas en la interfaz   • Só...
¿CÓMO CONSEGUIR UNAEMULSIFICACIÓN CORRECTA?   2. INTERFASE FUERTE Y ELÁSTICA ¿FE? Líquido en donde el solido se humecte me...
¿CÓMO CONSEGUIR UNAEMULSIFICACIÓN CORRECTA?3. ESTABILIDAD   ELECTROSTÁTICA   (tensioactivos   iónicos)4. ESTABILIDAD   EST...
SIGNO DE LA EMULSIÓN YTENSIOACTIVO                                    La fase en la que la                                ...
SIGNO DE LA EMULSIÓN YTENSIOACTIVORegla de Bancroft (empirica) El signo de le emulsión depende más del tensioactivo emplea...
SIGNO DE LA EMULSIÓN YTENSIOACTIVO  Regla de Bancroft            La FE será la fase en donde el           tensioactivo sea...
SIGNO DE LA EMULSIÓN YTENSIOACTIVO  CUANTIFICACIÓN DE LA REGLA DE BANCROFT   HYDROPHILIC-LYOPHILIC BALANCE (HLB)          ...
SIGNO DE LA EMULSIÓN YTENSIOACTIVO                                                    HLB Solubilidad = f(T)         HLB =...
Clasificación de   Tensioactivos                                 O ANIÓNICO (60 %)                                 S - +  ...
REFERIDO ALHLB                                      TENSIOACTIVO  HLB                        USO  1 - 3.5                a...
HLBLos valores de HLB son aditivos   Ejemplo:      Calcular el HLB de una mezcla a partes iguales de      Polisorbate 80 (...
REFERIDO A LA   HLB - Aplicaciones                  FASE OLEOSA                     HLB critico                     w/o o/...
REFERIDO A LA HLB                                            FASE OLEOSAEjemplo:   Calcular el HLB critico para la fase ol...
HLB    Ejemplos:• ¿Que HLB presenta una mezcla al 40 % de Span 60  (HLB = 4.7) y 60 % de Tween 60 (HLB = 14.9)?           ...
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Emulsiones

  1. 1. MÓDULO III SECCIÓN V EMULSIONES Mercedes Fernández Arévalo
  2. 2. EMULSIONES Sistema disperso heterogéneo Dispersión de dos líquidos inmiscibles FI: Líquido1 (gotas) FE: Líquido2 Suspensión
  3. 3. EMULSIONESSistema disperso heterogéneoDispersión de dos líquidos inmiscibles FI: Líquido1 (gotas) FE: Líquido2 Agente emulsificante Interfase …
  4. 4. EMULSIONESSistema disperso heterogéneoDispersión de dos líquidos inmiscibles: FI: Líquido1 (gotas) FE: Líquido2¿QUÉ SIGNO DE EMULSIÓN QUEREMOS?
  5. 5. Tipos de emulsiones Basada en la naturaleza de la fase dispersa (FI): – Aceite en agua (O/W) – Agua en aceite (W/O) O/W – dispersión de un líquido inmiscible en agua (siempre llamado aciete) en una fase acuosa. El aceite es la FI o discontínua y el agua la FE o contínua. W/O – dispersión de agua o de una solución acuosa en un líquido inmiscible en agua. Emulsiones simples Emulsiones múltiples
  6. 6. Emulsiones simples μm Agua Aceite Emulsión O/A Emulsión A/O
  7. 7. Emulsiones múltiples μm Agua Aceite Emulsión A/O/A Emulsión O/A/O
  8. 8. Tipos de emulsiones Basada en el tamaño de las gotas de la FI: 0.2 – 50 mm: Macroemulsiones 0.01 – 0.2 mm: Microemulsiones
  9. 9. Calidad de las emulsiones ESTABILIDAD FÍSICA 1. Coalescencia PROP. REOLÓGICAS 2. Sedimentación 1. Textura 2. Extensibilidad 3. Agregación 3. Prop. de flujo 4. Inversión de fases TAMAÑO DE Disribución dePROP. ÓPTICAS GOTA ingredientesBrillo, color, ... sólidos ESTABILIDAD ESTABILIDAD QUÍMICA MICROBIOLÓGICA
  10. 10. Tamaño de la emulsión A < 0.5 μm 0.5-1.5 μm 1.5-3 μm >3 μm
  11. 11. 35 Las gotas más 30 grandes normalmente Emulsion 3 25 contribuyen más a Mediana la inestabilidadFrequency /% Emulsion 5 20 ity 15 i spers Emulsion 1 10 Po ly d 5 0 0.1 1 10 Diameter /μm Escala log
  12. 12. ADistribución Muy pocas partículas grandes 0.5-1.5 μm contienen la mayor < 0.5 μm 1.5-3 μm parte del aceite >3 μm
  13. 13. Calidad de las emulsiones ESTABILIDAD FÍSICA 1. Coalescencia PROP. REOLÓGICAS 2. Sedimentación 1. Textura 2. Extensibilidad 3. Agregación 3. Prop. de flujo 4. Inversión de fasesPROP. ÓPTICAS TAMAÑO DE Disribución deBrillo, color, ... GOTA ingredientes sólidos ESTABILIDAD QUÍMICA ESTABILIDAD MICROBIOLÓGICA
  14. 14. Estabilidad de emulsiones Pensemos en una emulsión O/A ¿Qué pasa con el tiempo?
  15. 15. Estabilidad de emulsiones Pensemos en una emulsión O/A ¿Y si sigue pasando el tiempo?
  16. 16. Estabilidad de emulsiones Pensemos en una emulsión O/A ¿Y después de más tiempo aún?
  17. 17. Estabilidad de emulsiones Pensemos en una emulsión O/A Pensemos en un sistema prototipo de 2 gotas de aceite dispersadas en agua
  18. 18. Estabilidad de emulsiones aceite Las gotas de aceite tenderán aceite a unirse (coalescencia) para reducir la inestabilidad FQ del sistema (tensión interfacial) ¿Cuál es el resultado?
  19. 19. Estabilidad de emulsiones aceite ¿Y el final?
  20. 20. Estabilidad de emulsiones aceite SEPARACIÓN DE FASES¡¡¡¡ El aceite se separa y flota sobre la superficie del sitema porque es menos denso que el agua
  21. 21. Estabilidad de emulsiones aceite Para prevenir la separación de aceite fases se necesita un emulgente
  22. 22. Emulgentes Los emulgentes son moléculas anfipáticas Cabeza polar (HIDRÓFILA) Cola apolar (LIPÓFILA)
  23. 23. Emulsión (O/W) aceite aceite ¿Qué le pasa al sistema si se le añade un emulgente?
  24. 24. Emulsión (O/W) aceite El sistema se estabiliza aceite debido a una disminución de la tensión interfacial conseguida por el emulgente.
  25. 25. ANALOGÍA DEL PROCESO Juegan los equipos de futbol A y B en el campo de A A: FE B: FI Los seguidores del equipo A hacen que el sistema parezca así:
  26. 26. ANALOGÍA DEL PROCESO
  27. 27. ANALOGÍA DEL PROCESO Para hacer las cosas lo menos confortable posible, los seguidores del equipo B se sitúan juntos, en pequeños grupos separados
  28. 28. ANALOGÍA DEL PROCESO
  29. 29. ANALOGÍA DEL PROCESO En este estado de cosas, ¿dónde ocurrirán los problemas? ¿Podemos imaginarlo?
  30. 30. ANALOGÍA DEL PROCESO ¿Aquí? No. ¿Aquí? Si¡¡¡ ¿Aquí? No.
  31. 31. ANALOGÍA DEL PROCESO ¿Cómo podemos disminuir este problema potencial (alta tensión) en la interfase entre los seguidores de ambos equipos? Miremos la interfase más de cerca
  32. 32. ANALOGÍA DEL PROCESO
  33. 33. ANALOGÍA DEL PROCESO Lo que necesitamos en este punto es un aficionado muy especial Este aficionado debe sentir pasión por ambos equipos No puede decidir a cuál de los dos equipo va a animar
  34. 34. ANALOGÍA DEL PROCESO De hecho, es tan fanático que tiene una equipación especial para cuando va a ver jugar a sus dos equipos Una mitad es blanca La otra mitad es verdiblanca ¿Nos lo imaginamos?
  35. 35. ANALOGÍA DEL PROCESO Emulgente
  36. 36. ANALOGÍA DEL PROCESO Ahora, cada seguir de uno de los equipos ve otro seguidor de su mismo equipo La tensión interfacial se ha reducido El problema se ha resuelto Aupa el equipo rojo y blanco¡¡¡¡
  37. 37. VOLVAMOS A LA SERIEDAD
  38. 38. Calidad de las emulsiones ESTABILIDAD FÍSICA 1. Coalescencia PROP. REOLÓGICAS 1. Textura 2. Sedimentación 2. Extensibilidad 3. Agregación 3. Prop. de flujo 4. Inversión de fases TAMAÑO DE Disribución dePROP. ÓPTICAS GOTA ingredientesBrillo, color, ... sólidos ESTABILIDAD ESTABILIDAD QUÍMICA MICROBIOLÓGICA
  39. 39. Estabilidad física de emulsionesSEDIMENTACIÓN - CREMADO Dx 2 r2 (δFI - δFE) g = dt η
  40. 40. Estabilidad física de emulsiones SEDIMENTACIÓN - CREMADO• Se origina como consecuencia de la diferencia de densidades entre ambas Dx 2 r2 (δFI - δFE) g fases. = dt η• La distribución de tamaño de gota cambia sólo localmente. • Temperatura • Emulgentes estabilizadores Los estabilizadores se disuelven en la fase continua y aumentan su viscosidad o crean puntos de conexión, lo que restringe la movilidad de las gotas y las colisiones entre ellas y, por tanto, reduce el riesgo de coalescencia. (Ej.: polisacáridos).
  41. 41. Estabilidad física de emulsionesSEDIMENTACIÓN - CREMADO CREMADO COALESCENCIA
  42. 42. Estabilidad física de emulsionesAGREGACIÓN
  43. 43. Estabilidad física de emulsionesAGREGACIÓN • Se origina como consecuencia de las fuerzas de atracción interparticulares. • El tamaño de gota permanece constante y la distribución inicial se puede conseguir por agitación Teoría de DLVO
  44. 44. Estabilidad física de emulsionesAGREGACIÓNTeoría de DLVO:• Si caen en un mínimo secundario, dentro de los agregados las gotas permanecen separadas por una película delgada de FE. Podrá regenerarse el sistema.• Si caen en un mínimo primario, se forman coagulados que no se podrán separar (no se regenerará la distribución de tamaño inicial). ESTABILIZACIÓN ELECTROSTÁTICA Y ESTÉRICA
  45. 45. Estabilidad física de emulsionesCOALESCENCIA • COALESCENCIA de las gotas de FI: Se origina como consecuencia de las TENSIÓN INTERFACIAL. • Causa un cambio real en la distribución de tamaño de gota, • de forma que el tamaño inicial sólo se podrá conseguir mediante otro proceso de emulsificación.
  46. 46. Estabilidad física de emulsionesAGREGACIÓN
  47. 47. Estabilidad física de emulsionesCOALESCENCIA Proceso espontáneo ΔG(-) <S DESORCIÓN % emulgente pasa a la solución ΔG(+) Desfavorable
  48. 48. Estabilidad física de emulsionesCOALESCENCIA • Los tensioactivos se adsorben en la interfase formando una película densa alrededor de las gotas de FI. Esta película previene la coalescencia de las gotas. • La coalescencia impica desorción de tensioactivo • Emplear emulgentes con ΔG adsorción >> (-)
  49. 49. ¿CÓMO CONSEGUIR UNAEMULSIFICACIÓN CORRECTA? CREANDO UNA INTERFAZ DE CALIDAD DIFERENTES MECANISMOS DE AGENTES EMULSIFICANTES • Impiden el acercamiento de las gotas de FI • Impiden la rotura de la película interfacial
  50. 50. ¿CÓMO CONSEGUIR UNAEMULSIFICACIÓN CORRECTA? 1. ESTABILIZACIÓN TERMODINÁMICA USO DE TENSIOACTIVOS • Reducción de γ12 • Adsorción del tensioactivo en la interfaz [>>ΔG(-)] - Gran aumento del área interfacial - Gran aumento de la consistencia y de la elasticidad de la interfase
  51. 51. ¿CÓMO CONSEGUIR UNAEMULSIFICACIÓN CORRECTA? 2. INTERFASE FUERTE Y ELÁSTICA • Proteínas adsorbidas en la interfaz • Sólidos insolubles anfipáticos muy finos adsorbidos en la interfaz • Mejor usar mezclas de tensioactivos: Hidros. + Lipos. Película muy densa + R-OH grasos Película muy flexible • Estabilizan sin modificar γ12
  52. 52. ¿CÓMO CONSEGUIR UNAEMULSIFICACIÓN CORRECTA? 2. INTERFASE FUERTE Y ELÁSTICA ¿FE? Líquido en donde el solido se humecte mejor Ej.: Sales inorgánicas (hidrofilia) O/W Talco (lipofilia) W/A
  53. 53. ¿CÓMO CONSEGUIR UNAEMULSIFICACIÓN CORRECTA?3. ESTABILIDAD ELECTROSTÁTICA (tensioactivos iónicos)4. ESTABILIDAD ESTÉRICA (tensioactivos no iónicos)5. CAMBIO DE PROPIEDADES REOLÓGICAS: η
  54. 54. SIGNO DE LA EMULSIÓN YTENSIOACTIVO La fase en la que la coalescencia se ¿FE? produzca a mayor velocidad• Fase con > % V > nº gotas > colisión• Existen O (> 50 %) / W AGENTE EMULSIFICANTE
  55. 55. SIGNO DE LA EMULSIÓN YTENSIOACTIVORegla de Bancroft (empirica) El signo de le emulsión depende más del tensioactivo empleado que de las proporciones relativas de las fases oleosas y acuosas o de la metodología de preparación de la emulsión. O/W: Tensioactivo más soluble en agua que en aceite W/O: Tensioactivo más soluble en aceite que en agua
  56. 56. SIGNO DE LA EMULSIÓN YTENSIOACTIVO Regla de Bancroft La FE será la fase en donde el tensioactivo sea más soluble Ej.: oleato Na (hidros.) O/W oleato Ca (lipos.) W/O¿Existen O (> 50 %)/W? Los grupos polares son más efectivos que los apolares
  57. 57. SIGNO DE LA EMULSIÓN YTENSIOACTIVO CUANTIFICACIÓN DE LA REGLA DE BANCROFT HYDROPHILIC-LYOPHILIC BALANCE (HLB) • Griffin (1949): el HLB de un tensioacivo refleja su comportamiento de reparto entre un medio polar (agua) y uno no polar (aceite). • HLB: 0 - 40, se designa basándose en datos de emulsificación. >>> hidrofilia: HLB 40 >>> hidrofobia: HLB 1
  58. 58. SIGNO DE LA EMULSIÓN YTENSIOACTIVO HLB Solubilidad = f(T) HLB = f(T) Tensioact. no iónicos: A<T > Sacuosa O/A Determinación A>T > Soleosa A/O experimental. TIP: Temperatura de Inversión de Fases Se determina usando cantidades iguales de fases acuosa y oleosa + 3-5% tensioactivo O/W: tensioactivo: TIP 20 - 60 0C > que la T ambiental. W/O: tensioactivo: TIP 10 - 40 0C < que la T ambiental.
  59. 59. Clasificación de Tensioactivos O ANIÓNICO (60 %) S - + O Na OSodium dodecylsulfate (SDS) CATIÓNICO (10 %) + O N Cetylpyridinium bromide Br- O ANFÓTERO (20 %) O + OCH 2CH 2N(CH3)3 P - O O ODipalmitoylphosphatidylcholine (lecithin) NO IÓNICO (10 %) O O OH O O Polyoxyethylene(4) lauryl ether (Brij 30)
  60. 60. REFERIDO ALHLB TENSIOACTIVO HLB USO 1 - 3.5 antiespumantes 4- 6 emulsiones W/O 7-9 agentes humectantes 8 - 18 emulsiones O/W 13 - 15 detergentes 15 - 40 solubilizantes Un valor de HLB = 10 representa un punto intermedio. Los valores de HLB son aditivos
  61. 61. HLBLos valores de HLB son aditivos Ejemplo: Calcular el HLB de una mezcla a partes iguales de Polisorbate 80 (HLB 15.0) y Sorbitan monoceate 80 (HLB 4.3) = 15 (1/2) + 4.3 (1/2) = 9.65
  62. 62. REFERIDO A LA HLB - Aplicaciones FASE OLEOSA HLB critico w/o o/w HLB CRÍTICOAcid, Stearic 6 15Alcohol, Cetyl __ 15 HLB del tensioactivo o mezcla de tensioactivosAlcohol, Stearyl __ 14 que implica la máximaLanolin, Anhydrous 8 10 estabilidad de unaOil, Cottonseed 5 10 emulsión de un signo concreto, cuando seOil, Mineral 5 12 emplea determinadaPetrolatum 5 12 fase oleosa.Wax, Beeswax 4 12
  63. 63. REFERIDO A LA HLB FASE OLEOSAEjemplo: Calcular el HLB critico para la fase oleosa de la siguiente emulsion O/W Alcohol cetilico 15 g Cera blanca 1g Lanolina 2g Tensioactivos c.s. Glicerina 5g • Required HLB Agua 100 g Fraction (from reference) Cetyl alcohol 15 x 15/18 12.5 White wax 12 x 1/18 0.7 Lanolin 10 x 2/18 1.1 Total required HLB 14.3
  64. 64. HLB Ejemplos:• ¿Que HLB presenta una mezcla al 40 % de Span 60 (HLB = 4.7) y 60 % de Tween 60 (HLB = 14.9)? •HLB de la mezcla: 4.7 x 0.4 + 14.9 x 0.6 = 10.8• ¿En qué porporción se deben mezclar Span 80 (HLB = 4.3) y Tween 80 (HLB = 15.0) para obtener un valor de HLB requerido de 12.0? 4.3 . (1-x) + 15 . x = 12 x = 0.72 72 % Tween 80 y 28 % Span 80

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