Aula 8. Sistemas dispersos Emulsões

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Sistemas dispersos 
Emulsões, Géis e outros semi-sólidos 
Sistemas dispersos 
 Possuem dois componentes: 
• Fase dispersa: completamente disperso como partículas ou gotas em um 
outro componente, denominado... 
• ...Fase contínua: gotas que sofreram coalescência e permanecem 
contínuas. 
 
 Podem ser: 
 Coloides: partículas de 1 nm a 1 µm. 
 Suspensão 
 Emulsão 
 
partículas > 1 µm, mas comporta como coloide 
Coloides podem ser: liofóbicos (sem afinidade pelo solvente) ou 
liofílicos (com afinidade pelo solvente). 
 
Quando o solvente é água = hidrofóbico e hidrofílico 
Tipos de sistemas dispersos 
Fase dispersa Meio de dispersão Nome Exemplos 
Líquido Gás Aerossóis líquidos Nevoeiros, neblinas, 
aerossóis 
Sólido Gás Aerossóis sólidos Fumaça, poeira, aerossóis 
Gás Líquido Espuma Espuma em soluções de 
tensoativos 
Líquido Líquido Emulsão Leite, emulsões 
farmacêuticas 
Sólido Líquido Sol, suspensão Sol de iodeto de prata, 
suspensão de hidróxido 
de alumínio 
Gás Sólido Espuma sólida Poliestireno expandido 
Líquido Sólido Emulsão sólida Líquidos dispersos em 
parafina mole, opalas, 
pérolas 
Sólido Sólido Suspensão sólida Plásticos pigmentados, 
ouro coloidal em vidro, 
vidro de rubi 
Coloides 
Preparação de coloides 
 Coloides liofílicos: 
 Formação espontânea. 
 Ex.: goma arábica e adragante, metilcelulose e derivados celulose 
dispersam-se prontamente em água. 
 
 Coloides liofóbicos: 
 Métodos de dispersão: quebra de partículas. 
 Métodos de condensação: agregação de partículas menores como 
moléculas (química inclusive). 
Propriedades dos coloides 
• Distribuição de tamanho 
• Forma 
Tamanho e forma de 
partículas 
• Movimento browniano 
• Difusão 
• Velocidade de sedimentação 
• Pressão osmótica 
• Viscosidade 
Propriedades cinéticas 
• Espalhamento de luz 
• Microscopia eletrônica 
Propriedade ópticas 
Propriedades elétricas 
• Dissolução de íons 
• Ionização 
• Adsorção de íons 
• Fenômenos eletrocinéticos 
• Eletroforese 
Emulsões 
Introdução 
 Óleo e água se misturam?? 
Introdução 
 São sistemas dispersos compostas por duas fases líquidas imiscíveis, uma 
das quais encontra-se dispersa no meio da outra em forma de gotículas. 
 
 Administrada por via oral, parenteral ou tópica. 
 Mascaramento de sabor desagradável e aumento de absorção: via oral. 
 Veículo para agentes medicinais irritantes (fase interna), emoliência e 
facilidade de aplicação (A/O): via tópica. 
 
Introdução 
 Termodinamicamente instáveis: o aumento da superfície de contato 
aumenta a carga de energia do sistema  necessidade de um agente 
emulgente para a estabilização. 
 
 Podem ser líquidas ou semi-sólidas. 
O/A - fase contínua ou dispersante é aquosa: pode ser diluída ou aumentada 
com água ou preparação aquosa. Conduz eletricidade. 
A/O – fase contínua ou dispersante é oleosa (inverso da anterior). 
 
 Microemulsões: sistemas homogêneos e transparentes, 
termodinamicamente estáveis; levam mais tensoativo. 
Teorias de emulsificação 
Teoria da tensão 
superficial 
• A adição de tensoativo 
ou agente molhante 
diminui a tensão 
interfacial e superficial 
da água com óleo e ar, 
respectivamente. Isto 
propicia a redução da 
repelência entre os 
dois líquidos e das 
forças de atração no 
interior de cada 
líquido. 
Teoria da cunha 
orientada 
• Camadas 
monomoleculares do 
emulgente estão 
dispostas ao redor de 
uma gotícula de fase 
interna da emulsão. A 
fase na qual o 
emulgente é mais 
solúvel se tornará a 
fase externa da 
emulsão. 
Teoria do filme 
intersticial 
• O emulgente se 
encontra na interface 
entre óleo e água, ao 
redor das gotas da 
fase interna, como 
uma fina camada de 
um filme adsorvido 
nas superfícies das 
mesmas. O filme evita 
a coalescência: quanto 
+ resistente e flexível, 
> a estabilidade da 
emulsão. 
Teorias de emulsificação - exemplos 
 Filmes interfaciais: diminuição da tensão interfacial 
 dodecilsulfato de sódio mais instável que a goma arábica (filme mais 
viscoso). 
 tensoativos não-iônicos formam emulsões mais estáveis, menos tóxicas e 
menos sensíveis a variações de eletrólitos e pH. 
 
 Coloides hidrofílicos como estabilizantes de emulsões: proteínas, 
polissacarídeos, derivados de celulose – resistentes à ruptura e 
formam barreira mecânica à coalescência, podem ionizar-se e gerar 
repulsão eletrostática, além de estabilizar-se estericamente. 
 
 Partículas sólidas na emulsão: quando molhadas geram adesão 
através de filme que cerca gotículas dispersas. 
 
Generalidades 
 Emulgente/emulsificante - mantém a estabilidade do sistema. Emulgentes 
secundários modificam a viscosidade, fraca ação sobre a tensão superficial. 
 Carboidratos: gomas, celulose microcristalina, pectina. 
 Proteínas: gelatina, caseína. 
 Álcoois de alto PM: álcool estearílico. 
 Tensoativos: aniônicos, catiônicos, anfotéricos/não iônicos. 
 Sólidos finamente divididos: argilas, hidróxido de magnésio. 
 
 
 
 
 
 O tipo de emulsão formada, uma vez que depende das características polares-apolares do 
agente emulsificante, é uma função da solubilidade relativa deste, e que a fase na qual ele é 
mais solúvel é a fase contínua = regra de Bancroft 
O predomínio das características polares ou apolares do agente 
emulsificante que constitui a maior contribuição ao tipo de emulsão 
produzida. 
Generalidades 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Inversão de fases – transformação do sistema O/A em A/O ou vice-versa, pelo aumento 
dos componentes da fase interna ou por modificação química, in situ do tensoativo iônico. 
 Na prática o volume relativo da fase interna é de 50%, embora possa chegar a cerca de 74% 
(equivalente à fração de volume total que esferas de qualquer tamanho podem ocupar, sem 
deformação) sem inversão. 
 
 
Quando um óleo, a água e um agente emulsificante são agitados 
juntos, o que define se será produzida uma emulsão O/A ou uma 
emulsão A/O? 
 
• A fase que persistir na forma de gotículas se torna a fase dispersa, cercada 
por aquela em que as partículas coalescem mais rápido. 
• Volume das fases: maior número de gotículas > probabilidade de colisão, > 
probabilidade de se tornar contínua. 
• Filme interfacial produzido pela adsorção de emulsificante na interface O/A – 
quanto > o nº de cadeias hidratadas, > a diminuição da coalescência do óleo. 
Sistema EHL 
 Teoria do Equilíbrio Hidrófilo-Lipófilo ou teoria de Griffin: um tensoativo 
terá maior afinidade por um meio hidrofílico ou lipofílico, dependendo da 
natureza e quantidade de grupamentos químicos polares e apolares 
presentes na sua molécula. 
 
 Um número EHL é atribuído a um agente emulsificante, o qual é 
característico da sua polaridade relativa. 
 
 Quanto > o EHL, > a afinidade pela fase aquosa. 
 O tipo de emulsão formada depende do tipo de emulgente (EHL) e 
proporção entre as fases. 
 
 Cálculo empírico geral: 
EHL = 7 + Σ (nº dos grupos hidrofílicos) - Σ (nº grupos lipofílicos) 
 
Sistema EHL 
 Inicialmente o EHL foi estabelecido para emulsificantes não-iônicos com 
grupos hidrofílicos polioxietileno, mas hoje aplica-se a outros tensoativos, 
inclusive iônicos. 
 
 Neste sistema, além dos emulgentes, são atribuídos valores de EHL para 
óleos e substâncias oleosas. 
 
 A escolha do emulgente baseia-se na proximidade entre os valores de seu 
EHL com o da fase oleosa da emulsão pretendida. 
 
 Mistura de tensoativos geram emulsões mais estáveis. 
 
Sistema EHL 
Cálculo de EHL: 
Composição Massa (g) Contribuição (%) EHLÁlcool cetoestearílico 3,5 5,0 12,0 
Monoestearato de glicerila 14,0 20,0 5,5 
Óleo Mineral 45,5 65,0 4,0 
Oleato de Oleíla 7,0 10,0 1,0 
Total FO 70,0 100,0 
Emulgente 3,0 
Propilenoglicol 5,0 
Água purificada q.s.p. 100,0 
Sistema EHL 
 Cálculo do EHL da emulsão: 
 
 
 
 
 
Ex.: EHL = (5.12) + (20.5,5) + (65.4) + (10.1) / 100 
 EHL = 4,4 
 A emulsão é de que tipo? 
 
 
O emulgente escolhido deve ter EHL mais próximo ao requerido. 
 
 
 
 
EHL emulsão = ∑ (% . EHL individual) 
 100 
 
Métodos de preparo 
 Método continental ou goma seca: 
 Mistura de uma parte do emulgente (O/A) com 4 partes de óleo antes da 
adição de 2 partes de água – emulsão primária. 
 Envolve trituração em gral rugoso. 
 Demais componentes são adicionados posteriormente. 
 
 Método inglês ou goma úmida: 
 O emulgente é adicionado à água para formar uma mucilagem, e então o 
óleo é lentamente incorporado. 
 Geralmente é a mesma proporção anterior. 
 Envolve trituração em gral. 
Métodos de preparo 
 Método do frasco: 
 Variação do método continental, com óleos voláteis e baixa viscosidade. 
 Envolve agitação em frasco. 
 Adicionam-se duas partes de óleo. 
 
 Método do sabão in situ: 
 O emulgente é o sal resultante da combinação de óleo de oliva (AG- ácido 
oleico) e solução de hidróxido de cálcio 1:1. 
 Fase externa é oleosa. 
Métodos de preparo 
 Método com emprego de cera auto-emulsionante: 
 Aquecimento das fases aquosa e oleosa individualmente, até 70 a 75°C 
(acima de 80°C forma acroleína). 
 Quando ambas alcançam a mesma temperatura, verte-se a fase aquosa na 
oleosa. 
 Agitação até emulsificação e resfriamento do sistema. 
 Não completar volume. Adicionar substâncias termolábeis em temperatura 
compatível. 
Estabilidade 
 Cremagem: 
 Processo de instabilidade física reversível em que agregados de glóbulos da 
fase interna flutuam ou sedimentam na emulsão. 
 Pode ser revertida por agitação. 
 Considerando a Equação de Stokes para aumentar a estabilidade da emulsão – 
reduzir o tamanho do glóbulo/partícula; pela diminuição da diferença de 
densidade entre as duas fases e pelo aumento da viscosidade da fase contínua. 
 
 Coalescência/floculação: 
 Os agregados de glóbulos formam uma fase distinta, por enfraquecimento dos 
filmes interfaciais. 
 Processo irreversível – alteração da concentração do emulgente ou 
reprocessamento para tentar reproduzir a emulsão. 
 Causas: emulgente incorreto, baixa concentração do emulgente e incapacidade 
de formar película protetora. 
Estabilidade 
 Outros fatores destrutivos: 
 Extremos de frio ou calor. 
 Contaminação biológica – conservantes 
 Oxidação da fase oleosa – antioxidantes e recipientes resistentes à luz 
 
 Generalidades: 
 A adição de um eletrólito a tensoativos aniônicos e catiônicos pode 
suprimir a sua ionização devido ao efeito do íon incomum e assim se 
produz emulsão A/O em vez de O/A. 
 Emulsões estabilizadas com agentes emulsificantes não-iônicos como 
polissorbatos podem inverter sob aquecimento, graças a quebra de pontes 
de hidrogênio. O EHL muda e a emulsão inverte. 
 
Exemplos de emulsões tópicas 
 Microemulsões: sistema bifásico O/A estabilizado por tensoativos. 
Formada através de forte agitação. 
 
 Cremes: são emulsões O/A ou A/O semi-sólidas. 
 
 Cremes evanescentes (diaderminas): são emulsões do tipo O/A contendo 
ácido esteárico em concentrações usuais de 15% a 25%, o qual é 
parcialmente saponificado pela adição de um agente alcalinizante. 
 
 Loções: são preparações líquidas aquosas ou hidroalcoólicas, com 
viscosidade variável, para aplicação na pele e anexos. Podem ser soluções, 
suspensões e emulsões contendo princípios ativos dissolvidos. 
 
Géis 
 Sistemas (coloidais) semi-sólidos obtidos por dispersão de pequenas 
partículas inorgânicas ou grandes moléculas orgânicas interpenetradas por 
um líquido. 
 Um alto grau de reticulação química ou física pode estar envolvido. 
 Muitas vezes necessita da adição de um agente gelificante – em geral, não 
mais que 10%. 
 
 Magma: quando o gel é bifásico. 
 Colóides naturais: substâncias que se autodispersam em um meio 
dispersante (ex.: goma arábica). 
 Colóides artificiais: requerem tratamento para a dispersão. Pode envolver 
uma pulverização fina a um tamanho coloidal (ex.: carbopol e natrosol). 
 
 Obs.: Sistemas coloidais espalham luz por terem partículas opacas, ao contrário de 
soluções verdadeiras. 
Terminologia associada 
 Embebição: captura de certa quantidade de um líquido sem um aumento 
mensurável de volume. 
 
 Intumescimento: captura de um líquido por um gel com aumento de volume. 
Só ocorre quando o líquido dispersante solvata o gel. Pode ser influenciado 
pelo pH e pela presença de eletrólitos (gel proteico). 
 
 Sinerese: ocorre quando a interação entre as partículas dispersas é tão grande 
que, em repouso, o meio de dispersão é comprimido e o gel se contrai. Forma 
de instabilidade = contração elástica das moléculas poliméricas. 
 Se a pressão osmótica diminui, como no congelamento, a água pode ser comprimida 
para fora do gel. O pH tem um efeito acentuado na separação da água. 
 
 Tixotropia: formação sol-gel reversível sem nenhuma mudança de volume ou 
na temperatura, um tipo de fluxo não-newtoniano. 
 
 Xerogel: o líquido é removido de um gel e apenas a rede molecular permanece 
(ex.: folhas de gelatina). 
Classificação 
 
Quanto à natureza 
da fase coloidal: 
• Orgânico: usualmente 
sistemas monofásicos 
(ex.: carbopol, goma 
adragante, 
hidroxietilcelulose) 
 
• Inorgânico: 
usualmente sistemas 
bifásicos (ex.: gel de 
hidróxido de alumínio, 
magma de bentonita). 
Quanto a natureza 
da fase líquida: 
• Hidrogéis: gel de 
sílica, bentonita, 
pectina, MC, alumina, 
CMC sódica. Alta 
atividade de água – 
usar conservantes e 
tendência a 
desidratação. 
• Organogéis: 
plastibase, vaselina, 
gel de parafina líquida, 
estearato de alumínio. 
Via transdérmica e 
imunoadjuvantes. 
Quanto ao número 
de fases: 
• Monofásico: não há 
limite aparente entre 
as moléculas (ex.: gel 
de alginato sódico). 
• Bifásico: formado por 
pequenas partículas 
distintas (ex.: gel de 
hidróxido de 
alumínio). 
Agentes gelificantes 
 Requisitos: Gelificar em baixar concentrações; compatíveis com o fármaco, 
inócuos, viscosidade apropriada durante o preparo e armazenamento. 
 
 Exemplos: 
 Vegetais: goma arábica, adraganta, amido, pectina, goma quar. 
 Animais : gelatina e caseína. 
 Minerais: bentonita, silicato de alumínio. 
 Sintéticos e semi-sintéticos: 
 derivados da celulose – HEC, HPMC, MC, CMC sódica. 
 Polímeros vinílicos – PVP, álcool polivinílico. 
 Polímeros carboxivinílicos – ácido acrílico. 
Preparação de magmas e géis 
 Precipitação da fase dispersa, para obter um fino grau de subdivisão. 
Envolve reação de precipitação. Ex.: sulfato de magnésio e hidróxido de 
sódio (leite de magnésia). 
 
 Em geral, há pouca sedimentação de partículas – a agitação moderada para 
restabelecer – indicação AGITE ANTES DE USAR. 
 
 Hidratação direta da substâncias orgânicas, com o sem auxílio de co-
solventes e agentes molhantes (ex.: magma de bentonita). 
 
Consideração sobre a formulação de géis 
 Mecanismo de formação: 
 
 Gelatina: resfriamento da dispersão de gelatina favprece a associação em 
agregados alongados ou filiformes. Meio de dispersão entre os interticios 
da rede. Outros: goma arábica, algina, pectina e goma adragante. 
 
 Soluções de polímeros: gelificaçãotérmica, ou seja, eles gelificam sob 
aquecimento na medida em que ocorre precipitação, enquanto as gomas 
naturais gelificam sob resfriamento. 
 
 Alguns géis sofrem influência da variação de pH: polímeros acrílicos e CMC 
sódica. 
Exemplos: 
 HEC – hidroxietilcelulose: 
 Éter de celulose, não-iônico, hidrossolúvel. 
 Pó branco, inodoro, insípido. 
 Forma película não oclusiva, fácil remoção. 
 Permite a incorporação de ativos ácidos. 
 Dispersão em água fria e aquecimento posterior. 
 
 CMC – carboximetilcelulose: 
 Polímero aniônico. 
 Suspensão em água fria, sob forte agitação para evitar grumos. 
 Viscosidade diminui em pH incompatível. 
 pH de estabilidade: 6 a 9. 
Exemplos: 
 Resinas carbômer (carbopol): 
 Polímeros de ácido acrílico. 
 Caráter iônico, pó seco, ligeiramente ácido. 
 Resina higroscópica. 
 Intumesce em água: pH de dispersão de 2,7 a 3,5 a 1% - capacidade espessante 
reduzida. 
 Adição de agente alcalinizante: NaOH ou trietanolamina. 
 pH 7,0: viscosidade e transparência máxima. pH varia de 4,5 a 11. 
 Sensível a adição de sal: até 3% antes da gelificação. 
 Adição de álcool diminui sua viscosidade e transparência. 
 Dispersão: adição em água, sob agitação; pré-dissolver em solvente orgânico 
miscível com água ou repouso em água com agitações periódicas. 
 
Exemplos: 
 Plastibase: 
 Mistura de 5% de polietileno de baixo PM e 95% de óleo mineral. 
 O polímero é solúvel em óleo mineral acima de 90°C. 
 Abaixo dessa temperatura, precipita e ocorre gelificação. 
 
 
 Gelatina: 
 Origem animal. 
 Dispersa em água quente e só quando esfria que há formação do gel. 
 Se mantida a temperatura acima de 37°C a gelatina não gelifica, independente da 
concentração.