Tecnologia e legislazione farmaceutica I - sistemi dispersi

Classificazione dei tensioattivi

Si dividono in:

1) Ionici: a loro volta divisi in anionici, anfolitici e cationici

2) Non ionici

3) Naturali

Tensioattivi anionici

Possono presentare o un gruppo carbossilico (saponi) , o un gruppo solforico o un gruppo solfonico

terminale.

Saponi: sono sali di acidi grassi a lunga catena; si ottengono per saponificazione di oli naturali o

direttamente da acidi grassi a lunga catena.

I saponi alcalini (O/A) si preparano da basi monovalenti, sono spiccatamente basici, sensibili alla

durezza dell’ acqua, hanno un sapore sgradevole, sono destinati ad uso esterno e sono irritanti sulla

pelle. Es: stearati di Na e K.

I saponi alcalino-terrosi (A/O) si preparano da basi polivalenti e sono molto utilizzati in dermatologia.

I saponi metallici possono essere preparati in situ utilizzando acido oleico e acqua di calce Ca(OH)2

I saponi aminici (O/A) si ottengono per reazione di un amina con un acido grasso libero. Es: stearato e

oleato di trietanolammina

Esteri solforici: si ottengono per reazione di un alcool con acido solforico o addizione di acido solforico

a livello di un doppio legame della catena idrocarburica di un olio. Hanno una buona solubilità in acqua

e sono spesso utilizzati in sostituzione dei saponi in quanto sono men basici. Possono però, col

passare del tempo, idrolizzarsi e liberare l acido. Es: sodio lauril solfato

Esteri solfonici: si preparano per reazione di un alcool con acido solforico fumante e anidride

solforica. Si dividono in alchil solfonati( i più impiegati, soprattutto in preparazioni per la cura della stipsi

cronica, e presentano inoltre tra gruppo solfonico e catena idrocarburica un gruppo intermedio che può

essere un estere un amide o un etere) e solfonati alchil aromatici( utilizzati largamente nei detersivi).

Tensioattivi anfionici

La porzione polare è costituita da un gruppo cationico e uno anionico. Es: lecitina (O/A e A/O)

caseina(A/O e O/A) e gelatina (O/A).

Tensioattivi non ionici

Sono stabili sia in ambiente acido che basico e possono essere associato a tensioattivi cationici o

anionici. Non hanno un azione fungistatica, ma favoriscono comunque la crescita di muffe e possono

ridurre l azione fungistatica di molti antisettici. Inoltre bisogna far attenzione alla loro tossicità.

Si dividono in: lipofili, ovvero alcoli polivalenti parzialmente esterificati con acidi grassi; essendo trp

idrofobi, funzionanano bene se addizionati ad un tensioattivo anionico (O/A). es: monostearato di

glicole etilenico; idrofili: sono o esteri ed eteri di glicoli polietilenici o polisorbati ( si ottengono per

eterificazione degli esteri del sorbitano con ossido di etilene).

Proprietà elettriche dell’ interfaccia

Il passaggio di corrente attraverso una dispersione colloidale provoca la migrazione delle particelle

verso un elettrodo. Tale fenomeno è definito elettroforesi e dimostrano che le particelle posseggono

una carica elettrica.

La carica elettrica è dovuta a colloidi idrofobi (che adsorbono selettivamente ioni derivanti da Sali

aggiunti nel mezzo o dall idrolisi dell’ acqua); e colloidi idrofili (che ionizzano i gruppi sulla superficie

delle particelle).

Il potenziale zeta

Ogni particella è circondata da una nuvola contenente cariche di segno opposto a quello della

particella, inoltre attorno ad essa possiamo distinguere:

1) Uno strato fisso dato dalla carica superficiale della particella e ioni di segno opposto fortemente

adsorbiti

2) Uno strato diffuso, dato da ioni si ambo i segni, con prevalenza però di quelli di segno opposto

rispetto alla particella

3) Piano di Stern, che separa i due strati.

Sulla superficie della particella, inoltre, si trova anche una quantità di solvente, il cui margine esterno è

il limite tra la due fasi. Questo piano ipotetico è detto piano di scorrimento.

La differenza di potenziale tra il piano di scorrimento e la regione elettricamente neutra è detto

potenziale zeta, responsabile della migrazione elettroforetica.

Per le particelle cariche, la forza repulsiva diminuisce con l aumentare della distanza tra le particelle;

responsabile della repulsione è proprio il potenziale zeta, il cui valore è massimo al piano di

scorrimento.

Concludendo, possiamo dire che una dispersione colloidale è stabile quando, ad una determinata

distanza tra le particelle, l energia di repulsione è maggiore dell’ energia d attrazione tra le particelle.

Proprietà reologiche dei sistemi dispersi

La reologia studia la deformazione dei corpi sotto l azione di forze. Tale deformazione può essere

reversibile o irreversibile. Conoscere la reologia significa, facilità nel determinare consistenza,

spalmabilità e stabilità di semisolidi, sospensioni ed emulsioni.

Le proprietà reologiche di un fluido sono descritte da: sforzo di taglio, gradiente di velocità di

scorrimento o deformazione e tempo.

Sforzo di taglio

Si immagini che un liquido, sia formato da tante lamine di area A che scorrono l una sull’ altra. Tra

queste, la lamina inferiore è fissa. La forza che noi sottoponiamo alla lamina superiore si definisce

sforzio di taglio e sarà uguale a F/A.

Si definisce invece velocità di taglio o gradiente di velocità, il rapporto tra la differenza di velocità dv fra

due strati adiacenti separati da una una distanza dx infinitamente piccola.

Viscosità dinamica

È il rapporto tra sforzo di taglio e gradiente di velocità. Varia a seconda della temperatura

(generalmente ad un aumento di temperatura corrisponde una diminuzione della viscosità).

La viscosità cinematica si ottiene invece si ottiene dal rapporto tra viscosità dinamica e densità.

Fluidi newtoniani e non-newtoniani

In un fluido newtoniano la velocità di deformazione allo scorrimento è direttamente proporzionale allo

sforzo di taglio, con viscosità costante. In un fluido non newtoniano, non è così e la viscosità non è

costante. Questi ultimi, a seconda delle caratteristiche si dividono in:

1) Fluidi plastici: al di sotto di un certo valore della forza applicata, scorrono e si deformano in

maniera reversibile

2) Fluidi pseudoplastici: all aumentare della sollecitazione diminuisce la viscosità

3) Fluidi dilatanti: all aumentare della sollecitazione aumenta la viscosità

Determinazione della viscosità con viscosimetro capillare

Consiste nel determinare il tempo necessario affinche un fluido scorra attrverso un capillare di vetro di

lunghezza nota. Si utilizza per i fluidi newtoniani e si opera ad una temperatura si 20°C circa. Il tempo

viene determinato con un cronometro a un quinto di secondo

Determinazione della viscosità con viscosimetro a corpo rotante (reometro)

Consiste nel determinare la forzache agisce sul rotore quando ruota a velocità angolare costante in un

liquido. È fatta sia su fluidi newtoniani che non newtoniani.

I vascosimetri utilizzati sono quelli a cilindri coassiali e quelli piatto-cono.

Emulsioni

Sono sistemi formati da due fasi liquide immiscibili tra loro una delle quali è dispersa nell altra

sottoforma di globuli (o goccioline).

Si distinguono quindi una fase disperdente e una fase dispersa.

Le emulsioni possono essere distinte a seconda delle dimensioni dei globuli della fase dispersa in

bianche, opache e trasparente; oppure a seconda della fase dispersa e disperdente in emulsioni A/O

se la fase disperdente è oleosa, e in emulsioni O/A se la fase disperdente è acquosa.

Il tipo di emulsione è determinato però essenzialmente :

1) Dal tipo di tensioattivo utilizzato, secondo la regola per cui la fase disperdente è quella in cui il

tensioattivo è piu solubile

2) Dal volume della due fasi (la fase disperdente è quella con il volume maggiore)

3) Dalla densità delle fasi ( la fase più densa tende a formare la fase disperdente)

Microemulsioni

Presentano globuli di diametro ridottissimo, per la presenza di una concentrazione moderatamente

elevata di agenti emulsionanti.

Hanno una bassa viscosità, sono apparentemente omogenei (trasparenti), godono di una bassa

tensione superficiale e sono termodinamicamente stabili.

Riconoscimento di un emulsione

Può avvenire per diluizione (un emulsione A/O si distribuisce uniformemente in acqua), attraverso

coloranti (colorante rosso + colorante verde; un emulsione A/O si colora di rosso, mente un emulsione

O/A si colora in verde), o attraverso misura della conducibilità elettrica.

Teoria dell emulsionamento

Quando due liquidi vengono agitati si formano goccie di varie dimensioni. Terminata l’ agitazione le due

fasi tendono a separarsi a causa della forza coesiva tra le molecole di ogni singolo liquido che è

maggiore della forza coesiva tra le molecole di due liquidi di diversa natura.

Preparazione di un emulsione: apparecchiature

Agitatore a turbina: sono costituiti da un rotore che ruota ad alta velocità all interno di uno statore

generando un efficace agitazione e azione di taglio; sono ottimi per preparazioni piuttosto fluide. È

importante monitorare la temperatura per diminuire la viscosità.

Altri apparecchi utilizzati sono il turboemulsore, il mulino colloidale e l omogenizzatore (con l utilizzo di

qst ultimo, dopo raffreddamento otteniamo un emulsione piuttosto grossolana, ma per evitare ciò

possiamo inizialmente ridurre le dimensioni delle goccioline di fase dispersa).

Scelta della fase oleosa

Viene fatta tenendo contro:

1) Del tipo di emulsione da preparare (A/O o O/A)

2) In base alla solubilità del/dei principi attivi

3) Il tipo di consistenza che vogliamo ottenere (liquida o semisolida)

Scelta del tensioattivo

Viene fatta tenendo conto della HLB (bilancio idrofilo-idrofobo) del tensioattivo.

Agenti emulsionanti

Impediscono la coalescenza di un emulsione, formando un film intorno alle goccioline disperse. Un

agente emulsionante ideale deve possedere proprietà tensioattive, deve adsorbirsi rapidamente intorno

alle goccioline di fase dispersa, deve aumentare la viscosità e agire efficacemente a bassa

concentrazione.

Si classificano in base alla loro natura chimica in:

1) Colloidi idrofili: utilizzati in emulsioni O/A; aumentano la viscosità della fase acquosa e quindi la

mobilità della fase oleosa.

2) Solidi finemente suddivisi: utilizzati per preparazioni semisolide. Es: bentonite, MgOH.

3) Naturali: caratterizzati dalla variabilità nella composizione e possibile contaminazione microbica.

Es: gomma arabica (essudato di corteccia di diverse specie di Acacia), gomma adragante ( essudato di

diverse specie di Astragalus), derivati della cellulosa (metil e carbossimetil cellulosa)

Eventuali additivi

Antiossidanti, conservanti (per le emulsioni O/A), umettanti ( allo scopo di diminuire l’ evaporazione dell’

a