Universidade Estadual de Londrina Centro de Ciências da Saúde Depto. de Ciências Farmacêuticas
REOLOGIA DE PRODUTOS FARMACÊUTICOS Profa. Daniela Cristina de Medeiros
Definições e conceitos fundamentais Grego: rheos=escoamento logos=conhecimento • Reologia: Reologia: estudo estudo
do escoamento e deformação e de um material, quando submetido a uma tensão; * Estudo do fluxo levando em conta as características de viscosidade do material • Reometria: Reometria: determinação determinação
corpos;
• Análise
das propriedades reológicas dos
reológica:: aplicação de uma força tangencial a um reológica corpo e observação da deformação subsequente;
Definições e conceitos fundamentais Grego: rheos=escoamento logos=conhecimento • Reologia: Reologia: estudo estudo
do escoamento e deformação e de um material, quando submetido a uma tensão; * Estudo do fluxo levando em conta as características de viscosidade do material • Reometria: Reometria: determinação determinação
corpos;
• Análise
das propriedades reológicas dos
reológica:: aplicação de uma força tangencial a um reológica corpo e observação da deformação subsequente;
Aplicação em farmácia farmácia •
•
Dete Determ rmin inaç ação ão do ín índi dice ce de co cons nsis istê tênci nciaa de fo form rmul ulaç açõe õess se semi mi-sólidas (cremes, pastas, loções) : - Ca Cara ract cter eriz izar ar a fa faci cililida dade de do pr prod odut utos os se serr de desp spej ejad adoo (f (fra rasc sco) o),, apertado (tubo) ou aplicado na pele; Dese Desenv nvol olvi vime mento nto e Pr Prod oduç ução ão:: mi mist stur uraa e en enva vase se equipamentos industriais e embalagem;
–
esco escolh lhaa de
Estabilidade: emulsões, suspensões, pastas, supositórios: -man -m anut uten ençã çãoo da dass pr prop opri ried edad ades es in intr trín ínse seca cass e de es esco coam amen ento to do produto durante a estocagem;
•
Parâmetros da reologia Pequena viscosidade
Um líquido escoando pode ter uma região de maior velocidade que outra No escoamento num tubo, a velocidade do centro é a máxima, enquanto nas paredes é nula
Grande viscosidade
V0 d
V
F Fluido
V= 0 (atrito)
Metade do tubo
Parâmetros da reologia Modelo de reologia: planos afastados por uma distância X; • Entre eles um material com uma certa viscosidade; • Aplica-se uma força F ao plano superior, que pode se mover na • Dois
horizontal, com uma velocidade V; • O plano inferior permanece imóvel; • Forma-se um gradiente de velocidade dv/dx entre os dois planos;
Parâmetros da reologia F=Força V=vel
y
dy
x
O gradiente formado dv/dx= gradiente de cisalhamento =
= dv/dx
A=área A força (F) por unidade de área que provoca a deformação tensão de cisalhamento = = F/A
Parâmetros da reologia
Parâmetros da reologia • Viscosidade
ou coeficiente de viscosidade do sistema ( ): é a cte de proporcionalidade entre a tensão de cisalhamento e o gradiente de cisalhamento
= /
Viscosidade de um fluido No estudo do escoamento dos fluidos, a viscosidade é considerada como uma medida da RESISTÊNCIA que um fluido oferece a uma força de cisalhamento aplicada. * Resistência ao fluxo ou movimento.
Parâmetros da reologia Unidade da viscosidade: Poise (P) • Poise
é a força de cisalhamento necessária para produzir uma velocidade de 1cm/seg entre dois planos paralelos do líquido, cada um com área de 1cm2, separados por uma distância de 1cm. • A
unidade mais usual é o centipoise ou cP (equivalente a 0,01 poise) – Viscosidade da água = 1cP • No
sist. Internacional - a un. da viscosidade que corresponde a 1cP é o mili pascal segundo (mPas)
Parâmetros da reologia Fluidez - é a recíproca da viscosidade = 1/
* Quanto mais viscoso, menos fluido
Deformação = ’ = dy/x
dy = deslocamento; x= distância entre os 2 planos
Faixa de comportamento reológico dos materiais Newtoniano Com tensão de cisalhamento inicial
Fluido
Plástico de Bingham
Pseudoplático*
Não newtoniano
Sem tensão de cisalhamento inicial
Dependentes do tempo
Dilatante* Tixotrópico Reopético
Classificação simplificada do comportamento reológico
Comportamento Reológico Classificação • Newtoniano: gradiente
de cisalhamento é diretamente proporcional à tensão de cisalhamento. O reograma (curva de escoamento) é uma reta que passa pela origem. caracteriza-se por viscosidade constante, independente da velocidade de cisalhamento aplicada. •
Ex: materiais quimicamente puros, soluções com solutos de PM
Reograma de um líquido newtoniano
Viscosidade de um líquido newtoniano
Comportamento Reológico Classificação • Não-newtoniano: não
se verifica uma relação linear direta entre a tensão de cisalhamento e o gradiente de cisalhamento . Caracteriza-se por uma mudança na viscosidade com o aumento da velocidade de cisalhamento. •
• Ocorre
com a maioria dos sistemas de interesse em farmácia
Comportamento Reológico: Classificação Não-newtoniano • fluxo
plástico (ou corpos de Bingham): não há escoamento até que a tensão de cisalhamento exceda o valor de cedência • o
reograma não passa pela origem
• ocorre
em suspensões concentradas, particularmente se a fase contínua for de alta viscosidade
Reograma de uma subst. com fluxo plástico
Viscosidade de uma subst. com fluxo plástico
Comportamento Reológico: Classificação Não-newtoniano • Pseudoplástico:
redução na viscosidade aparente com aumento do gradiente de cisalhamento • soluções
de polímeros e maioria dos sistemas semi-sólidos que contenham componentes poliméricos; • acredita-se
que a diminuição da viscosidade ocorra quando as moléculas, sobretudo poliméricas, se alinham longitudinalmente entre si, devido a tensão aplicada (quebra das ligações). Dessa forma oferecem menos resistência ao fluxo e liberam a água que estava aprisionada.
Reograma de uma subst. com fluxo pseudoplástico Tensão de cisalhamento ↑ numa proporção menor que o gradiente de cisalhamento
Viscosidade de uma subst. com fluxo pseudoplástico
Comportamento Reológico: Classificação Não-newtoniano • Dilatante: aumento
da viscosidade aparente com aumento do gradiente de cisalhamento. EX. Suspensão concentrada de magnésia pode ocorrer em dispersões que contém uma alta concentração (~50%) de partículas sólidas pequenas, defloculadas. Com o aumento da veloc. de cisalhamento, as partículas que estavam homogeneamente distribuidas formam agregados, resultando na criação de espaços vazios, nos quais flui o veículo, aumentando a viscosidade. •
Reograma de uma subst. com fluxo dilatante Tensão de cisalhamento ↑ numa proporção maior que o gradiente de cisalhamento
Viscosidade de uma subst. com fluxo dilatante
Reograma de diferentes materiais não newtonianos
Tixotropia e Reopexia O estresse aplicado a um sistema pode causar uma quebra de estrutura que não se recompõem imediatamente após o estresse ser removido: - Recuperação imediata ramos ascendentes e descendentes do reograma são idênticos; - Recuperação não imediata: * o reograma descendentes apresentará valores de tensão inferiores para cada valor de gradiente de cisalhamento Tixotropia * o reograma descendentes apresentará valores de tensão superiores para cada valor de gradiente de cisalhamento Reopexia
Reograma ascendente e descendente
Tixotropia - Recuperação não imediata: o reograma descendentes apresentará valores de tensão inferiores para cada valor de gradiente de cisalhamento
Tixotropia: a visc diminui com o tempo para ou ctes, devido a destruição de estruturas. É uma propriedade desejável nas formulações farmacêuticas
Reopexia - Recuperação não imediata: o reograma descendentes apresentará valores de tensão superiores para cada valor de gradiente de cisalhamento
Reopexia: visc aumenta com o tempo para ou ctes, devido a formação de estruturas (ocorre raramente) * A área formada entre as curvas ascendentes e descendentes do escoamento de um sistema tixotrópico ou reopético é a área de histerese
Área de histerese o t n e m a h l a s i C e d o ã s n e T
Área de histerese
Gradiente de Cisalhamento
Reometria Viscosímetro capilar: • líquido
escoa num tubo capilar, verifica-se uma resistência de escoamento devido à viscosidade; • O
líquido nas paredes está estacionário enquanto o líquido no centro tem vel máxima; • Ex:
Viscosímetro de Ostwald (determinações da viscosidade relativa são obtidos por comparações com um padrão de viscosidade conhecida)
Reometria Viscosímetro capilar:
Reometria Reômetros rotativos:
Reometria Reômetros rotativos:
Cilindro concêntrico Cone e placa Placa paralela
Reometria Reômetros rotativos:
Hastes (spindles ) utilizadas no viscosímetro e reômetros Brookfield
IMPORTÂNCIA DA REOLOGIA NAS FORMULAÇÕES COSMÉTICAS Reologia assunto de importância crescente na industria cosmética e farmacêutica qualidade e controle de qualidade Maioria das formulações dermocosméticas fluidos psedoplásticos
