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APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE EMULSIÓN MÚLTIPLE W/O/W …
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APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE EMULSIÓN MÚLTIPLE W/O/W Y O/W/O EN
LA INDUSTRIA COSMÉTICA
ORIANA PAOLA BOCANEGRA VALERO
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
MAESTRÍA EN INGENIERÍA QUÍMICA
BOGOTÁ D.C,
2012
2
APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE EMULSIÓN MÚLTIPLE W/O/W Y O/W/O EN
LA INDUSTRIA COSMÉTICA
ORIANA PAOLA BOCANEGRA VALERO
TESIS PARA OPTAR AL TÍTULO DE MAGÍSTER EN INGENIERÍA QUÍMICA
DIRECTOR
DR. ÓSCAR ÁLVAREZ SOLANO
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
MAESTRÍA EN INGENIERÍA QUÍMICA
BOGOTÁ D.C,
2012
3
César David, amor de mi vida, gracias por ser mi compañero de vida y de aventuras y subirte en
la nave de mis sueños
Familia, gracias por estar siempre y ser mi escudo protector
Merci! Merci Beaucoup! Je vous aime!
4
TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN .................................................................................................................................................. 12
OBJETIVOS ................................................................................................................................................ 14
ESTADO DEL ARTE ................................................................................................................................. 15
MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................................................................... 17
Materiales y Composición ....................................................................................................................... 17
Procedimiento de Fabricación ................................................................................................................. 20
CARACTERIZACIÓN DE LAS EMULSIONES MÚLTIPLES ............................................................... 23
Diseño Experimental ............................................................................................................................... 23
Análisis Microscópico ............................................................................................................................. 26
Caracterización Fisicoquímica ................................................................................................................ 27
Caracterización Reológica ....................................................................................................................... 28
Evaluación Sensorial Preliminar- Texturas ............................................................................................. 28
Evaluación Sensorial- Texturas ............................................................................................................... 29
Evaluación Sensorial: Sustantividad de fragancias ................................................................................. 29
Pruebas de Eficacia- Determinación de Nivel de Humectación .............................................................. 30
Estudios de Estabilidad ........................................................................................................................... 31
RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................................................. 33
Selección de fórmulas Base ..................................................................................................................... 33
Análisis Microscópico Preliminar......................................................................................................... 33
Caracterización Fisicoquímica Preliminar .......................................................................................... 33
Evaluación sensorial Preliminar .......................................................................................................... 35
Estudios de Estabilidad Preliminares .................................................................................................. 37
Caracterización de las emulsiones múltiples - Parte 2 ............................................................................ 39
Análisis Microscópico .......................................................................................................................... 39
Caracterización Fisicoquímica y Estudios de Estabilidad .................................................................... 43
Caracterización Reológica ................................................................................................................... 50
5
Influencia del tipo y la concentración de los emulsificantes en el desempeño de las emulsiones
múltiples .............................................................................................................................................. 66
Evaluación Sensorial – Perfil Sensorial .................................................................................................. 69
Emulsión O/W/O Fórmula 2 vs. Emulsión O/W .................................................................................. 69
Emulsión W/O/W Fórmula 6 vs. Emulsión W/O.................................................................................. 70
Evaluación Sensorial- Sustantividad ....................................................................................................... 72
Pruebas de Eficacia- Determinación de Nivel de Humectación .............................................................. 73
CONCLUSIONES ...................................................................................................................................... 76
REFERENCIAS .......................................................................................................................................... 77
ANEXO 1- FÓRMULAS PRELIMINARES EMULSIONES MÚLTIPLES ............................................. 84
ANEXO 2- INFORMACIÓN DETALLADA DE LAS EMULSIONES MÚLTIIPLES BASE ................ 88
ANEXO 3- FÓRMULAS DISEÑO EXPERIMENTAL ............................................................................. 92
ANEXO 4- RESULTADOS PRUEBAS DE T- PAREADA PARA LOS DATOS DE TAMAÑOS DE
GOTA .......................................................................................................................................................... 94
6
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Criterios de Selección de Fórmulas Base ..................................................................................... 19
Figura 2. Estructura General del Diseño Experimental para las Emulsiones O/W/O ................................. 24
Figura 3. Matriz de experimentos para las emulsiones O/W/O .................................................................. 24
Figura 4. Estructura General del Diseño Experimental para las Emulsiones W/O/W ............................... 25
Figura 5. Matriz de experimentos para las emulsiones W/O/W ................................................................. 26
Figura 6. Microscopio Óptico Nikon Eclipse E200 ................................................................................... 27
Figura 7. Equipos utilizados para la caracterización fisicoquímica: (Izq.) Viscosímetro Brookfield
(Brookfield RV DV-II + Pro), (Der.) Potenciómetro (Mettler Toledo) ...................................................... 27
Figura 8. Reómetro Kinexus Pro, Malvern ................................................................................................. 28
Figura 9. Centrífuga EBA 20 Hettich Zentrifugen ..................................................................................... 31
Figura 10. (Izq.) Fotomicrografía correspondiente a la Fórmula 2- O/W/O, (Der.) Fotomicrografía
correspondiente a la Fórmula 5- W/O/W .................................................................................................... 33
Figura 11. Resumen de criterios de selección que se tuvieron en cuenta para seleccionar las fórmulas base
..................................................................................................................................................................... 39
Figura 12. (Izq.) Fotomicrografía de la emulsión múltiple O/W/O de tipo A, (Der) Fotomicrografía de la
emulsión múltiple O/W/O de tipo C ............................................................................................................ 40
Figura 13. Fotomicrografía de la emulsión múltiple W/O/W de tipo C ...................................................... 40
Figura 14. Parámetros fisicoquímicos en t=48h (Arriba) y el pH (Abajo) para los diferentes experimentos
correspondientes a las Emulsiones Múltiples O/W/O ................................................................................. 44
Figura 15. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O
Experimento 1, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 44
Figura 16. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O
Experimento 2, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 44
Figura 17. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O
Experimento 3, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 45
Figura 18. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O
Experimento 4, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 45
Figura 19. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O
Experimento 5, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 45
Figura 20. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O
Experimento 6, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 46
Figura 21. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O
Experimento 7, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 46
Figura 22. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O
Experimento 8, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 46
Figura 23. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O
Experimento 9, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 47
Figura 24. Parámetros fisicoquímicos en t=48h (Arriba) y el pH (Abajo) para los diferentes experimentos
correspondientes a las Emulsiones Múltiples W/O/W ................................................................................ 47
7
Figura 25. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W
Experimento 1, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 48
Figura 26. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W
Experimento 2, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 48
Figura 27. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W
Experimento 3, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 48
Figura 28. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W
Experimento 4, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 49
Figura 29. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W
Experimento 5, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 49
Figura 30. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W
Experimento 6, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 49
Figura 31. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W
Experimento 7, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 50
Figura 32. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W
Experimento 8, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 50
Figura 33. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W
Experimento 9, t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C ....................... 50
Figura 34. Viscosidad () vs. Velocidad de Cizalla () para los Experimentos correspondientes a las
emulsiones múltiples O/W/O para las muestras mantenidas a condiciones ambientales, T=25°C, por un
mes .............................................................................................................................................................. 51
Figura 35. Viscosidad ( vs. Velocidad de Cizalla ( para los Experimentos correspondientes a las
emulsiones múltiples O/W/O a para las muestras sometidas a las condiciones de estabilidad T=25°C y
T=40°C: a. Experimento 1, b. Experimento 2, c. Experimento 3, d. Experimento 4, e. Experimento 5, f.
Experimento 6, g. Experimento 7, h. Experimento 8, i. Experimento 9...................................................... 53
Figura 36. Viscosidad () vs. Velocidad de Cizalla () para los Experimentos correspondientes a las
emulsiones múltiples W/O/W para las muestras mantenidas a condiciones ambientales, T=25°C, por un
mes .............................................................................................................................................................. 53
Figura 37. Viscosidad ( vs. Velocidad de Cizalla () para los Experimentos correspondientes a las
emulsiones múltiples W/O/W para las muestras sometidas a las condiciones de estabilidad T=25°C y
T=40°C: a T=25°C y T=40°C. a. Experimento 1, b. Experimento 2, c. Experimento 3, d. Experimento 4, e.
Experimento 5, f. Experimento 6, g. Experimento 7, h. Experimento 8, i. Experimento 9 ......................... 55
Figura 38. Viscosidad corte cero (para las muestras correspondientes a las emulsiones O/W/O que
fueron sometidas a pruebas de estabilidad a diferentes condiciones de temperatura T=25°C (Ambiente) y
T=40°C (Acelerada) por un mes. ................................................................................................................ 57
Figura 39. Viscosidad corte cero (para las muestras correspondientes a las emulsiones W/O/W que
fueron sometidas a pruebas de estabilidad a diferentes condiciones de temperatura T=25°C (Ambiente) y
T=40°C (Acelerada) por un mes. ................................................................................................................ 57
Figura 40. Módulo Elástico (G’) vs. Deformación (*) para las muestras mantenidas en estabilidad en
condiciones ambientales, T=25°C, para los experimentos correspondientes a las emulsiones múltiples
O/W/O ......................................................................................................................................................... 60
8
Figura 41. Módulo Elástico G’ (Pa) vs. Deformación * (%) a T=25°C y T=40°C para experimentos
correspondientes a las emulsiones múltiples O/W/O: a. Experimento 1, b. Experimento 2, c. Experimento
3, d. Experimento 4, e. Experimento 5, f. Experimento 6, g. Experimento 7, g. Experimento 8, g.
Experimento 9 ............................................................................................................................................. 62
Figura 42. Módulo Elástico (G’) vs. Deformación (*) para las muestras mantenidas en estabilidad en
condiciones ambientales, T=25°C, para los experimentos correspondientes a las emulsiones múltiples
W/O/W ........................................................................................................................................................ 63
Figura 43. Módulo Elástico G’ (Pa) vs. Deformación * (%) a T=25°C y T=40°C para experimentos
correspondientes a las emulsiones múltiples W/O/W: a. Experimento 1, b. Experimento 2, c. Experimento
3, d. Experimento 4, e. Experimento 5, f. Experimento 6, g. Experimento 7, h. Experimento 8, i.
Experimento 9 ............................................................................................................................................. 64
Figura 44. (Izq.) Energía de cohesión (Ec) y (Der.) Deformación Crítica (cr) para las muestras
correspondientes a las emulsiones O/W/O que fueron sometidas a pruebas de estabilidad a diferentes
condiciones de temperatura T=25°C (Ambiente) y T=40°C (Acelerada) por un mes. ............................... 65
Figura 45. (Izq.) Energía de cohesión (Ec) y (Der.) Deformación Crítica (cr) para las muestras
correspondientes a las emulsiones W/O/W que fueron sometidas a pruebas de estabilidad a diferentes
condiciones de temperatura T=25°C (Ambiente) y T=40°C (Acelerada) por un mes. ............................... 66
Figura 46. Gráfica de Efectos principales para los experimentos correspondientes a las emulsiones
múltiples O/W/O ......................................................................................................................................... 67
Figura 47. Gráfica de Efectos principales para los experimentos correspondientes a las emulsiones
múltiples W/O/W ........................................................................................................................................ 68
Figura 48. Atributos evaluados antes de la aplicación (Emulsión O/W/O- Fórmula 2 vs O/W- Patrón):
Brillo, Formación de Picos y Pegajosidad ................................................................................................... 69
Figura 49. Atributos evaluados durante de la aplicación (Emulsión O/W/O- Fórmula 2 vs O/W- Patrón):
(Izq.) Atributos: Grosor de la muestra, Dispersabilidad, humedad (Der.) Absorción ................................. 69
Figura 50. Atributos evaluados después de la aplicación (Emulsión O/W/O- Fórmula 2 vs O/W- Patrón):
(Izq.) Brillo, Resbalocidad, Suavidad, Humedad (Der.) Pegajosidad, Residuo Ceroso, Cantidad de
Residuo, Residuo Grasoso, Residuo Aceitoso ............................................................................................ 70
Figura 51. Atributos evaluados antes de la aplicación (Emulsión W/O/W- Fórmula 6 vs W/O- Patrón):
Brillo, Formación de Picos y Pegajosidad ................................................................................................... 70
Figura 52. Atributos evaluados durante de la aplicación (Emulsión W/O/W- Fórmula 6 vs W/O- Patrón):
(Izq.) Grosor de la muestra, Dispersabilidad, humedad (Der.) Absorción .................................................. 71
Figura 53. Atributos evaluados después de la aplicación (Emulsión W/O/W- Fórmula 6 vs W/O- Patrón):
(Izq.) Brillo, Resbalocidad, Suavidad, Humedad (Der.) Pegajosidad, Residuo Ceroso, Cantidad de
Residuo, Residuo Grasoso, Residuo Aceitoso ............................................................................................ 71
Figura 54. Perfil de Intensidad de la Fragancia en la Piel: Emulsión múltiple W/O/W con fragancia al
1%p/p vs. Emulsión Simple W/O con fragancia al 1% p/p ......................................................................... 72
Figura 55. Perfil de Intensidad de la Fragancia en la Piel: Emulsión múltiple W/O/W con fragancia al
0.8%p/p vs. Emulsión Simple W/O con fragancia al 1%p/p ....................................................................... 73
Figura 56. Evaluación de humectación hasta 24horas: (Izq.) Para Emulsión O/W (Patrón) y (Der.) Para
Emulsión O/W/O ......................................................................................................................................... 73
9
Figura 57. Evaluación de humectación hasta 24horas: (Izq.) Para Emulsión W/O (Patrón) y (Der.) Para
Emulsión W/O/W ........................................................................................................................................ 74
10
LISTA DE TABLAS
Tabla 1.Emulsificantes utilizado para la fabricación de las emulsiones múltiples preliminares ................. 17
Tabla 2. Composición General de las Formulaciones O/W/O propuestas .................................................. 18
Tabla 3. Composición General de las Formulaciones W/O/W propuestas ................................................. 18
Tabla 4. Variaciones en la concentración de emulsificantes y emolientes realizadas a las fórmulas base . 19
Tabla 5. Características del estudio de Evaluación Sensorial de Texturas .................................................. 29
Tabla 6. Características del estudio de Evaluación Sensorial de Sustantividad de Fragancias ................... 30
Tabla 7. Características del estudio para la evaluación del efecto humectante de las emulsiones múltiples.
..................................................................................................................................................................... 30
Tabla 8. Resumen de Pruebas utilizadas para caracterizar las emulsiones múltiples ................................. 32
Tabla 9. Resultados de la caracterización fisicoquímica inicial de las emulsiones múltiples ..................... 34
Tabla 10. Resultados de la evaluación sensorial preliminar para las emulsiones múltiples ........................ 35
Tabla 11. Resultados de Estudios de Estabilidad para las emulsiones múltiples ........................................ 37
Tabla 12. Tamaño de gota promedio para las emulsiones O/W/O ............................................................. 41
Tabla 13. Tamaño de gota promedio para las emulsiones W/O/W ............................................................. 41
Tabla 14. Valores P obtenidos de la prueba de t pareada ........................................................................... 42
Tabla 15. Viscosidad corte cero ()para los Experimentos correspondientes a las muestras de las
emulsiones O/W/O sometidos a pruebas de estabilidad a diferentes condiciones de temperatura T=25°C
(Ambiente) y T=40°C (Acelerada) por un mes. .......................................................................................... 56
Tabla 16. Datos del Esfuerzo Crítico (cr), Deformación Crítica (crMódulo Elástico (G’) y Energía de
cohesión (Ec) para los experimentos correspondientes a las muestras de las emulsiones O/W/O sometidos
a pruebas de estabilidad a diferentes condiciones de temperatura T=25°C (Ambiente) y T=40°C
(Acelerada) por un mes ............................................................................................................................... 59
Tabla 17. Datos del Esfuerzo Crítico (cr), Deformación Crítica (crMódulo Elástico (G’) y Energía de
cohesión (Ec) para los experimentos correspondientes a las muestras de las emulsiones W/O/W sometidos
a pruebas de estabilidad a diferentes condiciones de temperatura T=25°C (Ambiente) y T=40°C
(Acelerada) por un mes. .............................................................................................................................. 59
Tabla 18. Resumen de los Experimentos que permiten obtener mejores variables de respuesta ................ 68
Tabla 19. Resultados de la prueba de humectación de las emulsiones múltiples O/W/O vs emulsiones
simples O/W ................................................................................................................................................ 74
Tabla 20. Resultados de la prueba de humectación de las emulsiones múlitples O/W/W vs emulsiones
simples O/W ................................................................................................................................................ 75
Tabla 21. Composición Detallada de las Emulsiones O/W/O- Grupo 1 ..................................................... 84
Tabla 22. Composición Detallada de las Emulsiones O/W/O- Grupo 2 ..................................................... 85
Tabla 23. Composición Detallada de las Emulsiones W/O/W- Grupo 5 .................................................... 86
Tabla 24. Composición Detallada de las Emulsiones W/O/W- Grupo 6 .................................................... 87
Tabla 25. Composición General de la Emulsión O/W/O- Fórmula 2 ......................................................... 88
Tabla 26. Composición Detallada de la Emulsión O/W/O- Fórmula 2 ....................................................... 89
Tabla 27. Composición General de la Emulsión W/O/W- Fórmula 6 ......................................................... 90
Tabla 28. Composición Detallada de la Emulsión W/O/W- Fórmula 6 ...................................................... 91
11
Tabla 29. Composición Detallada para los experimentos correspondientes a las Emulsiones Múltiples
O/W/O ......................................................................................................................................................... 92
Tabla 30. Composición Detallada para los experimentos correspondientes a las Emulsiones Múltiples
W/O/W ........................................................................................................................................................ 93
12
RESUMEN
Las emulsiones múltiples son sistemas complejos que han sido poco explotados por la industria
cosmética, esto debido principalmente a la complejidad de su formulación ya que dentro de estos
sistemas coexisten de forma simultánea emulsiones O/W (Aceite/ Agua) y W/O (Agua/ Aceite), y
de su método de fabricación, que generalmente se debe realizar en 2 pasos lo cual complica su
escalonamiento a nivel industrial.
El propósito de este trabajo es desarrollar emulsiones múltiples Agua/Aceite/Agua (W/O/W) y
Aceite/Agua/Aceite (O/W/O) para la industria cosmética, que permanezcan estables en el tiempo
y cumplan con los requerimientos sensoriales y de eficacia establecidos por la Industria
Cosmética.
Para tal fin se propone la elaboración y estudio de emulsiones múltiples W/O/W y O/W/O en tres
etapas: 1) evaluación y estudio de diferentes sistemas emulsificantes para la fabricación de
emulsiones múltiples, 2) estudio del efecto de la concentración de los diferentes sistemas
emulsificantes en la formación y estabilidad de las emulsiones múltiples a partir de ensayos de
laboratorio, caracterizados por medio de mediciones reológicas, fisicoquímicas, análisis
microscópico y estudios de estabilidad acelerados a distintas temperaturas, 3) estudios sensoriales
y de eficacia para comparar el desempeño de las emulsiones múltiples con respecto a las
emulsiones simples.
A partir de los resultados obtenidos se determinaron dos sistemas emulsificantes que permiten
formular emulsiones múltiples estables, que mantienen su carácter múltiple en el tiempo y se
pueden fabricar en una sola etapa. Para el caso de las emulsiones múltiples O/W/O se trata de un
sistema emulsificante basado en éteres grasos de polioxietileno (Estearet-21 + Estearet-2) y un
emulsificante polimérico W/O (PEG-30 Dipolihidroxiestearato) y para las emulsiones múltiples
W/O/W consiste en un sistema formado por emulsificante polimérico W/O (PEG-30
Dipolihidroxiestearato) y el sistema emulsificante polimérico O/W denominado PSN1 [66].
Los resultados obtenidos por medio de los experimentos realizados permiten establecer rangos de
operación óptimos para la concentración de los emulsificantes, de esta forma se puede identificar
como se pueden optimizar las formulaciones para hacerlas costo-eficientes y de mejor
desempeño, por ejemplo menor tamaño de gota y regiones viscoelásticas lineales más largas, esto
es importante ya que el desempeño sensorial y de estabilidad del producto final está altamente
ligado a los parámetros reológicos que lo caracterizan, para el caso de estas emulsiones múltiples
el tamaño de la gota múltiple, el módulo elástico y la viscosidad son determinantes.
1 En este trabajo el sistema emulsificante polimérico O/W, PSN, se refiere al sistema desarrollado por LUBRIZOL CORP, compuesto las
siguientes materias primas:
P: Pemulen TR-1 Polymer
S: SilSense DW- 18 Silicone N: Novemer EC-1 Polymer
Esta tecnología fue presentada por LUBRIZOL en el congreso de la IFSCC (International Federation of Societies of Cosmetic Chemists), Osaka,
Japón, 2006.
13
Los resultados de las pruebas de humectación, sustantividad y perfiles sensoriales indican que
esta tecnología se puede utilizar como una solución innovadora para una cosmética de alta
eficacia en el siglo XXI, ya que se comprobó que este tipo de emulsiones pueden tener un
desempeño superior al de las emulsiones simples.
Palabras Clave: Emulsiones Múltiples O/W/O y W/O/W, cosméticos, emulsificantes
14
OBJETIVOS
Objetivo General
Desarrollar emulsiones múltiples Agua/Aceite/Agua (W/O/W) y Aceite/Agua/Aceite (O/W/O)
para diferentes aplicaciones en la industria cosmética.
Objetivos Específicos
Estudiar el efecto de la concentración de los diferentes sistemas emulsificantes en la
formación y estabilidad de las emulsiones múltiples por medio de ensayos de laboratorio,
que serán caracterizados por medio de mediciones reológicas, fisicoquímicas y estudios
de estabilidad acelerados a distintas temperaturas.
Comparar el desempeño de las emulsiones múltiples con respecto a la emulsiones simples
a través de pruebas sensoriales y eficacia.
15
ESTADO DEL ARTE
Las emulsiones múltiples son sistemas complejos compuestos por: fase oleosa, fase acuosa y
emulsificante (s), cada uno de estos componentes y su orden de adición contribuye al tipo de
emulsión formado, Aceite/Agua/Aceite (O/W/O) o Agua/Aceite/Agua (W/O/W), y a su
estabilidad [1]. En el caso de las emulsiones múltiples O/W/O, las gotas internas y la fase externa
continua (matriz), están compuestas de aceite; las gotas internas de aceite están separadas de la
fase externa oleosa por la fase acuosa. Por otro lado una emulsión múltiple W/O/W consiste de
pequeñas gotas acuosas dispersas en un aceite y esta emulsión W/O (Agua/Aceite) está a su vez
dispersa en una fase acuosa continua [2].
A su vez las emulsiones múltiples W/O/W y O/W/O se dividen en tres tipos, dependiendo del
número de cuya clasificación se basa en qué tipo de gota caracteriza la emulsión [2]:
Tipo A (Tipo core-shell): el glóbulo de la emulsión múltiple consiste solo de una gran gota
interna.
Tipo B: el glóbulo de la emulsión múltiple consiste de varias gotas internas pequeñas.
Tipo C: el glóbulo de la emulsión múltiple consiste de un gran número de gotas internas.
Este último tipo de emulsiones es el más utilizado en la industria cosmética [3].
Las gotas de las emulsiones múltiples son en su mayoría polidispersas, y varían en tamaño de 2 a
50m, esto depende del tipo de emulsión que se forme [4].
Existen dos maneras de fabricar emulsiones múltiples: (1) Procesos de un solo paso, usando un
solo grupo de emulsificantes; o (2) Procesos de dos pasos, donde inicialmente se fabrica una
emulsión primaria que posteriormente se vuelve a emulsificar al ser agregada a una nueva fase
externa [5], [1].
Se sabe que las emulsiones múltiples son sistemas termodinámicamente inestables que tienen
tendencia a la cremación, floculación y coalescencia. Una de las causas de esta inestabilidad es su
complicado proceso de fabricación. En la mayoría de estudios, las emulsiones múltiples se
fabrican en procesos de emulsificación de dos etapas utilizando dos grupos de emulsificantes [4],
en el primer paso se fabrica la emulsión primaria, para el caso de una emulsión W/O/W es una
emulsión simple W/O que es fabricada utilizando agua y una solución oleosa de un emulsificante
de bajo HLB (balance hidrofílico-lipofílico); en el caso de una emulsión O/W/O la emulsión
primaria es una emulsión simple O/W, que se prepara utilizando aceite y una solución
emulsificante de alto HLB en agua. En la segunda etapa del proceso, la emulsión primaria (W/O
u O/W) es re-emulsificada ya sea en una solución acuosa de un emulsificante de alto HLB para
producir una emulsión múltiple W/O/W o una solución oleosa que contenga un emulsificante de
bajo HLB para producir una emulsión múltiple O/W/O. La segunda etapa de emulsificación se
lleva a cabo utilizando un equipo de agitación de baja cizalla para así evitar la expulsión de las
gotas internas hacia la fase continua externa [2].
Otra de las causas de la inestabilidad de las emulsiones múltiples se debe a su estructura ya que
los compuestos dispersos o disueltos en la fase interna tienden a migrar hacia la fase externa,
16
principalmente por medio del transporte micelar inverso (controlado por difusión) o cuando el
emulsificante de la emulsión primaria migra hacia la fase externa por medio de la interfase
externa. Se han desarrollado algunos métodos para mejorar la estabilidad: (1) Estabilización de la
fase interfase interna de la emulsión primaria por medio de la selección adecuada del
emulsificante, (2) selección adecuada de la fase oleosa y el uso de posibles portadores,
complejos y formadores de viscosidad dentro de ella, (3) Estabilización de la fase externa [5].
Las emulsiones múltiples han sido investigadas, especialmente las emulsiones W/O/W, como
vehículos para varios medicamentos hidrofílicos (vitaminas, hormonas, enzimas) que se espera
tengan perfiles de liberación controlados [6].
Las emulsiones múltiples son sistemas importantes que se deben tener en cuenta a la hora de
formular cosméticos, los cuales están diseñados para satisfacer un gran número de beneficios
tanto funcionales como estéticos. En la industria cosmética se han utilizado las emulsiones
múltiples W/O/W para liberación sostenida de fragancias, humectación prolongada de la piel,
protección de activos biológicos sensibles y para evitar que ingredientes incompatibles dentro de
la formulación interactúen entre sí; también se han utilizado emulsiones múltiples O/W/O,
especialmente para usar la liberación controlada de activos para un propósito en particular:
limpiar, tratar, proteger y humectar la piel, las membranas mucosas, las fibras queratinosas y en
forma más particular para tratar la piel seca [1] este último constituye un campo importante ya
que uno de los campos de estudio más importantes en el área cosmética es cómo interactúan los
productos con la piel y cómo estas interacciones son percibidas por el consumidor y relacionadas
con el desempeño del producto.
Sin embargo a pesar de estas aplicaciones y las ventajas anteriormente descritas, las
formulaciones con sistemas múltiples no se han explotado en la industria cosmética debido a la
dificultad en implementar sus procesos de fabricación y por sus problemas de estabilidad [1].
En este trabajo se propone la elaboración y estudio de emulsiones múltiples W/O/W y O/W/O y
se dividió en tres etapas: 1) evaluación y estudio de diferentes sistemas emulsificantes para la
fabricación de emulsiones múltiples, 2) estudio del efecto de la concentración de los diferentes
sistemas emulsificantes en la formación y estabilidad de las emulsiones múltiples a partir de
ensayos de laboratorio, caracterizados por medio de mediciones reológicas, fisicoquímicas,
análisis microscópico y estudios de estabilidad acelerados a distintas temperaturas, 3) estudios
sensoriales, de eficacia y de liberación controlada in vitro de los activos Vitamina F y Pantenol
para comparar el desempeño de las emulsiones múltiples con respecto a las emulsiones simples.
17
MATERIALES Y MÉTODOS
Materiales y Composición Para el fin de este trabajo se escogieron los emulsificantes y emolientes de tal forma que fuese
posible obtener formulaciones estables (que no presenten coalescencia, floculación o cremación
en el tiempo) y que cumplan con el perfil sensorial requerido por la industria cosmética. Como
fórmulas referencia de los parámetros sensoriales se tomaron los siguientes productos:
Xpress Your Body Milk - Loción Corporal humectante 24 horas (Fabricado por
BELSTAR S.A)
Supremacie Nuit y Supremacie Jour (Fabricado por BELSTAR S.A)
Los emulsificantes utilizados para las formulaciones se resumen en la tabla 1:
NOMBRE COMERCIAL
NOMBRE INCI FABRICANTE/ PROVEEDOR
DESCRIPCIÓN
ESTERPOL GP ESTEARATO DE GLICERILO QUIMICA
ESPECIALIZADA S.A.
EMULSIFICANTE O/W AMPLIAMENTE USADO EN LA INDUSTRIA COSMÉTICA, OBTENIDO A PARTIR DE LA GLICERINA Y ÁCIDO ESTEÁRICO.
TWEEN 60- (AP) POLISORBATO 60 CRODA INC EMULSIFICANTE NO-IÓNICO MULTIPROPÓSITO
(1) BRIJ S721 (2) BRIJ S2
(1) ESTEARET- 21 (2) ESTEARET- 2
CRODA INC
ÉTERES GRASOS DE POLIOXIETILENO DERIVADOS DE ALCOHOL ESTEARÍLICO. EL MECANISMO DE ESTABILIZACIÓN DE LAS FÓRMULAS CON ESTEARET- 21 Y ESTEARET- 2 SE BASA EN LA FORMACIÓN DE LIPOSOMAS; EMULSIONES O/W CON UNA SEGUNDA CAPA DE EMOLIENTE Y EMULSIFICANTE RODEANDO LA GOTA DE LA EMULSIÓN (FASE CRISTALINA LÍQUIDA LAMELAR). ESTOS CRISTALES LÍQUIDOS PROVEEN ESTABILIDAD A LA EMULSIÓN DEBIDO A QUE LAS MULTICAPAS ALREDEDOR DE LA GOTA DE ACEITE FORMAN UNA BARRERA REOLÓGICA CONTRA LA COALESCENCIA, LO CUAL LLEVA A QUE LAS FUERZAS DE ATRACCIÓN DE VAN DER WAALS SEAN MÁS BAJAS.
CITHROL DPHS PEG-30 DIPOLIHIDROXIESTEARATO CRODA INC
EMULSIFICANTE POLIMÉRICO W/O, QUE PROVEE EXCELENTE ESTABILIZACIÓN A LAS EMULSIONES DEBIDO A SU ALTO PESO MOLECULAR, GRAN TAMAÑO Y SUS 2 PUNTOS DE ANCLAJE QUE FORMAN ESTRUCTURAS LAMELARES LÍQUIDAS EN ACEITE.
ARLACEL 1689 OLEATO DE SORBITAN, POLIGLICERIL -3 POLIRICINOLEATO
CRODA INC EMULSIFICANTE POLIMÉRICO NATURAL W/O, BASADO EN ÁCIDOS GRASOS Y POLIOLES NATURALES.
ARLACEL 48 OLEATO DE SORBITAN, ACEITE DE CASTOR HIDROGENADO, CERA DE ALBA, ÁCIDO ESTEÁRICO
CRODA INC EMULSIFICANTE W/O QUE POTENCIA LA ACCIÓN DE LOS ACTIVOS SOLUBLES EN AGUA Y EN ACEITE, FAVORECIENDO LA HIDRATACIÓN Y PROLONGANDOLA EN LA PIEL.
ARLACEL 2121 ESTEARATO DE SORBITAN, COCOATO DE SUCROSA
CRODA INC
EMULSIFICANTE O/W. EL MECANISMO DE ESTABILIZACIÓN DE LAS FORMULACIONES CON ESTA MATERIA PRIMA SE BASA EN LA FORMACIÓN DE HIDROSOMAS; QUE SON UNA RED DE GEL LAMELAR CONSTRUIDA EN UNA FASE ACUOSA CONTINUA.
VERSAFLEX V-150 ESTEARET-100, ESTEARET-2, GOMA MANNAN, GOMA XANTHAN
CRODA INC EMULSIFICANTE POLIMÉRICO O/W DE ALTA EFICACIA, MEJORA LA ESTABILIDAD DE LAS FORMULACIONES BRINDANDO PROTECCIÓN CONTRA LA COALESCENCIA, EL CREMADO Y LA SEDIMENTACIÓN.
SISTEMA PSN[1]: (1) PEMULEN TR-1 (2) SILSENSE DW- 18 SILICONE (3) NOVEMER EC-1 POLYMER
(1) CROSPOLÍMERO DE ACRILATOS C10- 30 ALQUIL ACRILATO (2) DIMETICONA PEG-07 ISOSTEARATO (3) COPOLÍMERO DE ACRILATOS / ACRILAMIDA, ACEITE MINERAL POLISORBATO
LUBRIZOL SISTEMA EMULSIFICANTE O/W, NO NECESITA TEMPERATURA DE INVERSIÓN DE FASES (PIT) Y SE PUEDE UTILIZAR EN PROCESOS EN FRÍO Y EN CALIENTE.
Tabla 1.Emulsificantes utilizado para la fabricación de las emulsiones múltiples preliminares
18
A partir de fórmulas base sugeridas por proveedores y teniendo como punto de partida las
concentraciones de emulsificantes sugeridos por éstos en las Hojas de información Técnica de las
materias primas2 [69-76], se escogieron 2 chasises de fórmula para cada tipo de emulsión, cuya
estructura general se describe en las tablas 2 y 3.
EMULSIÓN O/W/O
FÓRMULA 1 FÓRMULA 2
FASE OLEOSA: SISTEMA EMULSIFICANTE
ESTEARATO DE GLICERILO, POLISORBATO 60 ESTEARET- 21, ESTEARET- 2, PEG-30 DIPOLIHIDROXIESTEARATO
FASE OLEOSA: EMOLIENTES
MANTECA DE KARITÉ, ALCOHOL CETÍLICO, CICLOMETICONA, POLIISOBUTENO HIDROGENADO
PPG-15 ESTEARIL ETER,
FASE INTERNA ACUOSA GLICERINA, HIDROXIETILCELULOSA, CARBOMER, AGUA
PROPILENGLICOL, ALANTOINA, UREA, CROSPOLÍMERO DE METILMETACRILATO, AGUA
FASE EXTERNA OLEOSA
DIMETICONA, CAPRILIL METICONA, DIMETICONA (Y) CROSPOLÍMERO DE PEG 10-15 / DIMETICONA, CICLOPENTASILOXANO, CROSPOLÍMERO DE DIMETICONA , DIMETICONA/CROSPOLÍMERO DE VINILDIMETICONA
---
OTROS PRESERVANTES, FRAGANCIA PRESERVANTES, FRAGANCIA
Tabla 2. Composición General de las Formulaciones O/W/O propuestas
Tabla 3. Composición General de las Formulaciones W/O/W propuestas
En la industria cosmética el parámetro principal de selección de fórmulas está dado por las
características sensoriales del bulk, es decir, cómo percibe el usuario el producto sobre la piel o el
cabello, antes, durante y después de la aplicación. Los emulsificantes y los emolientes juegan un
2 Formulaciones Propuestas por los proveedores Lubrizol y CRODA.
EMULSIÓN W/O/W
FÓRMULA 5 FÓRMULA 6
FASE ACUOSA AGUA AGUA
FASE INTERNA OLEOSA: SISTEMA EMULSIFICANTE
PEG-30 DIPOLIHIDROXIESTEARATO, OLEATO DE SORBITÁN (Y) ACEITE DE CASTOR HIDROGENADO (Y) CERA ALBA (Y) ÁCIDO ESTEÁRICO, OLEATO DE SORBITÁN (Y) POLIGLICERIL-3 POLIRICINOLEATO
PEG-30 DIPOLIHIDROXIESTEARATO, OLEATO DE SORBITÁN (Y) ACEITE DE CASTOR HIDROGENADO (Y) CERA ALBA (Y) ÁCIDO ESTEÁRICO, OLEATO DE SORBITÁN (Y) POLIGLICERIL-3 POLIRICINOLEATO
FASE INTERNA OLEOSA: EMOLIENTES
ISOHEXADECANO, DICAPRILIL CARBONATO, TRIGLICÉRIDO CAPRÍLICO/CÁPRICO, PPG-15 ESTEARIL ÉTER
ISOHEXADECANO, DICAPRILIL CARBONATO, TRIGLICERIDO CAPRÍLICO/CÁPRICO, PPG-15 ESTEARIL ÉTER
FASE EXTERNA ACUOSA: EMULSIFICANTES
ESTEARATO DE SORBITÁN (Y) COCOATO DE SUCROSA, ESTEARET-100 (Y) ESTEARET-2 (Y) GOMA MANANA (AND) GOMA XANTANA, HIDROXIETILCELULOSA, AGUA
CROSPOLÍMERO DE ACRILATOS/C10-30 ALQUIL ACRILATO, DIMETICONA PEG-07 ISOSTEARATO, ACRILATOS/COPOLÍMERO DE ACRILAMIDA (Y) ACEITE MINERAL (Y) POLISORBATO 85, TRIETANOLAMINA, GLICERINA
OTROS PRESERVANTES, FRAGANCIA PRESERVANTES, FRAGANCIA
19
papel principal en las formulaciones cosméticas ya que éstos determinan fuertemente el perfil
sensorial de los productos además ayudan a proteger, cuidar y suavizar la piel [7].Así las cosas se
trabajaron las 4 fórmulas base realizando variaciones en las concentraciones de emulsificantes y
emolientes según la Tabla 4. La composición detallada de cada fórmula se puede encontrar en el
ANEXO 1: tablas 21, 22, 23 y 24.
TIPO DE EMULSIÓN
# FÓRMULA TIPO DE
VARIACIÓN
O/W/O
1 1.5 1.6
- EMOLIENTE PRINCIPAL - COMPOSICIÓN DE LA FASE EXTERNA OLEOSA.
2 2.1 2.2 2.3
- EMOLIENTE PRINCIPAL - LA FÓRMULA 2.3 CONTIENE LA MATERIA PRIMA MICROPEARL M 305 (CROSPOLÍMERO DE METILMETACRILATO)
W/O/W
5 5.1 5.2 5.3 5.4
- EMULSIFICANTE PRIMARIO - EMOLIENTE PRINCIPAL
6.1 6.2 6.3 6.4
- EMOLIENTE PRINCIPAL
Tabla 4. Variaciones en la concentración de emulsificantes y emolientes realizadas a las fórmulas
base
Para estudiar cómo afecta la concentración de los diferentes emulsificantes la formación y la
estabilidad de las emulsiones múltiples se seleccionaron unas fórmulas base para cada tipo de
emulsión múltiple según los siguientes criterios:
Figura 1. Criterios de Selección de Fórmulas Base
EstabilidadEvaluación Sensorial
PreliminarMétodo de fabricación
laboratorio
CaracterísticaEspecial del
Sistema Emulsificante
Normal (T=25°C)
Acelerada (T=40 y 50°C)
Estable por mas de 6
meses
T=40°C: estable por ciclo
completo de estudio (6 meses)
T= 50°C estable por ciclo
completo de estudio (1 mes)
Alto % de agrado dentro de población
evaluada1 etapa
Quécaracterística lo diferencia
de otros sistemas
emulsificantes
20
Procedimiento de Fabricación
Fórmula 1
Proceso de dos pasos (Two steps process):
Paso 1. Fabricación de la emulsión primaria O/W:
Se calientan las partes A y B por separado hasta 75-80°C y luego se agrega A en B, agitando con
un homogenizador (IKA T25 Digital Ultra-Turrax) con velocidad de 7000 rpm por 3 minutos.
Por separado se fabrica la parte D, mezclando los ingredientes usando un homogenizador (IKA
T25 Digital Ultra-Turrax) con velocidad de 5000 rpm por 5 minutos.
Paso 2: 80 partes en peso de la emulsión primaria se dispersan en 20 partes por peso de la parte D
utilizando un homogenizador (IKA T25 Digital Ultra-Turrax) con velocidad de 8000 rpm por 2
minutos. En este paso se obtiene la emulsión O/W/O.
Fórmula 2
Proceso de un paso (one step process):
Se calientan las partes A y B por separado hasta 75-80°C, una vez se alcanza la temperatura
deseada se agrega lentamente la parte A en la parte B con agitación continua utilizando un
agitador mecánico (Eurostar IKA - Werke Euro – st P CV S1) con velocidad de 700 rpm, luego
A
B
D
21
se forma la emulsión utilizando un homogenizador (IKA T25 Digital Ultra-Turrax) con velocidad
de 7500 rpm por un minuto. Enfriar la emulsión con agitación continua.
Fórmula 5
Proceso de dos pasos (Two steps process):
Paso 1. Fabricación de la emulsión primaria W/O:
Se calientan las partes A y B por separado hasta 75-80°C, una vez se alcanza la temperatura
deseada se agrega lentamente la parte B en la parte A con agitación continua utilizando un
agitador mecánico (Eurostar IKA - Werke Euro – st P CV S1) con velocidad de 700 rpm. Luego
se forma la emulsión utilizando un homogenizador (IKA T25 Digital Ultra-Turrax) con velocidad
de 7500 rpm por un minuto.
Agitar la emulsión primaria W/O utilizando un agitador mecánico (Eurostar IKA - Werke Euro –
st P CV S1) con velocidad de 700 rpm hasta 30-35°C (Temperatura Ambiente).
A
B
PARTE A
PARTE B
22
Por separado dispersar en agua la Hidroxietilcelulosa utilizando un homogenizador (IKA T25
Digital Ultra-Turrax) con velocidad de 5000 rpm por 5 minutos, una vez dispersa la materia
prima calentar hasta 60°C con agitación continua, utilizando un agitador magnético (Conning
PC-6200), agregar los demás componentes de la fase externa acuosa y dispersar utilizando un
homogenizador (IKA T25 Digital Ultra-Turrax) con velocidad de 8000 rpm por 3 minutos (Parte
D).
Paso2. Formación de la emulsión W/O/W:
Agregar Parte C (Emulsión Primaria) a parte D con agitación continua utilizando un agitador
mecánico (Eurostar IKA - Werke Euro – st P CV S1) con velocidad de 700 rpm hasta completa
incorporación de fases, luego continuar agitación a 300rpm hasta temperatura ambiente.
Fórmula 6
Proceso de un paso (one step process):
Paso 1. Fabricación de la emulsión primaria W/O:
Se calientan las partes A y B por separado hasta 75-80°C, una vez se alcanza la temperatura
deseada se agrega lentamente la parte B en la parte A con agitación continua utilizando un
agitador mecánico (Eurostar IKA - Werke Euro – st P CV S1) con velocidad de 700 rpm, luego
se forma la emulsión utilizando un homogenizador (IKA T25 Digital Ultraturrax) con velocidad
de 7500 rpm por un minuto.
PARTE D
PARTE A
PARTE B
23
Agitar la emulsión primaria W/O utilizando un agitador mecánico (Eurostar IKA - Werke Euro –
st P CV S1) con velocidad de 700 rpm hasta 30-35°C (Temperatura Ambiente).
Para la formación de la emulsión W/O/W:
Agregar lentamente los componentes de parte D a la emulsión primaria (parte C), manteniendo el
siguiente orden de adición y utilizando agitación continua utilizando un agitador mecánico
(Eurostar IKA - Werke Euro – st P CV S1) con velocidad de 700 rpm:
PEMULEN TR-1 POLYMER (2% Aq Dispersion)
Agua + Trietanolamina + Glicerina + Preservantes
SilSense DW- 18 Silicone
Novemer EC-1 Polymer (27%)
CARACTERIZACIÓN DE LAS EMULSIONES MÚLTIPLES
Diseño Experimental
A partir de la selección de las fórmulas base para cada tipo de emulsión múltiple se realizó un
diseño experimental de Taguchi, cuyos factores son los tipos de emulsificantes utilizados en cada
emulsión en 3 niveles distintos (concentraciones (%p/p)). De esta forma se obtuvieron 18
experimentos que fueron estudiados. La descripción detallada del diseño experimental se expone
a continuación en las figuras 2, 3, 4 y 5.
En el diseño experimental de Taguchi, se utilizan arreglos ortogonales que estiman los efectos o
factores en la media de respuesta y variación. La ventaja de este diseño es que permite analizar
muchos factores realizando poca corridas, esto permite reducir el tiempo y los costos asociados
con el experimento, lo cual sucede cuando se utilizan diseños factoriales [67]. Se realizó una
réplica de los experimentos principalmente para validar que el método de fabricación es lo
suficientemente robusto como para preservar algunas características importantes de la emulsión,
como sus propiedades reológicas, fisicoquímicas y de estabilidad, entre fabricaciones.
PARTE D
24
Figura 2. Estructura General del Diseño Experimental para las Emulsiones O/W/O
Figura 3. Matriz de experimentos para las emulsiones O/W/O
El diseño experimental para la Emulsión W/O/W se ilustra en las figuras 4 y 5.
25
Figura 4. Estructura General del Diseño Experimental para las Emulsiones W/O/W
26
Figura 5. Matriz de experimentos para las emulsiones W/O/W
La composición detallada de las fórmulas correspondientes a cada uno de los experimentos se
encuentra en el ANEXO 3: tablas 29 y 30.
Análisis Microscópico
El análisis microscópico de las muestras investigadas se realizó para verificar el carácter múltiple
de las emulsiones y el tamaño de las gotas, para cada uno de los experimentos correspondientes a
cada tipo de emulsión. Para este fin se utilizó un microscopio Óptico (Nikon Eclipse E200) con
un aumento de 100X/1.25oil, WD 0.23. Las fotomicrografías de las emulsiones múltiples y la
medición de los tamaños de gota se realizaron utilizando el software OPTIKA VISION PRO,
asociado al microscopio.
Inicialmente se realizaron fotomicrografías de las emulsiones para confirmar su carácter múltiple,
48 horas después de su fabricación. Una vez se seleccionaron las fórmulas base y se fabricaron
los ensayos correspondientes al diseño experimental se realizó la medición del tamaño de gota
para cada uno de los experimentos correspondientes a los dos tipos de emulsiones múltiples a
condiciones ambiente (muestra a T=25°C, mantenida en reposo) y una muestra sometida a
condiciones de estabilidad acelerada (T=40°C por un mes), se tomó una muestra de 100 datos y a
partir de estos se determinó un tamaño de gota promedio.
27
Figura 6. Microscopio Óptico Nikon Eclipse E200
Caracterización Fisicoquímica
Se tomaron datos de iniciales de viscosidad aparente, utilizando un Viscosímetro Brookfield
(Brookfield RV DV-II + Pro) utilizando una aguja 4 ó 5 (dependiendo de la muestra) a velocidad
20rpm, y de pH utilizando un potenciómetro (Mettler Toledo), para las formulaciones
preliminares, cada uno de los experimentos del diseño experimental y sus réplicas.
Figura 7. Equipos utilizados para la caracterización fisicoquímica: (Izq.) Viscosímetro Brookfield (Brookfield RV
DV-II + Pro), (Der.) Potenciómetro (Mettler Toledo)
28
Caracterización Reológica
Estas mediciones se realizaron utilizando un Reómetro (Kinexus Pro, Malvern) a 25°C. Se utilizó
una geometría de cono y plato (ángulo del cono= 2°, diámetro del cono= 4cm). La lectura de los
datos se hizo a través del Software rSpace.
Se realizó un barrido de cizalla, en un rango de velocidad de cizalla de 0.001 a 1001 s-1
, a partir
del cual se obtuvieron perfiles de viscosidad vs esfuerzo para cada una de las muestras y un
barrido de amplitud ((Pa)= 0.1- 100Pa, = 1Hz), a partir del cual se obtuvieron valores para el
módulo elástico, el módulo viscoso y el ángulo de fase (G’, G’’ y δ respectivamente). Esta última
prueba se realiza con el propósito de determinar la región viscoelástica de una muestra.
Se caracterizaron todos los experimentos del diseño experimental correspondientes a cada tipo de
emulsión, sus réplicas y sus pares correspondientes sometidos a envejecimiento acelerado por un
mes a 40°C.
Figura 8. Reómetro Kinexus Pro, Malvern
Evaluación Sensorial Preliminar- Texturas
Se realizan evaluaciones sensoriales no formales de las formulaciones preliminares aplicándolas
en el antebrazo y evaluándolas cualitativamente con respecto a diferentes atributos sensoriales
versus los productos de referencia. Las pruebas fueron realizadas por personal de Innovación y
Desarrollo Químico de BELCORP Colombia.
Los atributos evaluados fueron:
Antes de la Aplicación: Brillo e Integridad de forma
29
Durante la Aplicación: Dispersabilidad, Humedad y Absorción
Después de la Aplicación: Humedad, Cantidad de Residuo y Brillo
Evaluación Sensorial- Texturas
Se realizó un perfil sensorial para lociones y cremas, realizado por un panel experto, según el
método M0212011, del Laboratorio de Evaluación Sensorial de BELCORP.
CARACTERÍSTICAS DEL ESTUDIO
CONDICIONES AMBIENTALES RANGO DE TEMPERATURA: 22- 24°C
RANGO DE HUMEDAD RELATIVA: 33- 48%
PANEL 10 JUECES SENSORIALES ENTRENADOS EN EL MÉTODO DE EVALUACIÓN
GÉNERO FEMENINO
ZONA DE APLICACIÓN ANTEBRAZO
RANGO DE TEMPERATURA DE LA PIEL 25- 31°C
ATRIBUTOS EVALUADOS
ANTES DE LA APLICACIÓN: BRILLO, PEGAJOSIDAD FORMACIÓN DE PICOS. DURANTE LA APLICACIÓN: HUMEDAD, ABSORBENCIA, DISPERSABILIDAD, GROSOR DE LA MUESTRA. DESPUÉS DE LA APLICACIÓN: HUMEDAD, RESBALOCIDAD, RESIDUO GRASOSO, BRILLO, CANTIDAD DE RESIDUO, SUAVIDAD, RESIDUO ACEITOSO, PEGAJOSIDAD, RESIDUO CEROSO
MUESTRAS EVALUADAS EMULSIÓN O/W/O: FÓRMULA 2 VS. FÓRMULA O/W
EMULSIÓN W/O/W: FÓRMULA 6 VS. FÓRMULA W/O
Tabla 5. Características del estudio de Evaluación Sensorial de Texturas
Evaluación Sensorial: Sustantividad de fragancias
Se realizó una evaluación de la duración de la fragancia, según el método M0212018, del
Laboratorio de Evaluación Sensorial de BELCORP.
El objetivo de esta prueba es evaluar sensorialmente la sustantividad de la fragancia en la piel en
un periodo de 6 horas de las muestras a analizar bajo condiciones de laboratorio.
30
CARACTERÍSTICAS DEL ESTUDIO
CONDICIONES AMBIENTALES RANGO DE TEMPERATURA: 20- 24°C
RANGO DE HUMEDAD RELATIVA: 34- 43%
PANEL 15 JUECES SENSORIALES
GÉNERO FEMENINO
PORTADORES 2 MUJERES
RANGO DE EDAD 41- 52 AÑOS
ZONA DE APLICACIÓN ANTEBRAZO
MUESTRAS EVALUADAS
EMULSIÓN W/O/W: FÓRMULA 6 CON FRAGANCIA AL 0.8% P/P VS. FÓRMULA W/O CON FRAGANCIA AL 1% P/P EMULSIÓN W/O/W: FÓRMULA 6 CON FRAGANCIA AL 1% P/P VS. FÓRMULA W/O CON FRAGANCIA AL 1% P/P
Tabla 6. Características del estudio de Evaluación Sensorial de Sustantividad de Fragancias
Pruebas de Eficacia- Determinación de Nivel de Humectación
Se realiza una evaluación del efecto humectante sobre el estrato córneo de las pantorrillas por
medio del M0208175 del Laboratorio de Eficacia de BELCORP: “Evaluación de los niveles de
humectación de la piel por capacitancia eléctrica”, el criterio de eficacia de este método es que la
capacitancia se incrementa en razón directa al volumen del material dieléctrico (agua) en contacto
con el capacitor.
CARACTERÍSTICAS DEL ESTUDIO
CONDICIONES AMBIENTALES TEMPERATURA PROMEDIO: 21.04°C
HUMEDAD RELATIVA PROMEDIO: 49.8%
TAMAÑO DE MUESTRA 24 VOLUNTARIAS
GÉNERO FEMENINO
RANGO DE EDAD 25- 40 AÑOS
ZONA DE EVALUACIÓN PANTORRILA
TIEMPOS DE CONTROL
INMEDIATO 30 MINUTOS 4 HORAS 24 HORAS
FRECUENCIA Y MODO DE USO UNA SOLA APLICACIÓN. APLICAR SOBRE LA PIEL LIMPIA Y SECA, ESPARCIRLA CON SUAVES MASAJES HASTA COMPLETA ABSORCIÓN.
MUESTRAS EVALUADAS EMULSIÓN O/W/O: FÓRMULA 2 VS. FÓRMULA O/W. EMULSIÓN W/O/W: FÓRMULA 6 VS. FÓRMULA W/O.
Tabla 7. Características del estudio para la evaluación del efecto humectante de las emulsiones múltiples.
31
En estas formulaciones se incluyeron dos activos humectantes, para la emulsión múltiple W/O/W
se utilizó la VITAMINA F al 3%p/p (Nombre INCI: Ácido Linoléico, Ácido Linolénico) la cual
es liposoluble y para la emulsión múltiple O/W/O se utilizó el activo Pantenol al 3%p/p que es
hidrosoluble, ya que la idea es poder observar el efecto de la liberación controlada de activos que
proveen las emulsiones múltiples a la piel.
Estudios de Estabilidad
Se realizó, a modo de filtro, una prueba de centrífuga para definir el ingreso de muestras a los
estudios de estabilidad preliminar. Para esto se usó una centrífuga de laboratorio (EBA 20 Hettich
Zentrifugen), utilizando una muestra de 10gr de cada emulsión. Se revisó el estado de las
muestras después de 60 minutos de centrifugación a 3000rmp.
Figura 9. Centrífuga EBA 20 Hettich Zentrifugen
Todas las muestras, formulaciones preliminares y formulaciones correspondientes al diseño
experimental, se ingresaron en recipientes de vidrio con capacidad de 250gr a las cámaras de
temperatura controlada a 30, 40 y 50°C, y se realizaron mediciones de viscosidad y pH en
controles semanales durante un mes.
En la siguiente tabla se hace un resumen de las pruebas realizadas en la caracterización de las
emulsiones múltiples, las cuales constituyen también las variables de respuesta del diseño
experimental.
32
TÉCNICA DE EVALUACIÓN
PROPÓSITO
ANÁLISIS MICROSCÓPICO VERIFICAR CARÁCTER MÚLTIPLE DE LAS EMULSIONES
DETERMINAR TAMAÑO DE GOTA MÚLTIPLE PROMEDIO
CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA
DETERMINACIÓN DE DATOS INICIALES DE VISCOSIDAD Y PH
CARACTERIZACIÓN REOLÓGICA
PERFIL DE VISCOSIDAD
DETERMINACIÓN DE REGIÓN VISCOELÁSTICA LINEAL Y VALOR CRÍTICO DE DEFORMACIÓN
ESTUDIOS DE ESTABILIDAD
ESTABILIDAD PRELIMINAR EN CENTRÍFUGA
ESTABILIDAD ACELERADA EN CÁMARAS DE TEMPERATURA Y HUMEDAD CONTROLADAS (T=25°-30°, 40° Y 50°C Y HR=75%)
EVALUACIÓN SENSORIAL
PERFIL SENSORIAL: ATRIBUTOS EVALUADOS ANTES, DURANTE Y DESPUÉS DE LA APLICACIÓN DEL PRODUCTO SOBRE LA PIEL
PRUEBAS DE SUSTANTIVIDAD DE FRAGANCIAS EN LA PIEL: LIBERACIÓN CONTROLADA DE ACTIVOS
PRUEBAS DE EFICACIA
EVALUACIÓN DE NIVEL DE HUMECTACIÓN POR CAPACITANCIA: HUMECTACIÓN PROLOGADA
INCLUSIÓN DE ACTIVOS EN LAS FÓRMULAS BASE EMULSIÓN O/W/O: PANTENOL EMULSIÓN W/O/W: VITAMINA F
Tabla 8. Resumen de Pruebas utilizadas para caracterizar las emulsiones múltiples
33
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Selección de fórmulas Base
Para realizar la selección de las fórmulas base se realizó una caracterización preliminar de las
fórmulas 1, 1.5, 1.6, 2, 2.1, 2.2, 2.3, 5, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 6, 6.1, 6.2, 6.3 y 6.4, en la que se
obtuvieron los siguientes resultados:
Análisis Microscópico Preliminar
Las fotomicrografías de las emulsiones múltiples tomadas 48 horas después de la aplicación, en
la figura 10 se pueden observar algunos ejemplos, en estas se puede comprobar que existe la
formación las emulsiones múltiples en las fórmulas estudiadas.
Figura 10. (Izq.) Fotomicrografía correspondiente a la Fórmula 2- O/W/O, (Der.) Fotomicrografía correspondiente a
la Fórmula 5- W/O/W
Caracterización Fisicoquímica Preliminar
Para las emulsiones O/W/O se observaron variaciones pequeñas del parámetro de viscosidad
dentro de las fórmulas de los grupos 2, 5 y 6. Con respecto al pH, todas las muestras presentaron
un comportamiento uniforme excepto las muestras del grupo 5 (emulsiones W/OW), las fórmulas
1, 1.5, 1.6, 5, 5.3 y 5.4 no cumplen con el parámetro de pH establecido en el mercado para
productos de tratamiento corporal que es 5.5 a 7.5. Es importante anotar que existen algunas
fórmulas para cuidado de la piel que tienen pH ácido que tienen acción especializada, por
ejemplo tratamiento del acné.
34
VISCOSIDAD
pH AGUJA RPM app
(cPs)
FÓRMULA 1 4 100 933 3,89
FÓRMULA 1.5 5 20 5740 3,61
FÓRMULA 1.6 5 20 16280 3,58
FÓRMULA 2 4 20 4120 6,87
FÓRMULA 2.1 4 20 6810 6,53
FÓRMULA 2.2 5 20 10440 5,9
FÓRMULA 2.3 4 20 6540 7,26
FÓRMULA 5 4 20 6870 5,41
FÓRMULA 5.1 4 20 6400 6,81
FÓRMULA 5.2 4 20 4290 7,07
FÓRMULA 5.3 4 20 5210 4,33
FÓRMULA 5.4 4 20 5980 4,64
FÓRMULA 6 6 20 24894 6,8
FÓRMULA 6.1 6 20 23200 6,52
FÓRMULA 6.2 6 20 20150 6,44
FÓRMULA 6.3 6 20 27984 6,6
FÓRMULA 6.4 6 20 23449 6,4
Tabla 9. Resultados de la caracterización fisicoquímica inicial de las emulsiones múltiples
35
Evaluación sensorial Preliminar
Los resultados de la evaluación sensorial preliminar de las emulsiones se resumen en la tabla 10:
ANTES DE LA APLICACIÓN
DURANTE LA APLICACIÓN
DESPUÉS DE LA APLICACIÓN
BRILLO INTEGRIDAD DE FORMA
DISPERSABILIDAD HUMEDAD ABSORBENCIA HUMEDAD CANTIDAD
DE RESIDUO BRILLO
FÓRMULA 1
NO ES BRILLANTE
ASPECTO GRUMOSO
SE DISPERSA FÁCILMENTE
NO SE SIENTE HÚMEDA
SE ABSORBE RÁPIDAMENTE
NO SE SIENTE HÚMEDA
DEJA GRAN CANTIDAD DE RESIDUO GRASOSO
DEJA LA PIEL BRILLANTE
FÓRMULA 2
ES BRILLANTE
ASPECTO FLUIDO
SE DISPERSA FÁCILMENTE
SE SIENTE FRESCA
SE ABSORBE RÁPIDAMENTE
SE SIENTE FRESCA
DEJA UNA PEQUEÑA CANTIDAD DE RESIDUO GRASOSO, QUE GENERA
UNA SENSACIÓN PESADA.
NO DEJA LA PIEL
BRILLANTE
FÓRMULA 2.1
ES BRILLANTE
ASPECTO FLUIDO
SE DISPERSA FÁCILMENTE
SE SIENTE FRESCA
SE ABSORBE RÁPIDAMENTE
SE SIENTE FRESCA
DEJA UNA PEQUEÑA CANTIDAD DE RESIDUO
GRASOSO
NO DEJA LA PIEL
BRILLANTE
FÓRMULA 2.2
ES BRILLANTE
ASPECTO FLUIDO
SE DISPERSA FÁCILMENTE
SE SIENTE FRESCA
SE ABSORBE RÁPIDAMENTE
SE SIENTE FRESCA
DEJA UNA PEQUEÑA CANTIDAD DE RESIDUO
GRASOSO
NO DEJA LA PIEL
BRILLANTE
FÓRMULA 2.3
ES BRILLANTE
ASPECTO FLUIDO
SE DISPERSA FÁCILMENTE
SE SIENTE FRESCA
SE ABSORBE RÁPIDAMENTE
SE SIENTE FRESCA
LA CANTIDAD DE RESIDUO GRASOSO ES MENOR QUE EL DE LA
FÓRMULA 2, PERO SIGUE DEJANDO UNA
SENSACIÓN PESADA
NO DEJA LA PIEL
BRILLANTE
FÓRMULA 5
ES BRILLANTE
ASPECTO FLUIDO
SE DISPERSA FÁCILMENTE
SE SIENTE FRESCA
SE ABSORBE RÁPIDAMENTE
SE SIENTE FRESCA
DEJA UN RESIDUO SOBRE LA PIEL QUE NO ES
GRASOSO Y PUEDE SER RELACIONADO CON
PROTECCIÓN
NO DEJA LA PIEL
BRILLANTE
FÓRMULA 5.2
ES BRILLANTE
ASPECTO FLUIDO
SE DISPERSA FÁCILMENTE
SE SIENTE FRESCA
SE ABSORBE RÁPIDAMENTE
SE SIENTE FRESCA
DEJA UN RESIDUO SOBRE LA PIEL QUE NO ES
GRASOSO Y PUEDE SER RELACIONADO CON
PROTECCIÓN
NO DEJA LA PIEL
BRILLANTE
FÓRMULA 5.3
ES BRILLANTE
ASPECTO DE GEL MUY VISCOSO
NO SE DISPERSA FÁCILMENTE
SE SIENTE FRESCA
SE ABSORBE RÁPIDAMENTE
SE SIENTE FRESCA
DEJA UN RESIDUO MUY PESADO SOBRE LA PIEL
NO DEJA LA PIEL
BRILLANTE
FÓRMULA 5.4
ES BRILLANTE
ASPECTO DE GEL MUY VISCOSO
NO SE DISPERSA FÁCILMENTE
SE SIENTE FRESCA
SE ABSORBE RÁPIDAMENTE
SE SIENTE FRESCA
DEJA UN RESIDUO MUY PESADO SOBRE LA PIEL
NO DEJA LA PIEL
BRILLANTE
FÓRMULA 6
ES BRILLANTE
ASPECTO FLUIDO
SE DISPERSA FÁCILMENTE
SE SIENTE FRESCA
SE ABSORBE RÁPIDAMENTE
SE SIENTE FRESCA
DEJA UN RESIDUO SOBRE LA PIEL QUE NO ES
GRASOSO Y PUEDE SER RELACIONADO CON
PROTECCIÓN
NO DEJA LA PIEL
BRILLANTE
FÓRMULA 6.2
ES BRILLANTE
ASPECTO FLUIDO
SE DISPERSA FÁCILMENTE
SE SIENTE FRESCA
SE ABSORBE RÁPIDAMENTE
SE SIENTE FRESCA
DEJA UN RESIDUO SOBRE LA PIEL QUE NO ES
GRASOSO Y PUEDE SER RELACIONADO CON
PROTECCIÓN
NO DEJA LA PIEL
BRILLANTE
FÓRMULA 6.3
ES BRILLANTE
ASPECTO FLUIDO
SE DISPERSA FÁCILMENTE
SE SIENTE FRESCA
SE ABSORBE RÁPIDAMENTE
SE SIENTE FRESCA
DEJA UN RESIDUO SOBRE LA PIEL QUE NO ES
GRASOSO Y PUEDE SER RELACIONADO CON
PROTECCIÓN
NO DEJA LA PIEL
BRILLANTE
FÓRMULA 6.4
ES BRILLANTE
ASPECTO FLUIDO
SE DISPERSA FÁCILMENTE
SE SIENTE FRESCA
SE ABSORBE RÁPIDAMENTE
SE SIENTE FRESCA
DEJA UN RESIDUO SOBRE LA PIEL QUE NO ES
GRASOSO Y PUEDE SER RELACIONADO CON
PROTECCIÓN
NO DEJA LA PIEL
BRILLANTE
Tabla 10. Resultados de la evaluación sensorial preliminar para las emulsiones múltiples
36
Con respecto a las emulsiones O/W/O, se observó una mejora del desempeño sensorial cuando se
incluye el Dicaprilil carbonato como emoliente principal (fórmula 2.1), esto se debe a la
naturaleza volátil del emoliente que hace que el residuo graso final no se sienta tan pesado como
al usar otros emolientes como por ejemplo Isohexadecano y Triglicérido caprílico/ cáprico. Sin
embargo es importante rescatar que la fórmula 2.3 presentó una mejora en el sensorial final sobre
la piel con respecto a la fórmula 2, esto se debe a la inclusión de la materia Crospolímero de
Metilmetacrilato que tiene como función principal secar y matificar (dar un acabado no grasoso o
brillante en la piel una vez se ha aplicado el producto).
Por otro lado en el caso de las emulsiones W/O/W se observó que las fórmulas que contenían el
emulsificante polimérico Versaflex V-150 en la fase externa acuosa tenían características
sensoriales y organolépticas no deseables con respecto a las fórmulas patrón por tal razón fueron
descartadas.
En cuanto a las fórmulas 6, 6.2, 6.3 y 6.4, se obtuvieron resultados sensoriales muy similares a
los presentados por las fórmulas 5, 5.2, 5.3, 5.4. Sin embargo en la evaluación de los productos
después de la aplicación el residuo del producto sobre la piel es mejor para las fórmulas 6, 6.2,
6.3 y 6.4 ya que no son grasosas y además dejan una película sobre la piel que puede ser
percibida como “protectora” por el consumidor, esto se debe a la composición del sistema PSN
que hace parte del sistema O/W de la fase externa acuosa de estas formulaciones, en la cual se
incluyen los materiales Silsense DW- 18 Silicone y Novemer EC-1 que hacen sinergia de tal
forma que permiten dejar un “after-feel” suave, no pegajoso y sin residuo grasoso [69] [70]. Para
este tipo de emulsiones también se observó un mejor comportamiento sensorial para las fórmulas
que incluían el emoliente Dicaprilil carbonato.
37
Estudios de Estabilidad Preliminares
Antes de comenzar los estudios de estabilidad en las cámaras de temperatura controlada a 40° y
50°C se realizaron pruebas de centrífuga, aquellas fórmulas que presentaron separación en las
pruebas de centrífuga no se ingresaron a las pruebas de envejecimiento acelerado. En la Tabla 15
se resumen los resultados de estas pruebas.
PRUEBA DE CENTRÍFUGA
ESTABILIDAD EN CÁMARA DE TEMPERATURA CONTROLADA
PRESENTA SEPARACIÓN
NO PRESENTA SEPARACIÓN
T= 50°C t= 1 MES
T= 40°C t= 6 MESES
FÓRMULA 1 X
NO SE INGRESÓ NO SE INGRESÓ
FÓRMULA 1.5 X
NO SE INGRESÓ NO SE INGRESÓ
FÓRMULA 1.6 X
NO SE INGRESÓ NO SE INGRESÓ
FÓRMULA 2
X NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES
FÓRMULA 2.1
X NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES
FÓRMULA 2.2
X NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES
FÓRMULA 2.3
X NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES
FÓRMULA 5
X NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES
FÓRMULA 5.1 X
NO SE INGRESÓ NO SE INGRESÓ
FÓRMULA 5.2
X NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES
FÓRMULA 5.3
X NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES
FÓRMULA 5.4
X NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES
FÓRMULA 6
X NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES
FÓRMULA 6.1 X
NO SE INGRESÓ NO SE INGRESÓ
FÓRMULA 6.2
X NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES
FÓRMULA 6.3
X NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES
FÓRMULA 6.4
X NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES NO SE OBSERVA SEPARACIÓN DE FASES
Tabla 11. Resultados de Estudios de Estabilidad para las emulsiones múltiples
Para las emulsiones O/W/O se puede concluir que los emulsificantes con un enlace éter en su
estructura (Estearet-21 y Estearet-2 son éteres grasos de polioxietileno derivados de alcoholes
estearílicos [73]) le dan mayor estabilidad a las formulaciones y que la diferencia de HLB en
emulsificantes utilizados es un factor importante a tener en cuenta, ya que para la formación de la
emulsión primario O/W requiere un emulsificante de alto HLB (para este caso Estearet-21,
HLB= 15.5 [9]) y para la formación de la emulsión secundaria se requiere un emulsificante de
bajo HLB (para este caso Estearet-2, HLB= 4.9 [68]) [2], también se observó que usar un
38
emulsificante polimérico (Cithrol DPHS) dentro del sistema emulsificante ayuda a reforzar la
estabilidad de forma superior en comparación un emulsificante no- iónico convencional.
Para el caso de las emulsiones múltiples W/O/W, se observó que las fórmulas que contenían
Arlacel 1689 como emulsificante principal presentaron separación de fases, a diferencia de las
que contenían Cithrol DPHS y Arlacel 481. Esto se puede atribuir al alto peso molecular de
ambos emulsificantes, además el HLB (Hidrophile-Lipophile Balance) es mayor para estos dos
últimos mostrando así que no se deben utilizar emulsificante con un HLB menor a 4.5 para este
tipo de formulaciones cuando estos se usan como emulsificantes primarios. En cuanto a los
emulsificantes de la emulsión secundaria, no se observó ninguna diferencia en cuanto a la
estabilidad de las fórmulas con el uso de los emulsificantes poliméricos Arlacel 2121 y Versaflex
V-150, sin embargo el uso de Arlacel 2121 le otorga mejores propiedades sensoriales a la
formulación probablemente por la formación de hidrosomas, que permiten formar un estructura
de líquidos multicapa, emulsificante lipídico y agua, muy similar a la piel humana [74].
Para las emulsiones W/O/W no se observaron diferencias en los resultados preliminares de las
pruebas de estabilidad en las propiedades de estabilidad debido al proceso de fabricación (dos
pasos o un paso). Sin embargo para las emulsiones O/W/O si se observó un cambio drástico en la
estabilidad al utilizar los 2 procesos de fabricación, todas las formulaciones fabricadas con
procesos de dos pasos presentaron separación de fase en la prueba preliminar de centrífuga, lo
que indica que el proceso doble de emulsificación está desestabilizando la emulsión primaria
(O/W) y por consiguiente causa que no exista incorporación de fases entre la emulsión primaria y
la emulsión secundaria.
Teniendo en cuenta los resultados anteriores se seleccionaron las fórmulas 2.1 (Que a partir de
esta etapa del estudio se denominará Emulsión O/W/O Fórmula 2) y 6.3 (Que a partir de esta
etapa del estudio se denominará Emulsión W/O/W Fórmula 6). Los criterios de selección
resumidos se encuentran en la figura 11. La información detallada de esta fórmula se encuentra
en el ANEXO 2: tablas 25, 26, 27, y 28.
39
Figura 11. Resumen de criterios de selección que se tuvieron en cuenta para seleccionar las fórmulas base
Caracterización de las emulsiones múltiples - Parte 2
Una vez seleccionadas las fórmulas base para cada tipo de Emulsión Múltiple, O/W/O Fórmula
2 y W/O/W Fórmula 6, se realizaron distintas pruebas para caracterizarlas y analizar el efectos
del tipos de emulsificantes y su concentración en su desempeño.
Análisis Microscópico
A partir del análisis microscópico se determinó que se obtuvieron emulsiones múltiples en todos
los experimentos propuestos.
Según las imágenes obtenidas se pudo observar que las emulsiones múltiples O/W/O son
principalmente de tipo A y en algunos casos en una misma emulsión se pueden identificar gotas
de tipo A (Figura 12-Izq.): (Tipo núcleo-caparazón) donde el glóbulo de la emulsión múltiple
consiste solo de una gran gota interna; y de tipo C (Figura 2-Der) en el cual el glóbulo de la
emulsión múltiple consiste de un gran número de gotas internas [3].
40
Figura 12. (Izq.) Fotomicrografía de la emulsión múltiple O/W/O de tipo A, (Der) Fotomicrografía de la emulsión
múltiple O/W/O de tipo C
Para el caso de las emulsiones múltiples W/O/W se observó que las emulsiones eran en su
mayoría de tipo C (Figura 13).
Figura 13. Fotomicrografía de la emulsión múltiple W/O/W de tipo C
Utilizando el análisis microscópico se obtuvieron los datos de los tamaños de gota promedio para
las muestras correspondientes a las emulsiones múltiples mantenidas a temperatura ambiente
(T=25°C) e ingresadas a la cámara de temperatura controlada (T=40°C) por un tiempo de un
mes. Los resultados de estas mediciones se encuentran en las tablas 12 y 13.
41
TAMAÑO DE GOTA PROMEDIO (µm)
T=25°C T=40°C.
t= 30 DÍAS
EXPERIMENTO 1 6,47 6,74
EXPERIMENTO 2 8,39 6,65
EXPERIMENTO 3 5,25 5,11
EXPERIMENTO 4 6,13 8,92
EXPERIMENTO 5 5,22 6,28
EXPERIMENTO 6 6,27 6,29
EXPERIMENTO 7 4,88 5,98
EXPERIMENTO 8 5,54 5,53
EXPERIMENTO 9 4,99 4,94
Tabla 12. Tamaño de gota promedio para las emulsiones O/W/O
TAMAÑO DE GOTA PROMEDIO (µm)
T=25°C
T=40°C. t= 30 DÍAS
EXPERIMENTO 1 6,13 8,69
EXPERIMENTO 2 5,64 5,66
EXPERIMENTO 3 5,17 3,85
EXPERIMENTO 4 6,55 6,32
EXPERIMENTO 5 5,20 4,94
EXPERIMENTO 6 7,09 8,09
EXPERIMENTO 7 4,35 8,55
EXPERIMENTO 8 7,06 6,36
EXPERIMENTO 9 4,88 5,69
Tabla 13. Tamaño de gota promedio para las emulsiones W/O/W
Para todos los experimentos de ambos tipos de emulsiones se encontraron tamaños de gota entre
4.5 y 8.5m, menores a los que han sido citados anteriormente en la literatura, 10- 50m [1],
esto puede ser un buen indicativo de mejora en la estabilidad con respecto a las emulsiones
múltiples antes estudiadas, ya entre mayor sea el tamaño de las gotas, las emulsiones serán más
termodinámicamente inestables [8].
42
Se observaron variaciones en el tamaño de gota de las emulsiones múltiples correspondientes a
las muestras ingresadas a estabilidad a temperaturas de 25°C (ambiente) y 40°C. Identificar estas
diferencias es importante, ya que en general tanto el aumento como la disminución del tamaño de
gota se pueden considerar indicios de inestabilidad .por ejemplo el aumento del tamaño de la gota
está relacionado con el proceso de coalescencia. Por otro lado, la disminución del tamaño de gota
puede deberse a un flujo de la fase más interna hacia la fase más externa, esto causa que las gotas
de la fase más interna se hinchen y a su vez el número de gotas de la fase más interna aumente.
Entonces al llegar a una concentración de gotas “crítica”, se rompe la capa que separa las fases
afines y éstas se terminan uniendo [9].
Para analizar si existían diferencias significativas entre los tamaños de gota obtenidos para las
muestras que se mantuvieron a temperatura ambiente (T=25°C) y las que se ingresaron a la
cámara de temperatura controlada a T=40°C, se realizó una prueba de t pareada utilizando el
software MINTAB 16. En la tabla 14 se resumen los resultados de la prueba.
VALOR P
EMULSIÓN O/W/O
EMULSIÓN W/O/W
EXPERIMENTO 1 0,597 0,000
EXPERIMENTO 2 0,002 0,943
EXPERIMENTO 3 0,614 0,000
EXPERIMENTO 4 0,000 0,405
EXPERIMENTO 5 0,000 0,279
EXPERIMENTO 6 0,950 0,001
EXPERIMENTO 7 0,000 0,000
EXPERIMENTO 8 0,982 0,001
EXPERIMENTO 9 0,847 0,000
Tabla 14. Valores P obtenidos de la prueba de t pareada
De la tabla 14 se puede observar que se obtuvieron diferencias estadísticamente significativas
(valor P< 0.05) entre los datos de tamaño de gota para los experimentos 2, 4, 5 y 7
correspondientes a las emulsiones múltiples O/W/O, y para los experimentos 1, 3, 6, 7, 8 y 9
correspondientes a las emulsiones múltiples W/O/W.
Las diferencias estadísticamente significativas entres los valores del tamaño de gota indican que
se está presentando algún tipo de inestabilidad en las fórmulas. Por otro lado, los datos para los
que no se obtuvieron diferencias estadísticamente significativas permiten identificar cuales
sistemas emulsificantes proveen emulsiones estables con tamaños de gota más pequeños. Para las
emulsiones múltiples O/W/O se identificó que el Experimento 9 (Sistema emulsificante: Estearet-
21 al 3%p/p, Estearet-2 al 4% p/p y Cithrol DPHS al 0.5%) cumplía con estas características,
mientras que en el caso de las emulsiones múltiples W/O/W se identificó que era el Experimento
43
5 (Sistema emulsificante: Cithrol DPHS al 2%p/p, Pemulen TR-1 (Solución Acuosa al 2%p/p) al
10%p/p, Silsense DW-18 al 1.5% y Novemer EC-1 Polymer al 0.5% p/p).
Caracterización Fisicoquímica y Estudios de Estabilidad
Los valores iniciales para los parámetros pH y viscosidad para cada tipo de emulsión se
encuentran en las figuras 14 y 24, los pH obtenidos permiten validar que los productos pueden
ser utilizados para aplicaciones tópicas. Con respecto a la viscosidad, se encontraron distintos
valores que permiten establecer el tipo de producto según la textura, por ejemplo las fórmulas con
viscosidades muy bajas, Emulsión W/O/W Experimento 9, se pueden utilizar en productos para
aplicar con spray. Por otro lado, las fórmulas con viscosidades más altas se pueden utilizar para
cremas faciales, las cuales requieren un mayor grado de enfoque y permanencia en la piel.
Los resultados de las mediciones de pH y viscosidad realizados a las muestras correspondientes a
las emulsiones O/W/O se encuentran en las figuras 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23. Como se
esperaba, las variaciones más grandes de las propiedades fisicoquímicas en el tiempo se dieron a
la condición de temperatura de 50°C que es una condición crítica de estabilidad y permite
establecer de forma preliminar la estabilidad de la emulsión. El parámetro que presentó más
variación fue la viscosidad, mientras que el pH presentó un comportamiento más uniforme. Los
experimentos 1, 2 y 3 presentaron separación por cremación a las tres condiciones de
envejecimiento acelerado evaluadas, sin embargo sus réplicas permanecieron estables durante el
tiempo comprendido en el estudio (esto indica que el proceso de fabricación del producto no es
robusto) y fueron utilizadas para la caracterización reológica.
En el caso de las emulsiones W/O/W, los resultados obtenidos en el estudio de estabilidad,
figuras 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 y 33, permiten observar que las variaciones de la
viscosidad durante el tiempo del estudio fueron menos significativas que los obtenidos para las
emulsiones múltiples O/W/O. En el caso del pH, se observó que para la mayoría de experimentos
hay una tendencia a disminuir, este cambio es importante tenerlo en cuenta ya que entre más bajo
sea el pH la aplicación tópica del producto puede cambiar ya que los pH bajos están relacionados
con la irritación cutánea.
Los estudios de estabilidad en condiciones de temperatura y humedad controladas permiten
establecer rangos de especificaciones en los cuales el producto y sus características son estables
sin afectar la funcionalidad del mismo (que no haya separación de fases, que se mantengan las
texturas, que el cambio de los parámetros fisicoquímicos no afecten la funcionalidad de uso
según el propósito del producto cosmético en el cuerpo, que las variaciones en la viscosidad no
afecten la interacción entre el producto y el envase, etc.). Así las cosas, los resultados de los
estudios de estabilidad correspondientes a las emulsiones múltiples si bien muestran variaciones
en los parámetros pH y viscosidad en los tiempos evaluados para cada condición de
envejecimiento acelerado, éstas no afectan la funcionalidad del producto cosmético por esto son
aceptados y a partir de ellos se podrían establecer los diferentes rangos de especificación.
44
Figura 14. Parámetros fisicoquímicos en t=48h (Arriba) y el pH (Abajo) para los diferentes experimentos
correspondientes a las Emulsiones Múltiples O/W/O
Figura 15. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O Experimento 1,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
Figura 16. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O Experimento 2,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
45
Figura 17. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O Experimento 3,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
Figura 18. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O Experimento 4,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
Figura 19. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O Experimento 5,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
46
Figura 20. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O Experimento 6,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
Figura 21. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O Experimento 7,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
Figura 22. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O Experimento 8,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
47
Figura 23. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple O/W/O Experimento 9,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
Emulsiones Múltiples W/O/W
Figura 24. Parámetros fisicoquímicos en t=48h (Arriba) y el pH (Abajo) para los diferentes experimentos
correspondientes a las Emulsiones Múltiples W/O/W
48
Figura 25. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W Experimento 1,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
Figura 26. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W Experimento 2,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
Figura 27. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W Experimento 3,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
49
Figura 28. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W Experimento 4,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
Figura 29. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W Experimento 5,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
Figura 30. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W Experimento 6,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
50
Figura 31. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W Experimento 7,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
Figura 32. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W Experimento 8,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
Figura 33. Comportamiento de la viscosidad (Izq.) y el pH (Der.) para la Emulsión Múltiple W/O/W Experimento 9,
t= 4 semanas, a diferentes condiciones de Estabilidad: T= 30, 40 y 50°C
Caracterización Reológica
Se ha encontrado que la caracterización reológica de las emulsiones se puede utilizar para
predecir la estabilidad de las emulsiones [2][10] [11]. Por ejemplo la cremación y sedimentación
que se deben a la gravedad están relacionadas con la viscosidad de corte cero (0), la floculación
51
que puede ocurrir en condiciones donde la energía atractiva de Van der Waals excede la energía
repulsiva se puede relacionar con la región viscoelástica lineal, y la coalescencia que resulta del
adelgazamiento y ruptura de la película líquida entre las gotas está relacionada con viscosidad
[10].
Viscosidad
En la figura 34 se pueden observar los perfiles de viscosidad para todos los experimentos
correspondientes a la emulsión múltiple O/W/O para las muestras mantenidas a condiciones
ambientales T=25°C, todas las muestras evaluadas (incluyendo réplicas) exhibían un
comportamiento de flujo plástico no Newtoniano, y como la viscosidad disminuye al aumentar la
velocidad de cizalla se puede decir que se comportan como fluidos pseudo-plásticos [12] [13].
Figura 34. Viscosidad () vs. Velocidad de Cizalla () para los Experimentos correspondientes a las emulsiones
múltiples O/W/O para las muestras mantenidas a condiciones ambientales, T=25°C, por un mes
En la figura 35 se encuentran los perfiles de viscosidad para cada uno de los experimentos
correspondientes a las emulsiones O/W/O para las muestras mantenidas a condiciones
ambientales, T=25°C, y las que se ingresaron a las pruebas de estabilidad acelerada a T=40°C
por un mes, en general se observó que la viscosidad de las emulsiones aumentó, excepto en el
caso de los experimentos 2 (Figura 35. b) y 7. (Figura 35. g). El aumento de la viscosidad puede
indicar que está ocurriendo floculación [10], sin embargo es importante tener en cuenta que el
incremento de la viscosidad también se puede dar por pérdida de agua por evaporación debido a
que las muestras se sometieron a altas temperaturas.
52
c. d.
g. h.
a. b.
e. f.
53
Figura 35. Viscosidad ( vs. Velocidad de Cizalla ( para los Experimentos correspondientes a las emulsiones
múltiples O/W/O a para las muestras sometidas a las condiciones de estabilidad T=25°C y T=40°C: a. Experimento
1, b. Experimento 2, c. Experimento 3, d. Experimento 4, e. Experimento 5, f. Experimento 6, g. Experimento 7, h.
Experimento 8, i. Experimento 9
En la figura 36 se pueden observar los perfiles de viscosidad para todos los experimentos
correspondientes a la emulsión múltiple W/O/W para las muestras mantenidas a condiciones
ambientales T=25°C, todas las muestras evaluadas (incluyendo réplicas) exhibían un
comportamiento de flujo plástico no Newtoniano, y como la viscosidad disminuye al aumentar la
velocidad de cizalla se puede decir que se comportan como fluidos pseudo-plásticos [12] [13].
Figura 36. Viscosidad () vs. Velocidad de Cizalla () para los Experimentos correspondientes a las emulsiones
múltiples W/O/W para las muestras mantenidas a condiciones ambientales, T=25°C, por un mes
En la figura 37 se encuentran los perfiles de viscosidad para cada uno de los experimentos
correspondientes a las emulsiones W/O/W para las muestras que se ingresaron a las pruebas de
estabilidad de temperatura controlada a T=25°C y T=40°C por un mes, en general se observaron
i.
54
cambios no significativos en los perfiles de la viscosidad, sin embargo en el experimento 2
(Figura 37. b) se observó un incremento en la viscosidad para la muestra sometida a estabilidad a
40°. En los casos de los experimentos 6 (Figura 37. f) y 8 (Figura 37. 7), se observa un
disminución en los valores de viscosidad. Esto puede ser explicado por la existencia de un flujo
desde la fase interna acuosa hacia la fase externa acuosa, lo cual provoca que la cantidad de fase
continua aumente y la viscosidad disminuya [9], sin embargo en este estudio no fue posible
comprobar esta declaración por lo tanto no pudo ser validada.
a. b.
c. d.
e. f.
55
Figura 37. Viscosidad ( vs. Velocidad de Cizalla () para los Experimentos correspondientes a las emulsiones
múltiples W/O/W para las muestras sometidas a las condiciones de estabilidad T=25°C y T=40°C: a T=25°C y
T=40°C. a. Experimento 1, b. Experimento 2, c. Experimento 3, d. Experimento 4, e. Experimento 5, f. Experimento
6, g. Experimento 7, h. Experimento 8, i. Experimento 9
La viscosidad corte cero (es la viscosidad de una material a una velocidad de cizalla igual a
cero, es decir la viscosidad del sistema en reposo [10] [80]. Así las cosas, se puede considerar un
parámetro ideal para estudiar la estabilidad de un sistema, ya que en el límite en el que la
velocidad de cizalla es cero el material no experimenta fuerzas de deformación significativas
diferentes a las gravedad. Se determinaron las viscosidades de corte cero para las muestras
mantenidas a condiciones ambientales (T=25°C) y condiciones de estabilidad acelerada
(T=40°C) correspondientes a cada uno de los experimentos de emulsiones múltiples, utilizando
los datos obtenidos en la prueba de barrido de cizalla, éstos se pueden observar en las tablas 15 y
16.
g. h.
i.
56
VISCOSIDAD CORTE CERO
η0 (Pa.s)
T=25°C T=40°C
EXPERIMENTO 1 25,144 37,208
EXPERIMENTO 2 313,913 95,067
EXPERIMENTO 3 34,313 134,667
EXPERIMENTO 4 91,117 186,475
EXPERIMENTO 5 201,598 183,453
EXPERIMENTO 6 267,146 283,89
EXPERIMENTO 7 22,231 89,216
EXPERIMENTO 8 74,762 110,754
EXPERIMENTO 9 181,9 255,993
Tabla 15. Viscosidad corte cero ()para los Experimentos correspondientes a las muestras de las emulsiones
O/W/O sometidos a pruebas de estabilidad a diferentes condiciones de temperatura T=25°C (Ambiente) y T=40°C
(Acelerada) por un mes.
VISCOSIDAD CORTE CERO
η0 (Pa.s)
T=25°C T=40°C
EXPERIMENTO 1 237,306 319,219
EXPERIMENTO 2 593,11 501,336
EXPERIMENTO 3 534,839 633,513
EXPERIMENTO 4 723,895 307,047
EXPERIMENTO 5 359,459 389,318
EXPERIMENTO 6 644,373 31,385
EXPERIMENTO 7 327,435 458,065
EXPERIMENTO 8 75,138 23,923
EXPERIMENTO 9 495,189 32,537
Tabla 20. Viscosidad corte cero (para los Experimentos correspondientes a las emulsiones W/O/W sometidos a
pruebas de estabilidad a diferentes condiciones de temperatura T=25°C (Ambiente) y T=40°C (Acelerada) por un
mes.
57
Figura 38. Viscosidad corte cero (para las muestras correspondientes a las emulsiones O/W/O que fueron
sometidas a pruebas de estabilidad a diferentes condiciones de temperatura T=25°C (Ambiente) y T=40°C
(Acelerada) por un mes.
Figura 39. Viscosidad corte cero (para las muestras correspondientes a las emulsiones W/O/W que fueron
sometidas a pruebas de estabilidad a diferentes condiciones de temperatura T=25°C (Ambiente) y T=40°C
(Acelerada) por un mes.
Cuando la viscosidad corte cero es alta se puede interpretar que el material se comportará de
forma estable en el almacenamiento, así entre más alto sea el valor de este parámetro se considera
que se puede minimizar la probabilidad de que ocurra separación por cremado o sedimentación
[10] [80].
Teniendo en cuenta que uno de los objetivos de este trabajo es encontrar formulaciones de
emulsiones múltiples que se mantengan estables en el tiempo, se puede determinar a partir de los
resultados obtenidos para este parámetro que los siguientes sistemas emulsificantes favorecen la
estabilidad de las formulaciones, ya que proveen sistemas que presentan valores altos de que
no cambian de manera significativa después de la prueba de estabilidad acelerada a 40°C:
Emulsión múltiple O/W/O- Experimento 5: Estearet-21 al 2% p/p, Estearet-2 al 3% p/p y
Cithrol DPHS al 1% p/p
Emulsión múltiple O/W/O- Experimento 6: Estearet-21 al 2% p/p, Estearet-2 al 4% p/p y
Cithrol DPHS al 0.3% p/p
58
Emulsión múltiple W/O/W- Experimento 3: Cithrol DPHS al 1% p/p, PEMULEN TR-1
(Solución Acuosa al 2%p/p) al 15% p/p, SILSENSE DW-18 al 1.5% y NOVEMER EC-1
POLYMER al 1.5% p/p
Emulsión múltiple W/O/W - Experimento 5: Cithrol DPHS al 2% p/p, PEMULEN TR-1
(Solución Acuosa al 2% p/p) al 10% p/p, SILSENSE DW-18 al 1.5% y NOVEMER EC-
1 POLYMER al 0.5% p/p
Emulsión múltiple W/O/W - Experimento 7: Cithrol DPHS al 1.5% p/p, PEMULEN TR-1
(Solución Acuosa al 2% p/p) al 5% p/p, SILSENSE DW-18 al 1.5% y NOVEMER EC-1
POLYMER al 1% p/p
Es importante tener en cuenta que la viscosidad de las fórmulas puede afectar la funcionalidad del
producto terminado. Por ejemplo, si se quiere una loción corporal para aplicar en spray, buscar
aumentar la viscosidad para mejorar la estabilidad no es una opción y se deberían buscar
alternativas de espesantes que no provoquen un aumento significativo de la viscosidad, por
ejemplo el Cithrol DHPS [72].
Módulo Elástico y Región Viscoelástica Lineal
Por medio del barrido de amplitud se puede determinar la región viscoelástica lineal en la cual
todos los módulos son independientes de la amplitud de esfuerzo aplicada y se vuelven función
del tiempo o la frecuencia. En esta región, G’ (Módulo Elástico) y G’’ (Módulo Viscoso)
permanecen virtualmente constantes hasta un valor de deformación crítico cr, este valor se puede
identificar como la mínima deformación sobre la cual la estructura de la emulsión se empieza a
romper [10]. La deformación crítica (cr) y el esfuerzo crítico (cr) están dados por el punto de
quiebre de la gráfica G’ vs. cr o G’ vs cr, según sea el caso [10][12][14].
A partir de G’ y CR se puede obtener la energía de cohesión Ec (Jm-3
), que es una medida de la
fuerza elástica del material [80] y está relacionada la separación de la emulsión por floculación
[10]. La Ec se determina a partir de la ecuación 1
∫
∫
Ecuación 1
A partir de las mediciones del barrido de amplitud se obtuvieron los valores para el Esfuerzo
Crítico (cr), la Deformación Crítica (crMódulo Elástico (G’) en el punto de deformación
crítica y la Energía de cohesión (Ec) para los experimentos correspondientes a las muestras de
las emulsiones O/W/O (Tabla 16) y W/O/W (Tabla 17) sometidos a pruebas de estabilidad a
diferentes condiciones de temperatura T=25°C (Ambiente) y T=40°C (Acelerada) por un mes.
59
T=25°C T=40°C
cr (Pa) cr (%) G' (Pa) Ec (Jm-3) cr (Pa) cr (%) G' (Pa) Ec (Jm-3)
EXPERIMENTO 1 0,278 0,587 32,87 5,671 0,548 1,835 20,94 35,2502349
EXPERIMENTO 2 3,786 2,626 138 475,649 0,525 0,373 111,1 7,74208991
EXPERIMENTO 3 0,144 0,272 40,54 1,504 0,526 0,425 94,88 8,55035128
EXPERIMENTO 4 0,381 0,368 98,38 6,656 1,413 1,094 120,9 72,3937132
EXPERIMENTO 5 1,02 0,871 109,1 41,365 1,013 0,598 158,2 28,2456224
EXPERIMENTO 6 1,014 0,644 149,5 31,011 2,71 1,093 236,5 141,138027
EXPERIMENTO 7 10,18 8,263 110,7 3778,94 0,529 0,502 95,99 12,0818287
EXPERIMENTO 8 0,281 0,551 47,22 7,175 1,016 0,776 120 36,1267422
EXPERIMENTO 9 1,017 0,768 123,9 36,568 3,777 2,145 166,5 383,163913
Tabla 16. Datos del Esfuerzo Crítico (cr), Deformación Crítica (crMódulo Elástico (G’) y Energía de cohesión
(Ec) para los experimentos correspondientes a las muestras de las emulsiones O/W/O sometidos a pruebas de
estabilidad a diferentes condiciones de temperatura T=25°C (Ambiente) y T=40°C (Acelerada) por un mes
.
T=25°C T=40°C
cr (Pa) cr (%) G' (Pa) Ec (Jm-3) cr (Pa) cr (%) G' (Pa) Ec (Jm-3)
EXPERIMENTO 1 10,200 8,510 116,000 4200,761 10,210 9,325 106,900 4647,9875
EXPERIMENTO 2 19,520 9,200 207,900 8797,525 27,080 11,299 234,600 14976,1814
EXPERIMENTO 3 27,040 9,714 272,900 12875,720 52,140 14,920 342,900 38167,4021
EXPERIMENTO 4 37,620 13,444 273,300 24698,644 19,490 8,331 228,300 7922,72087
EXPERIMENTO 5 37,730 20,289 181,000 37252,637 37,700 18,838 194,600 34529,9745
EXPERIMENTO 6 52,290 19,774 253,500 49562,659 0,106 0,351 20,040 1,236909
EXPERIMENTO 7 14,050 6,975 194,300 4726,354 10,120 5,152 187,000 2482,07889
EXPERIMENTO 8 0,278 0,444 54,300 5,341 0,105 0,354 19,790 1,23883215
EXPERIMENTO 9 52,370 23,677 217,100 60854,194 52,330 24,162 213,500 62320,3737
Tabla 17. Datos del Esfuerzo Crítico (cr), Deformación Crítica (crMódulo Elástico (G’) y Energía de cohesión
(Ec) para los experimentos correspondientes a las muestras de las emulsiones W/O/W sometidos a pruebas de
estabilidad a diferentes condiciones de temperatura T=25°C (Ambiente) y T=40°C (Acelerada) por un mes.
60
Cuando se tienen regiones viscoelásticas lineales pequeñas, se puede predecir que las fórmulas
permanecerán estables por menos tiempo [12] y exhibirán una estructura quebradiza [15] que no
es deseable en cuanto a atributos sensoriales y características de eficacia importantes como por
ejemplo la permanencia del producto cosmético en la piel.
En el caso de las emulsiones O/W/O las regiones viscoelásticas más largas corresponden a los
experimentos 2 y 6 (Figuras 40 y 41), y esta tendencia se observa tanto en las muestras que
fueron mantenidas a T=25°C como las que se ingresaron a la cámara de temperatura controlada a
T=40°C. Así las cosas según los resultados obtenidos los sistemas emulsificantes que permitirían
obtener regiones viscoelásticas más largas en el caso de las emulsiones O/W/O son:
Emulsión múltiple O/W/O - Experimento 2: Estearet-21 al 6.5%p/p, Estearet-2 al 5.8%
p/p y Cithrol DPHS al 0.3% p/p
Emulsión múltiple O/W/O - Experimento 6: Estearet-21 al 2 %p/p, Estearet-2 al 4% p/p y
Cithrol DPHS al 0.3% p/p
Figura 40. Módulo Elástico (G’) vs. Deformación (*) para las muestras mantenidas en estabilidad en condiciones
ambientales, T=25°C, para los experimentos correspondientes a las emulsiones múltiples O/W/O
61
a. b.
c. d.
e. f.
62
Figura 41. Módulo Elástico G’ (Pa) vs. Deformación * (%) a T=25°C y T=40°C para experimentos
correspondientes a las emulsiones múltiples O/W/O: a. Experimento 1, b. Experimento 2, c. Experimento 3, d.
Experimento 4, e. Experimento 5, f. Experimento 6, g. Experimento 7, g. Experimento 8, g. Experimento 9
En el caso de las emulsiones W/O/W las regiones viscoelásticas más largas corresponden a los
experimentos 3 y 4 (Figuras 42 y 43), y esta tendencia se observa tanto en las muestras que
fueron mantenidas a T=25°C como las que se ingresaron a la cámara de temperatura controlada a
T=40°C. Así las cosas según los resultados obtenidos los sistemas emulsificantes que permitirían
obtener regiones viscoelásticas más largas en el caso de las emulsiones W/O/W son:
Emulsión múltiple W/O/W - Experimento 3: Cithrol DPHS al 1% p/p, PEMULEN TR-1
al 15% p/p, Silsense DW-18 al 1.5% p/p y Novemer EC-1 Polymer al 1.5% p/p
Emulsión múltiple W/O/W - Experimento 4: Cithrol DPHS al 1.5% p/p, PEMULEN TR-
1 al 5% p/p, Silsense DW-18 al 1% p/p y Novemer EC-1 Polymer al 1.5% p/p
i.
g. h.
63
Figura 42. Módulo Elástico (G’) vs. Deformación (*) para las muestras mantenidas en estabilidad en condiciones
ambientales, T=25°C, para los experimentos correspondientes a las emulsiones múltiples W/O/W
a. b.
c. d.
64
Figura 43. Módulo Elástico G’ (Pa) vs. Deformación * (%) a T=25°C y T=40°C para experimentos
correspondientes a las emulsiones múltiples W/O/W: a. Experimento 1, b. Experimento 2, c. Experimento 3, d.
Experimento 4, e. Experimento 5, f. Experimento 6, g. Experimento 7, h. Experimento 8, i. Experimento 9
En general para los tipos de emulsiones, se encontró que el módulo elástico disminuye cuando se
somete la muestra a condiciones de estabilidad acelerada de T=40°C. Esto indica que se están
expulsando algunas gotas de agua de la emulsión primaria hacia el medio continuo, lo que
provoca una reducción de la fracción volumétrica de la emulsión múltiple y por ende una
disminución en la estabilidad del sistema [13].
e. f.
g. h.
i.
65
Energía Cohesiva
Otro parámetro que es importante revisar es la energía cohesiva que permite conocer la fuerza
elástica del sistema que puede ser traducida como la fuerza de la estructura interna del sistema,
así entre más grande sea la energía cohesiva más estable será el sistema [80].
Se encontró que para las emulsiones múltiples O/W/O (Figura 44) los sistemas emulsificantes
que permiten obtener valores más altos de Ec y por lo tanto, según este parámetro, serían más
estables, corresponden a los experimentos 2 (Sistema Emulsificante: Estearet-21 al 6.5% p/p,
Estearet-2 al 3% p/p y Cithrol DPHS al 0.5% p/p) y 7 (Sistema Emulsificante: Estearet-21 al 3%
p/p, Estearet-2 al 2.8% p/p y Cithrol DPHS al 1% p/p), con respecto a las emulsiones W/O/W se
obtuvieron los mayores valores de Ec para los experimentos 6 (Sistema Emulsificante: Cithrol
DPHS al 1.5% p/p, PEMULEN TR-1 al 15% p/p, Silsense DW-18 al 0.5% p/p y Novemer EC-1
Polymer al 1% p/p) y 9 (Sistema Emulsificante: Cithrol DPHS al 2% p/p, PEMULEN TR-1 al
15% p/p, Silsense DW-18 al 1% p/p y Novemer EC-1 Polymer al 0.5% p/p).
El parámetro Ec también se puede relacionar con la separación de las emulsiones por
coalescencia debido a que está relacionada con la estructura del sistema que a su vez depende del
número de puntos de contacto entre las gotas [10], por lo tanto un incremento significativo de
este parámetro para las muestras ingresadas a estabilidad acelerada a T=40°C y las mantenidas a
temperatura ambiente, T=25°C, puede ser un indicativo de inestabilidad por coalescencia. Esto se
observó en los experimentos 2 y 3 para las emulsiones múltiples W/O/W (Tabla 17), en el caso
de las emulsiones múltiples O/W/O (Tabla 16) se observó en la mayoría de experimentos,
excepto en los experimentos 2, 5 y 7.
Figura 44. (Izq.) Energía de cohesión (Ec) y (Der.) Deformación Crítica (cr) para las muestras correspondientes a
las emulsiones O/W/O que fueron sometidas a pruebas de estabilidad a diferentes condiciones de temperatura
T=25°C (Ambiente) y T=40°C (Acelerada) por un mes.
66
Figura 45. (Izq.) Energía de cohesión (Ec) y (Der.) Deformación Crítica (cr) para las muestras correspondientes a
las emulsiones W/O/W que fueron sometidas a pruebas de estabilidad a diferentes condiciones de temperatura
T=25°C (Ambiente) y T=40°C (Acelerada) por un mes.
Influencia del tipo y la concentración de los emulsificantes en el desempeño de las
emulsiones múltiples
Los diseños de Taguchi se utilizan para el diseño de parámetros robustos, en el cual la meta
principal es encontrar configuraciones de factores que minimicen la variación de la respuesta y, al
mismo tiempo, ajusten o mantengan el proceso dentro del objetivo [67].
Para analizar el efecto de la concentración de los emulsificantes sobre las variables de respuesta
que permiten caracterizar la estabilidad de las emulsiones: tamaño de gota promedio, Viscosidad
corte cero, Energía cohesiva y Módulo elástico (en punto de deformación crítica) se realizó el
análisis del Diseño de Experimentos de Taguchi y un análisis de varianza (ANOVA) con α = 0,05
utilizando el Software MINTAB 16, los resultados detallados se encuentran en el ANEXO 5.
Para las emulsiones O/W/O se encontró a partir del Análisis de Varianza (ANOVA) que ningún
factor es estadísticamente significativo ya que no se obtuvieron valores del parámetro valor p
menores a 0.05 (Nivel de confianza= 95) en ninguno de los casos, por otro lado a partir de los
valores de R2
y R2 (ajustado) se puede determinar que el modelo ortogonal L9 (3**3) no se ajusta
de manera adecuada a los datos.
La Gráfica de Efectos principales, Figura 46, permite comparar las pendientes de las líneas para
así comparar la magnitud relativa de los efectos del factor. Así las cosas, se observa que el nivel 1
(6.5%p/p) del factor A (Estearet-21) tiene el mayor efecto sobre las variables de respuesta. Este
es un hallazgo importante ya que confirma la importancia del uso del HLB requerido para
calcular las concentraciones de los emulsificantes no-iónicos que permitan formular emulsiones
estables. Esta gráfica también permite identificar las concentraciones de emulsificantes que están
afectando de forma principal la estabilidad de las emulsiones por medio de las variables de
respuesta relacionadas con esta característica. Así las cosas, para las emulsiones O/W/O se puede
observar que cómo los diferentes niveles de cada factor afectan las variables de respuesta. Para el
67
caso de las emulsiones O/W/O se encontró que los efectos principales son los siguientes: Factor
A nivel 1 (Estearet-21 al 6.5% p/p), factor B nivel 2 (Estearet-2 al 3% p/p) y factor 3 niveles 1 y
2 (Cithrol DPHS al 0.3% p/p y 0.5% p/p), lo cual quiere decir que el sistema emulsificante
correspondiente al experimento 2 permite maximizar las variables de respuesta, y por ende
obtener emulsiones múltiples más estables.
321
1
0
-1
-2
321
321
1
0
-1
-2
A
Me
dia
de
Re
lacio
ne
s S
N
B
C
Gráfica de efectos principales para Relaciones SNMedias de datos
Señal a ruido: Nominal es lo mejor (10*Log10(Ybar**2/s**2))
Figura 46. Gráfica de Efectos principales para los experimentos correspondientes a las emulsiones múltiples O/W/O
Para el caso de las emulsiones W/O/W se encontró que el modelo ortogonal L9 (3**4) no se
ajusta de manera adecuada a los datos y no se puede llevar a cabo el análisis de varianza, sin
embargo sí permite identificar los factores principales que afectan las variables de respuesta,
según la gráfica de efectos principales (Figura 47) se puede observar que los niveles de los
factores que afectan las variables de respuestas que caracterizan la estabilidad de las fórmulas
son: Factor A nivel 3 (Cithrol DPHS al 2% p/p), factor B nivel 2 (PEMULEN TR-1 al 10% p/p)
y factor 3 nivel 1 (Silsense DW- 18 Silicone al 0.5% p/p) y Factor 4 nivel 3 (NOVEMER EC-1
POLYMER al 1.5% p/p), lo cual quiere decir que el sistema emulsificante correspondiente al
experimento 8 permite maximizar las variables de respuesta y por ende obtener emulsiones
múltiples más estables.
68
321
-3.5
-4.0
-4.5
-5.0
-5.5
321
321
-3.5
-4.0
-4.5
-5.0
-5.5
321
A
Me
dia
de
Re
lacio
ne
s S
N
B
C D
Gráfica de efectos principales para Relaciones SNMedias de datos
Señal a ruido: Nominal es lo mejor (10*Log10(Ybar**2/s**2))
Figura 47. Gráfica de Efectos principales para los experimentos correspondientes a las emulsiones múltiples W/O/W
Los resultados obtenidos por medio de los experimentos realizados permiten establecer rangos de
operación óptimos de concentración de los emulsificantes. De esta forma se pueden identificar
cuáles sistemas emulsificantes llevarán a obtener variables de respuesta que permitan obtener
emulsiones múltiples más estables y trabajar en estos rangos para asegurar la calidad de los
productos. Por ejemplo, para obtener un menor tamaño de gota se pueden tomar como base las
emulsiones múltiples O/W/O - Experimento 9 y W/O/W - Experimento 5, si se quieren obtener
regiones viscoelásticas más largas se pueden tomar como base de trabajo las emulsiones
múltiples O/W/O - Experimento 2 y W/O/W - Experimento 3, en la tabla 18 se hace un resumen
de cuáles experimentos permiten un mejor desempeño de los diferentes parámetros que permiten
analizar la estabilidad de los sistemas. De igual se puede establecer rangos de concentraciones de
emulsificantes que permitan identificar las menores concentraciones de emulsificantes con las
que se logran obtener emulsiones estables y con características deseables, para así tener una
optimización de los costos de las fórmulas.
PARÁMETRO CRITERIO RESULTADO
O/W/O W/O/W
TAMAÑO DE GOTA MENOR TAMAÑO DE GOTA EXPERIMENTO 9 EXPERIMENTO 5
VISCOSIDAD CORTE CERO (H0) ALTAS VISCOSIDADES EXPERIMENTO 5 EXPERIMENTO 6
EXPERIMENTO 3 EXPERIMENTO 5 EXPERIMENTO 7
REGIÓN VISCOELÁSTICA LINEAL
REGIONES VISCOELÁSTICAS LINEALES LARGAS
EXPERIMENTO 2 EXPERIMENTO 6
EXPERIMENTO 3 EXPERIMENTO 4
ENERGÍA COHESIVA ENERGÍA COHESIVA GRANDE EXPERIMENTO 2 EXPERIMENTO 7
EXPERIMENTO 6 EXPERIMENTO 9
ANÁLISIS TAGUCHI FACTORES Y NIVELES QUE MAXIMIZAN LAS VARIABLES DE RESPUESTA
EXPERIMENTO 2 EXPERIMENTO 8
Tabla 18. Resumen de los Experimentos que permiten obtener mejores variables de respuesta
69
Evaluación Sensorial – Perfil Sensorial
Emulsión O/W/O Fórmula 2 vs. Emulsión O/W
Según los resultados obtenidos de la evaluación de los atributos antes de la aplicación (Figura 48)
se puede concluir con un nivel de confianza del 95%, que la emulsión múltiple O/W/O Fórmula 2
presenta menor brillo, mayor pegajosidad y mayor formación de picos que la emulsión O/W
siendo las diferencias estadísticamente significativas.
Figura 48. Atributos evaluados antes de la aplicación (Emulsión O/W/O- Fórmula 2 vs O/W- Patrón): Brillo,
Formación de Picos y Pegajosidad
Con respecto a los atributos evaluados durante la aplicación (Figura 49) se puede concluir con un
nivel de confianza del 95%, que la emulsión múltiple O/W/O Fórmula 2 presenta mayor grosor,
menor humedad, menor dispersabilidad y requiere menor número de frotaciones para ser
absorbida que la emulsión O/W siendo las diferencias estadísticamente significativas.
Figura 49. Atributos evaluados durante de la aplicación (Emulsión O/W/O- Fórmula 2 vs O/W- Patrón): (Izq.)
Atributos: Grosor de la muestra, Dispersabilidad, humedad (Der.) Absorción
Para los atributos evaluados después de la aplicación (Figura 50), se puede concluir con un nivel
de confianza del 95%, que las muestras emulsión múltiple O/W/O Fórmula 2 y la emulsión O/W
no presentan diferencias estadísticamente significativas entre sí.
70
Figura 50. Atributos evaluados después de la aplicación (Emulsión O/W/O- Fórmula 2 vs O/W- Patrón): (Izq.)
Brillo, Resbalosidad, Suavidad, Humedad (Der.) Pegajosidad, Residuo Ceroso, Cantidad de Residuo, Residuo
Grasoso, Residuo Aceitoso
Emulsión W/O/W Fórmula 6 vs. Emulsión W/O
Según los resultados obtenidos para los atributos antes de la aplicación (Figura 51) se puede
concluir con un nivel de confianza del 95%, que la Emulsión múltiple W/O/W Fórmula 6
presenta menor brillo, mayor pegajosidad y mayor formación de picos que la muestra emulsión
W/O siendo las diferencias estadísticamente significativas.
Figura 51. Atributos evaluados antes de la aplicación (Emulsión W/O/W- Fórmula 6 vs W/O- Patrón): Brillo,
Formación de Picos y Pegajosidad
A partir de los atributos evaluados durante la aplicación (Figura 52) se puede concluir con un
nivel de confianza del 95% que la muestra emulsión múltiple W/O/W Fórmula 6 presenta menor
dispersabilidad y requiere menor número de frotaciones para ser absorbida que la muestra
emulsión W/O siendo las diferencias estadísticamente significativas. Para los atributos grosor de
muestra y humedad evaluadas durante la aplicación, no existen diferencias estadísticamente
significativas entre las muestras.
71
Figura 52. Atributos evaluados durante de la aplicación (Emulsión W/O/W- Fórmula 6 vs W/O- Patrón): (Izq.)
Grosor de la muestra, Dispersabilidad, humedad (Der.) Absorción
Respecto a los atributos evaluados después de la aplicación (Figura 53), se puede concluir con un
nivel de confianza del 95%, que la emulsión múltiple W/O/W Fórmula 6 presenta menor brillo,
menor suavidad, menor resbalosidad, menor cantidad de residuo y menor residuo aceitoso que la
muestra emulsión W/O siendo las diferencias estadísticamente significativas. Para los demás
atributos evaluados después de la aplicación, no existen diferencias estadísticamente
significativas entre las muestras.
Figura 53. Atributos evaluados después de la aplicación (Emulsión W/O/W- Fórmula 6 vs W/O- Patrón): (Izq.)
Brillo, Resbalosidad, Suavidad, Humedad (Der.) Pegajosidad, Residuo Ceroso, Cantidad de Residuo, Residuo
Grasoso, Residuo Aceitoso
Los resultados de las pruebas sensoriales mostraron que las emulsiones múltiples evaluadas
tienen un desempeño sensorial similar al de las emulsiones simples; el desempeño de estas
emulsiones con respecto a algunos parámetros evaluados como rapidez de absorción, formación
de picos entre otros permiten que sean usados en diferentes aplicaciones de la industria cosmética
según el uso que se le quiera dar al producto por ejemplo para un producto corporal de uso diario
es deseable que el producto se absorba rápido.
72
En el caso de las emulsiones O/W/O se evidenciaron comportamientos propios de su naturaleza
múltiple, debido a la existencia de una fase externa oleosa, como mayor grosor y menor
humedad.
Para el caso de la emulsión múltiple W/O/W se observaron más diferencias de percepción con
respecto a las emulsiones simples que para las emulsiones O/W/O, en este resultado se
encuentran algunas ventajas encontró que se perciben con menor cantidad de residuo y menor
residuo aceitoso que la emulsión simple W/O, lo cual es deseable para productos faciales, por
ejemplo. Por otro lado en el caso de las emulsiones W/O/W existen algunos atributos que pueden
ser optimizados para mejorar el desempeño del producto como la dispersabilidad y el brillo, para
tal fin se puede aumentar la concentración de algún emoliente como por el ejemplo Dicaprilil
Carbonato o alguna silicona, de preferencia volátil [78][79].
Evaluación Sensorial - Sustantividad
En las pruebas se permanencia de la fragancia en la piel se observó que hay una percepción de
mayor sustantividad de la fragancia en la piel en el caso de la emulsión múltiple W/O/W en
comparación con la emulsión simple, lo cual indica que hay una encapsulación de la fragancia en
la fase más interna (oleosa) de la emulsión, lo cual permite que la fragancia se libere de forma
sostenida y controlada, Figura 54. También se realizó una prueba utilizando una concentración
menor de fragancia en la emulsión múltiple W/O/W (0.8 % p/p) que en la emulsión simple W/O
(1% w/w), Figura 55, esto indica que la característica de encapsulación propia de las emulsiones
múltiples permite utilizar concentraciones más bajas de activos, en el caso evaluado de fragancia,
obteniendo mayor o igual eficacia que cuando son incluidos en emulsiones simples.
Figura 54. Perfil de Intensidad de la Fragancia en la Piel: Emulsión múltiple W/O/W con fragancia al 1% p/p vs.
Emulsión Simple W/O con fragancia al 1% p/p
73
Figura 55. Perfil de Intensidad de la Fragancia en la Piel: Emulsión múltiple W/O/W con fragancia al 0.8% p/p vs.
Emulsión Simple W/O con fragancia al 1% p/p
Pruebas de Eficacia - Determinación de Nivel de Humectación
De acuerdo a la metodología de evaluación de humectación por capacitancia, y al análisis
estadístico de los datos con un 95% de confianza, se puede observar lo siguiente:
Hay una diferencia significativa en los niveles de humectación de la piel de las
pantorrillas, a las 24 horas luego de la aplicación del producto en la muestra de la
población evaluada al comparar los productos EMULSIÓN O/W-2 (Patrón) vs.
EMULSIÓN O/W/O Fórmula 2, a favor de la formula EMULSIÓN O/W/O Fórmula 2.
Figura 56. Evaluación de humectación hasta 24horas: (Izq.) Para Emulsión O/W (Patrón) y (Der.) Para Emulsión
O/W/O
74
EMULSIÓN
W/O/W
EMULSIÓN W/O
(PATRÓN)
TIEMPOS DE CONTROL
CASOS POSITIVOS
(%)
PROMEDIO DE MEJORA
(% )
CASOS POSITIVOS
(%)
PROMEDIO DE MEJORA
(% )
30 MINUTOS 100 118,14 100 108,26
4 HORAS 91 81,94 91 57,45
24 HORAS 90 32,74
NO HAY DIFERENCIAS SIGNIFICATIVAS CON
RESPECTO AL CONTROL BASAL
NO HAY DIFERENCIAS SIGNIFICATIVAS CON
RESPECTO AL CONTROL BASAL
Tabla 19. Resultados de la prueba de humectación de las emulsiones múltiples O/W/O vs emulsiones simples O/W
Hay una diferencia significativa en los niveles de humectación de la piel de las
pantorrillas, a los 30 minutos y 4 horas luego de la aplicación del producto en la muestra
de la población evaluada al comparar los productos EMULSIÓN W/O/W Fórmula 6 vs.
EMULSIÓN W/O-2 (Patrón), a favor de la fórmula EMULSIÓN W/O/W Fórmula 6.
Hay una diferencia significativa en los niveles de humectación de la piel de las
pantorrillas, a los 30 minutos y 24 horas luego de la aplicación del producto en la muestra
de la población evaluada al comparar los productos EMULSIÓN W/O/W Fórmula 6 vs.
EMULSIÓN O/W/O Fórmula 2, a favor de la formula EMULSIÓN O/W/O Fórmula 2.
Figura 57. Evaluación de humectación hasta 24horas: (Izq.) Para Emulsión W/O (Patrón) y (Der.) Para Emulsión
W/O/W
75
EMULSIÓN
W/O/W
EMULSIÓN W/O
(PATRÓN)
TIEMPOS DE CONTROL
CASOS POSITIVOS
(%)
PROMEDIO DE MEJORA
(% )
CASOS POSITIVOS
(%)
PROMEDIO DE MEJORA
(% )
30 MINUTOS 82 50,76 100 46,42
4 HORAS 100 83,32 88 26,98
24 HORAS 86 13,99 80 6,59
Tabla 20. Resultados de la prueba de humectación de las emulsiones múltiples O/W/W vs emulsiones simples O/W
A partir de estos resultados se puede observar que las emulsiones múltiples proveen humectación
superior a la provista por las emulsiones simples lo cual confirma que la liberación de activos se
realiza de manera controlada lo cual hace que sean más efectivas por más tiempo, así las cosas
estas formulaciones podrían ser usadas para lociones o cremas corporales para piel extra seca.
También se encontró que la emulsión múltiple O/W/O es más humectante que la emulsión
múltiple W/O/W, esto se debe a que la emulsión O/W/O Fórmula 2 contiene el sistema
emulsificante Estearet-21 + Estearet-2 que permite la formación de cristales líquidos. Estas fases
líquidas cristalinas contienen capas de agua hinchadas, esta agua está menos propensa a la
evaporación inmediata cuando el producto es aplicado en la piel por lo tanto la provee de
humectación hasta por largos periodos de tiempo.
76
CONCLUSIONES
En general, según los resultados obtenidos, se puede concluir que las emulsiones
múltiples W/O/W propuestas tienden a presentar un comportamiento más estables que las
emulsiones múltiples O/W/O.
Este estudio permitió encontrar sistemas emulsificantes adecuados para formular
emulsiones múltiples estables que mantienen su carácter múltiple en el tiempo, se fabrican
en procesos de una sola etapa y son aplicables en la industria cosmética. Los resultados
obtenidos por medio de los experimentos realizados permiten establecer rangos de
operación óptimos de concentración de los sistemas emulsificantes, en los cuáles se
pueden obtener emulsiones estables y con características deseables, por ejemplo menor
tamaño de gota y regiones viscoelásticas lineales más largas. Esto es importante ya que el
desempeño sensorial y de estabilidad del producto final está altamente ligado a algunos
parámetros que lo caracterizan, para el caso de estas emulsiones múltiples el tamaño de la
gota múltiple y el módulo elástico y las viscosidad son determinantes.
Si bien el diseño experimental de Taguchi, permitió identificar los niveles en los cuales
los factores afectaban los sistemas, no permitió establecer como los factores interactuaban
entre ellos y tampoco permitió observar como cada factor afectaba de forma individual
cada una de las variables de respuesta, esto se debe a que el arreglo ortogonal L9, no se
ajustó de forma adecuada a los datos. Así las cosas, se sugiere utilizar el diseño
experimental de Taguchi pero con un arreglo ortogonal L27 o un diseño experimental
factorial fraccionado.
Al tener claro como algunas propiedades reológicas se relacionan con algunos tipos de
separación de las emulsiones como coalescencia, floculación y cremación, éstas permiten
identificar rápidamente cómo se comportará el sistema en el tiempo y así el diseño y
desarrollo de productos podría tomar menos tiempo, ya que hasta el momento la
determinación de la estabilidad solo se valida a través de estudios de temperatura
controlada que puede hasta durar 6 meses.
Finalmente se puede afirmar que el uso de emulsiones múltiples tiene un gran potencial
para ser utilizado en la industria cosmética, ya que provee formulaciones estables con
características sensoriales similares a las formulaciones existentes en la industria
cosmética. Los resultados de las pruebas de humectación y de liberación controlada de
activos indican que esta tecnología se puede utilizar para encapsular activos de igual
forma que lo hacen otros sistemas como los liposomas y tener fórmulas de alto
performance con bajos costos.
77
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IFSCC, Osaka, Japan, 2006
[67] Minitab 16 Help Module, MINITAB
[68] Croda’s Guide to emulsifier selection- The HLB System, CRODA INC, 2008.
[69] Technical data sheet SilSense
DW-18 Silicone, LUBRIZOL, 2005.
[70] Technical data sheet Novemer EC-1 Polymer, LUBRIZOL, 2009.
[71] Technical data sheet Introducing Pemulen Polymeric Emulsifiers, LUBRIZOL, 2002.
[72] Product Date Sheet CITHROL DHPS, CRODA INC., 2010
[73] Product Date Sheet Brij S-2 and Brij S721, CRODA INC., 2010
[74] Product Data Sheet Arlacel 2121, CRODA INC., 2009
[75] Product Data Sheet Arlacel 481, 986, 1689 & 1690, CRODA INC., 2009
[76] Product Data Sheet Versablex Range, CRODA INC., 2009
[77] Product Data Sheet ARLAMOL PS15E, CRODA INC., 2010
83
[78] Cosmetic Information CETIOL CC: The new benchmark for dry emollients, COGNIS
GmbH, 2001
[79] Product Information- Personal Care Dow Corning FZ-3196, DOW CORNING, 2010.
[80] Página Malvern: Optimizing Rheology to Increase Dispersion, Colloidal and Emulsion
Stability by Malvern Instruments, Disponible en
http://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=5543
84
ANEXO 1 - FÓRMULAS PRELIMINARES EMULSIONES MÚLTIPLES
NOMBRE COMERCIAL
FABRICANTE NOMBRE INCI %P/P
FÓRMULA 1
FÓRMULA 1.5
FÓRMULA 1. 6
ESTERPOL GP QUIMICA ESPECIALIZADA S.A.
ESTEARATO DE GLICERILO 1,8 1,8 1,8
TWEEN 60-(AP) (TWEEN 60) CRODA INC. POLISORBATO 60 0,75 0,75 0,75
CETIOL SB 45 COGNIS DEUTSCHLAND GMBH
MANTECA DE KARITÉ 7,3 4 4
NACOL 16-98 SASOL GERMANY GMBH ALCOHOL CETÍLICO 1,75 2 2
XIAMETER PMX-0244 CYCLOTETRASILOXANE
DOW CORNING CORPORATION
CICLOMETICONA 0,75 0,75 0,75
PANALANE H-300E LIPO CHEMICALS INC. POLIISOBUTENO HIDROGENADO 4 4 4
--- --- FRAGANCIA 0,5 0,5 0,5
ELESTAB 388 LAB SEROBIOLOGIQUES / COGNIS FRANCE, S.A.
PROPILENGLICOL, FENOXIETANOL, CLORFENESINA, METILPARABENO
0,8 0,8 0,8
SALIGIN MP SALICYLATES & CHEMICALS METILPARABENO 0,2 0,2 0,2
SALIGIL PP SALICYLATES & CHEMICALS PROPILPARABENO 0,1 0,1 0,1
GLYCERINE USP 99.5% MIN ACIDCHEM GLICERINA 7 7 7
NATROSOL HYDROXYETHYLCELLULOSE
HERCULES ASHLAND (AQUALON DIVISION)
HIDROXIETILCELULOSA 0,1 0,1 0,1
CARBOPOL 940 LUBRIZOL CARBOMER 0,2 0,2 0,2
--- --- AGUA 50,5 77,8 77,8
EMULSIÓN PRIMARIA 80 80 80
XIAMETER PMX 200 FLUID 10 CS
DOW CORNING CORPORATION
DIMETICONA 10 --- 10
DC FZ 3196 DOW CORNING CORPORATION
CAPRILIL METICONA --- 10 ---
KSG 210 SHINETSU
DIMETICONA (Y) CROSPOLÍMERO DE PEG 10-15 / DIMETICONA
--- --- 8
DC 9546 SILICONE ELASTOMER BLEND
DOW CORNING CORPORATION
CICLOPENTASILOXANO, CROSPOLIMERO DE DIMETICONA, DIMETICONA/CROSPOLIMERO DE VINIL DIMETICONA
8 8 ---
Tabla 21. Composición Detallada de las Emulsiones O/W/O- Grupo 1
85
NOMBRE COMERCIAL
FABRICANTE NOMBRE INCI %P/P
FÓRMULA 2
FÓRMULA 2.1
FÓRMULA 2.2
FÓRMULA 2.3
BRIJ S721 CRODA INC ESTEARETH- 21 2 2 2 2
BRIJ S2 CRODA INC ESTEARET- 2 3 3 3 3
CITHROL DPHS CRODA INC PEG-30 DIPOLIHIDROXIESTEARATO
0,5 0,5 0,5 0,5
ARLAMOL PS15E CRODA INC PPG-15 ESTEARIL ÉTER 5 5 5 5
PERMETHYL 101A LIPO COLOMBIA LTDA ISOHEXADECANO 4 --- --- 4
CETIOL CC COGNIS DICAPRILIL CARBONATO --- 4 --- ---
FLUIDET 411 B 33 JEECHEM CTG TRIGLICÉRIDO CAPRÍLICO/ CÁPRICO
--- --- 4 ---
LIPOCOL CS50 LIPO CHEMICALS INC. (GODREJ SOAPS LTD)
ALCOHOL CETEARÍLICO 1 1 1 1
LIPO STEARIC ACID LIPO CHEMICALS INC. ACIDO ESTEÁRICO 1,5 1,5 1,5 1,5
DC FZ 3196 DOW CORNING CORPORATION
CAPRILIL METICONA 1 1 1 1
ELESTAB 388 LAB SEROBIOLOGIQUES / COGNIS FRANCE, S.A.
PROPILENGLICOL, FENOXIETANOL, CLORFENESINA, METILPARABENO
0,8 0,8 0,8 0,8
SALIGIN MP SALICYLATES & CHEMICALS
METILPARABENO 0,2 0,2 0,2 0,2
SALIGIL PP SALICYLATES & CHEMICALS
PROPILPARABENO 0,1 0,1 0,1 0,1
D-PANTHENOL DSM NUTRITIONAL PRODUCTS
PANTENOL 0,75 0,75 0,75 0,75
1,2 PROPYLENE GLYCOL USP
DOW QUIMICA(BRASIL) PROPILENGLICOL 4 4 4 4
ALLANTOIN ISP TECHNOLOGIES INC. ALANTOINA 0,25 0,25 0,25 0,25
108486 UREA MERCK KGAA UREA 0,5 0,5 0,5 0,5
MICROPEARL M 305 SEPPIC CROSPOLÍMERO DE METILMETACRILATO
--- --- --- 0,6
--- --- AGUA 74,9 74,9 74,9 74,9
--- --- FRAGANCIA 0,5 0,5 0,5 0,5
Tabla 22. Composición Detallada de las Emulsiones O/W/O- Grupo 2
86
NOMBRE COMERCIAL
FABRICANTE NOMBRE INCI %P/P
FÓRMULA 5
FÓRMULA 5.1
FÓRMULA 5.2
FÓRMULA 5.3
FÓRMULA 5.4
CITHROL DPHS CRODA INC PEG-30 DIPOLIHIDROXIESTEARATO
2 --- --- 2 ---
ARLACEL 1689 CRODA INC
OLEATO DE SORBITAN, ACEITE DE CASTOR HIDROGENADO, CERA DE ALBA, ÁCIDO ESTEÁRICO
--- 2 --- --- ---
ARLACEL 481 CRODA INC OLEATO DE SORBITAN, POLIGLICERIL -3 POLIRICINOLEATO
--- --- 2 --- 2
PERMETHYL 101ª LIPO COLOMBIA LTDA ISOHEXADECANO 15 --- 15 --- ---
CETIOL CC COGNIS DICAPRILIL CARBONATO --- --- --- 15 15
FLUIDET 411 B 33 JEECHEM CTG TRIGLICÉRIDO CAPRÍLICO/CÁPRICO
7,5 7,5 7,5 7,5 7,5
ARLAMOL PS15E CRODA INC PPG-15 ESTEARIL ETER 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5
SALIGIN MP SALICYLATES & CHEMICALS
METILPARABENO 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
SALIGIL PP SALICYLATES & CHEMICALS
PROPILPARABENO 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
ELESTAB 388 LAB SEROBIOLOGIQUES / COGNIS FRANCE, S.A.
PROPILENGLICOL, FENOXIETANOL, CLORFENESINA, METILPARABENO
0,8 0,8 0,8 0,8 0,8
--- --- AGUA 66,9 66,9 66,9 66,9 66,9
EMULSIÓN PRIMARIA 50 50 50 50 50
ARLACEL 2121 CRODA INC ESTEARATO DE SORBITAN, COCOATO DE SUCROSA
5 5 5 5 5
--- --- AGUA 44,2 44,2 44,2 44,2 44,2
NATROSOL HYDROXYETHYLCELLULOSE
HERCULES ASHLAND (AQUALON DIVISION)
HIDROXIETILCELULOSA 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
SALIGIN MP SALICYLATES & CHEMICALS
METILPARABENO 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
SALIGIL PP SALICYLATES & CHEMICALS
PROPILPARABENO 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
Tabla 23. Composición Detallada de las Emulsiones W/O/W- Grupo 5
87
NOMBRE COMERCIAL
FABRICANTE NOMBRE INCI %P/P
FÓRMULA 6.1
FÓRMULA 6.2
FÓRMULA 6.3
FÓRMULA 6.4
CITHROL DPHS CRODA INC PEG-30 DIPOLIHIDROXIESTEARATO
--- --- 2 ---
ARLACEL 1689 CRODA INC
OLEATO DE SORBITAN, ACEITE DE CASTOR HIDROGENADO, CERA DE ALBA, ÁCIDO ESTEÁRICO
2 --- --- ---
ARLACEL 481 CRODA INC OLEATO DE SORBITAN, POLIGLICERIL -3 POLIRICINOLEATO
--- 2 --- 2
PERMETHYL 101ª LIPO COLOMBIA LTDA ISOHEXADECANO --- 15 --- ---
CETIOL CC COGNIS DICAPRILIL CARBONATO --- --- 15 15
FLUIDET 411 B 33 JEECHEM CTG TRIGLICÉRIDO CAPRÍLICO/CÁPRICO
7,5 7,5 7,5 7,5
ARLAMOL PS15E CRODA INC PPG-15 ESTEARIL ETER 7,5 7,5 7,5 7,5
SALIGIN MP SALICYLATES & CHEMICALS
METILPARABENO 0,2 0,2 0,2 0,2
SALIGIL PP SALICYLATES & CHEMICALS
PROPILPARABENO 0,1 0,1 0,1 0,1
ELESTAB 388 LAB SEROBIOLOGIQUES/COGNIS FRANCE, S.A.
PROPILENGLICOL, FENOXIETANOL, CLORFENESINA, METILPARABENO
0,8 0,8 0,8 0,8
--- --- AGUA 66,9 66,9 66,9 66,9
EMULSIÓN PRIMARIA 50 50 50 50
PEMULEN TR-1 POLYMER (2% AQ DISPERSION)
LUBRIZOL CROSPOLIMERO DE ACRILATOS/C10-30 ALQUIL ACRILATO
10 10 10 10
SILSENSE DW- 18 SILICONE
LUBRIZOL DIMETICONA PEG-07 ISOSTEARATO
0,5 0,5 0,5 0,5
--- --- AGUA 36,05 36,05 36,05 36,05
TRIETHANOLAMINE 99% DOW CHEMICAL (UNION CARBIDE)
TRIETANOLAMINA 0,15 0,15 0,15 0,15
GLYCERINE USP 99.5% MIN
ACIDCHEM GLICERINA 2 2 2 2
NOVEMER EC-1 POLYMER (27%)
LUBRIZOL
ACRILATOS/COPOLÍMERO DE ACRILAMIDA (Y) ACEITE MINERAL (Y) POLISORBATO 85
1 1 1 1
SALIGIN MP SALICYLATES & CHEMICALS
METILPARABENO 0,2 0,2 0,2 0,2
SALIGIL PP SALICYLATES & CHEMICALS
PROPILPARABENO 0,1 0,1 0,1 0,1
Tabla 24. Composición Detallada de las Emulsiones W/O/W- Grupo 6
88
ANEXO 2 - INFORMACIÓN DETALLADA DE LAS EMULSIONES MÚLTIIPLES BASE
CLASIFICACIÓN INCI DESCRIPCIÓN
EMULSIFICANTES
ESTEARET- 21 EMULSIFICANTE O/W HLB: 15.5 NO- IÓNICO
ESTEARET- 2 EMULSIFICANTE O/W HLB: 4.9 NO- IÓNICO
PEG- 30 DIPOLIHIDROXIESTEARATO EMULSIFICANTE W/O
FASE OLEOSA
PPG- 15 ESTEARIL ÉTER EMOLIENTE HLB: 7.5 POTENCIA FORMACIÓN DE OLEOSOMAS
CAPRILIL METICONA AGENTE DE TEXTURA
ALCOHOL CETEARÍLICO ALCOHOL GRASO VEGETAL ADITIVO REOLÓGICO
ÁCIDO ESTEÁRICO ACIDO GRASO VEGETAL ADITIVO BIOLÓGICO
DICAPRILIL CARBONATO EMOLIENTE AYUDA A MEJORAR LA DISPERSABILIDAD DEL PRODUCTO EN LA PIEL
FASE ACUOSA AGUA
GLICERINA AGENTE HUMECTANTE
OTROS
METILPARABENO
PRESERVANTES PROPILPARABENO
PROPILENGLICOL, FENOXIETANOL, CLORFENESINA, METILPARABENO
CROSPOLÍMERO DE METILMETACRILATO AGENTE MATIFICANTE
Tabla 25. Composición General de la Emulsión O/W/O- Fórmula 2
89
NOMBRE COMERCIAL NOMBRE INCI FÓRMULA 2.1
BRIJ S721 ESTEARET- 21 2,000
BRIJ S2 ESTEARET- 2 3,000
CITHROL DPHS PEG-30 DIPOLIHIDROXIESTEARATO 0,500
ARLAMOL PS15E PPG-15 ESTEARIL ETER 5,000
CETIOL CC DICAPRILIL CARBONATO 4,000
LIPOCOL CS50 ALCOHOL CETEARÍLICO 1,000
LIPO STEARIC ACID ACIDO ESTEÁRICO 1,500
DC FZ 3196 CAPRILIL METICONA 1,000
ELESTAB 388 PROPILENGLICOL, FENOXIETANOL, CLORFENESINA, METILPARABENO
0,800
SALIGIN MP METILPARABENO 0,200
SALIGIL PP PROPILPARABENO 0,100
MICROPEARL M 305 CROSPOLÍMERO DE METILMETACRILATO 0,600
--- AGUA 80,300
Tabla 26. Composición Detallada de la Emulsión O/W/O- Fórmula 2
90
CLASIFICACIÓN TIPO DE
EMULSIÓN INCI DESCRIPCIÓN
EMULSIFICANTES
EMULSIÓN PRIMARIA
PEG-30 DIPOLIHIDROXIESTEARATO EMULSIFICANTE W/O HLB: 5.5
EMULSIÓN SECUNDARIA
SISTEMA PSN
SISTEMA EMULSIFICANTE POLIMÉRICO COMPUESTO POR: - CROSPOLÍMERO DE ACRILATOS: EMULSIFICANTE POLIMÉRICO O/W, POLÍMERO DE ÁCIDO ACRÍLICO DE ALTO PESO MOLECULAR. TIENE UNA PEQUEÑA PORCIÓN LIPOFÍLICA Y UNA GRAN PORCIÓN HIDROFÍLICA. - DIMETICONA PEG-07 ISOESTEARATO: FORMADA A TRAVÉS DE LA ESTERIFICACIÓN DEL ÁCIDO ESTEÁRICO CON UN COPOLIOL DE DIMETICONA. ACTÚA COMO CO-EMULSIFICANTE Y EMOLIENTE. - ACRILATOS/COPOLÍMERO DE ACRILAMIDA (Y) ACEITE MINERAL (Y) POLISORBATO 85: POLÍMERO LÍQUIDO MULTIFUNCIONAL. DEBIDO A QUE ESTA LIGERAMENTE RETICULADO, ALTAMENTE RAMIFICADO Y POR CONTENER UN EMULSIFICANTE DE ALTO HLB PUEDE EMULSIFICAR O CO-EMULSIFICAR UNA GRAN CANTIDAD DE INGREDIENTES DE LA FASE OLEOSA.
FASE OLEOSA EMULSIÓN PRIMARIA
PPG-15 ESTEARIL ÉTER
EMOLIENTE HLB: 7.5 POTENCIA LA FORMACIÓN DE OLEOSOMAS EN PRESENCIA DE EMULSIFICANTES
DICAPRILIL CARBONATO EMOLIENTE QUE AYUDA A MEJORAR LA DISPERSABILIDAD DEL PRODUCTO EN LA PIEL.
TRIGLÍÍCÉRIDO CAPRÍLICO/CÁPRICO
EMOLIENTE QUE PROVEE A LA FORMULACIÓN UN MENOR RESIDUO GRASOSO.
FASE ACUOSA
EMULSIÓN PRIMARIA
AGUA FASE CONTINUA
EMULSIÓN SECUNDARIA
AGUA FASE CONTINUA
TRIETANOLAMINA AGENTE NEUTRALIZANTE DE LOS POLÍMEROS ACRÍLICOS
GLICERINA AGENTE HUMECTANTE
Tabla 27. Composición General de la Emulsión W/O/W- Fórmula 6
91
Tabla 28. Composición Detallada de la Emulsión W/O/W- Fórmula 6
NOMBRE COMERCIAL NOMBRE INCI FÓRMULA 6.3
(%W/W)
CITHROL DPHS PEG-30 DIPOLIHIDROXIESTEARATO 2
CETIOL CC DICAPRILIL CARBONATO 15
FLUIDET 411 B 33 TRIGLICÉRIDO CAPRÍLICO/CÁPRICO 7,5
ARLAMOL PS15E PPG-15 ESTEARIL ÉTER 7,5
SALIGIN MP METILPARABENO 0,2
SALIGIL PP PROPILPARABENO 0,1
ELESTAB 388 PROPILENGLICOL, FENOXIETANOL, CLORFENESINA, METILPARABENO
0,8
--- AGUA 66,9
EMULSIÓN PRIMARIA 50
PEMULEN TR-1 POLYMER (2% AQ DISPERSION)
CROSPOLÍMERO DE ACRILATOS/C10-30 ALQUIL ACRILATO
10
SILSENSE DW- 18 SILICONE DIMETICONA PEG-07 ISOSTEARATO 0,5
--- AGUA DESIONIZADA 38,05
TRIETHANOLAMINE 99% TRIETANOLAMINA 0,15
NOVEMER EC-1 POLYMER (27%)
ACRILATOS/COPOLÍMERO DE ACRILAMIDA (Y) ACEITE MINERAL (Y) POLISORBATO 85
1
SALIGIN MP METILPARABENO 0,2
SALIGIL PP PROPILPARABENO 0,1
92
ANEXO 3 - FÓRMULAS DISEÑO EXPERIMENTAL
Tabla 29. Composición Detallada para los experimentos correspondientes a las Emulsiones Múltiples O/W/O
NOMBRE COMERCIAL
PROVEEDOR NOMBRE INCI %P/P
Experimento 1
Experimento 2
Experimento 3
Experimento 4
Experimento 5
Experimento 6
Experimento 7
Experimento 8
Experimento 9
BRIJ S721 CRODA INC ESTEARET- 21 6,5 6,5 6,5 2 2 2 3 3 3
BRIJ S2 CRODA INC ESTEARET- 2 2,8 3 4 2,8 3 4 2,8 3 4
CITHROL DPHS CRODA INC PEG-30 DIPOLIHIDROXIESTEARATO
0,3 0,5 1 0,5 1 0,3 1 0,3 0,5
ARLAMOL PS15E CRODA INC PPG-15 ESTEARIL ETER 5 5 5 5 5 5 5 5 5
CETIOL CC COGNIS DICAPRILIL CARBONATO 4 4 4 4 4 4 4 4 4
LIPOCOL CS50 LIPO CHEMICALS INC. (GODREJ SOAPS LTD)
ALCOHOL CETEARÍLICO 1 1 1 1 1 1 1 1 1
LIPO STEARIC ACID LIPO CHEMICALS INC. ACIDO ESTEÁRICO 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5
DC FZ 3196 DOW CORNING CORPORATION
CAPRILIL METICONA 1 1 1 1 1 1 1 1 1
ELESTAB 388 LAB SEROBIOLOGIQUES/COGNIS FRANCE, S.A.
PROPILENGLICOL, FENOXIETANOL, CLORFENESINA, METILPARABENO
0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8
SALIGIN MP SALICYLATES & CHEMICALS
METILPARABENO 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
SALIGIL PP SALICYLATES & CHEMICALS
PROPILPARABENO 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
GLICERINA 4 4 4 4 4 4 4 4 4
MICROPEARL M 305 SEPPIC CROSPOLÍMERO DE METILMETACRILATO
0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6
--- --- AGUA 72,2 71,8 70,3 76,5 75,8 75,5 75 75,5 74,3
93
NOMBRE COMERCIAL
PROVEEDOR NOMBRE INCI %P/P
Experimento 1
Experimento 2
Experimento 3
Experimento 4
Experimento 5
Experimento 6
Experimento 7
Experimento 8
Experimento 9
CITHROL DPHS CRODA INC PEG-30 DIPOLIHIDROXIESTEARATO
1 1 1 2 2 2 1,5 1,5 1,5
CETIOL CC COGNIS DICAPRILIL CARBONATO 15 15 15 15 15 15 15 15 15
FLUIDET 411 B 33 JEECHEM CTG TRIGLICÉRIDO CAPRÍLICO/CÁPRICO
7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5
ARLAMOL PS15E CRODA INC PPG-15 ESTEARIL ETER 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5
SALIGIN MP SALICYLATES & CHEMICALS
METILPARABENO 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
SALIGIL PP SALICYLATES & CHEMICALS
PROPILPARABENO 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
ELESTAB 388 LAB SEROBIOLOGIQUES/COGNIS FRANCE, S.A.
PROPILENGLICOL, FENOXIETANOL, CLORFENESINA, METILPARABENO
0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8
--- --- AGUA 67,9 67,9 67,9 66,9 66,9 66,9 65,9 65,9 65,9
EMULSIÓN PRIMARIA 50 50 50 50 50 50 50 50 50
PEMULEN TR-1 POLYMER (2% AQ DISPERSION)
LUBRIZOL CROSPOLIMERO DE ACRILATOS/C10-30 ALQUIL ACRILATO
5 10 15 5 10 15 5 10 15
SILSENSE DW- 18 SILICONE
LUBRIZOL DIMETICONA PEG-07 ISOSTEARATO
0,5 1 1,5 1 1,5 0,5 1,5 0,5 1
--- --- AGUA 41,625 35,55 29,475 40,125 35,55 30,975 40,125 35,55 30,975
TRIETHANOLAMINE 99%
DOW CHEMICAL (UNION CARBIDE)
TRIETANOLAMINA 0,075 0,15 0,225 0,075 0,15 0,225 0,075 0,15 0,225
GLYCERINE USP 99.5% MIN
ACIDCHEM GLICERINA 2 2 2 2 2 2 2 2 2
NOVEMER EC-1 POLYMER (27%)
LUBRIZOL
ACRILATOS / COPOLÍMERO DE ACRILAMIDA (Y) ACEITE MINERAL (Y) POLISORBATO 85
0,5 1 1,5 1,5 0,5 1 1 1,5 0,5
SALIGIN MP SALICYLATES & CHEMICALS
METILPARABENO 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
SALIGIL PP SALICYLATES & CHEMICALS
PROPILPARABENO 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
Tabla 30. Composición Detallada para los experimentos correspondientes a las Emulsiones Múltiples W/O/W
94
ANEXO 4 - RESULTADOS PRUEBAS DE T PAREADA PARA LOS DATOS DE
TAMAÑOS DE GOTA
T pareada para OWO EXP.1 T=25°C - OWO EXP.1 T=40°C
Error
estándar
de la
N Media Desv.Est. media
OWO EXP.1 T=25°C 101 6.471 2.639 0.263
OWO EXP.1 T=40°C 101 6.744 3.977 0.396
Diferencia 101 -0.273 5.169 0.514
IC de 95% para la diferencia media:: (-1.293, 0.747)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = -0.53 Valor P = 0.597
T pareada para OWO EXP.2 T=25°C - OWOEXP.2T=40°C
Error
estándar
de la
N Media Desv.Est. media
OWO EXP.2 T=25°C 101 8.394 4.921 0.490
OWOEXP.2T=40°C 101 6.645 2.898 0.288
Diferencia 101 1.748 5.419 0.539
IC de 95% para la diferencia media:: (0.679, 2.818)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = 3.24 Valor P = 0.002
T pareada para OWO EXP.3 T=25°C - OWO EXP.3 T=40°C
Error
estándar
de la
N Media Desv.Est. media
OWO EXP.3 T=25°C 101 5.250 1.870 0.186
OWO EXP.3 T=40°C 101 5.114 2.273 0.226
Diferencia 101 0.135 2.691 0.268
IC de 95% para la diferencia media:: (-0.396, 0.667)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = 0.51 Valor P = 0.614
T pareada para OWO EXP. 4 T=25°C - OWO EXP.4 T=40°C
Error
estándar
de la
N Media Desv.Est. media
OWO EXP. 4 T=25°C 101 6.131 2.226 0.221
OWO EXP.4 T=40°C 101 8.923 6.463 0.643
Diferencia 101 -2.792 6.767 0.673
95
IC de 95% para la diferencia media:: (-4.128, -1.456)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = -4.15 Valor P = 0.000
T pareada para OWO EXP. 5 T=25°C - OWO EXP.5 T=40°C
Error
estándar
de la
N Media Desv.Est. media
OWO EXP. 5 T=25°C 101 5.218 1.704 0.170
OWO EXP.5 T=40°C 101 6.276 1.914 0.190
Diferencia 101 -1.058 2.538 0.253
IC de 95% para la diferencia media:: (-1.559, -0.557)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = -4.19 Valor P = 0.000
T pareada para OWOEXP.6 T=25°C - OWO EXP.6 T=40°C
Error
estándar
de la
N Media Desv.Est. media
OWOEXP.6 T=25°C 101 6.265 2.480 0.247
OWO EXP.6 T=40°C 101 6.290 2.746 0.273
Diferencia 101 -0.025 3.924 0.390
IC de 95% para la diferencia media:: (-0.799, 0.750)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = -0.06 Valor P = 0.950
T pareada para OWO EXP.7 T=25°C - OWO EXP.7 T=40°C
Error
estándar
de la
N Media Desv.Est. media
OWO EXP.7 T=25°C 101 4.876 1.627 0.162
OWO EXP.7 T=40°C 101 5.966 2.408 0.240
Diferencia 101 -1.090 3.028 0.301
IC de 95% para la diferencia media:: (-1.688, -0.493)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = -3.62 Valor P = 0.000
T pareada para OWO EXP.8 T=25°C - OWO EXP.8 T=40°C
Error
estándar
de la
N Media Desv.Est. media
OWO EXP.8 T=25°C 101 5.541 2.329 0.232
OWO EXP.8 T=40°C 101 5.533 2.245 0.223
Diferencia 101 0.007 3.212 0.320
IC de 95% para la diferencia media:: (-0.627, 0.642)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = 0.02 Valor P = 0.982
T pareada para OWO EXP.9 T=25°C - OWO EXP.9 T=40°C
96
Error
estándar
de la
N Media Desv.Est. media
OWO EXP.9 T=25°C 101 4.986 1.499 0.149
OWO EXP.9 T=40°C 101 4.943 1.616 0.161
Diferencia 101 0.043 2.223 0.221
IC de 95% para la diferencia media:: (-0.396, 0.482)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = 0.19 Valor P = 0.847
T pareada para WOW EXP.1 T=25°C - WOW EXP.1 T=40°C
Error
estándar
de la
N Media Desv.Est. media
WOW EXP.1 T=25°C 101 6.129 2.355 0.234
WOW EXP.1 T=40°C 101 8.695 2.392 0.238
Diferencia 101 -2.566 3.380 0.336
IC de 95% para la diferencia media:: (-3.233, -1.899)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = -7.63 Valor P = 0.000
T pareada para WOW EXP. 2 T=25°C - WOW EXP. 2 T=40°C
Error
estándar
de la
N Media Desv.Est. media
WOW EXP. 2 T=25°C 101 5.638 1.855 0.185
WOW EXP. 2 T=40°C 101 5.657 2.024 0.201
Diferencia 101 -0.020 2.749 0.273
IC de 95% para la diferencia media:: (-0.562, 0.523)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = -0.07 Valor P = 0.943
T pareada para WOW EXP. 3 T=25°C - WOW EXP.3 T=40°C
Error
estándar
de la
N Media Desv.Est. media
WOW EXP. 3 T=25°C 101 5.173 1.539 0.153
WOW EXP.3 T=40°C 101 3.847 0.767 0.076
Diferencia 101 1.326 1.653 0.164
IC de 95% para la diferencia media:: (0.999, 1.652)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = 8.06 Valor P = 0.000
T pareada para WOW EXP. 4 T=25°C - WOW EXP. 4 T=40°C
Error
estándar
97
de la
N Media Desv.Est. media
WOW EXP. 4 T=25°C 101 6.552 1.955 0.195
WOW EXP. 4 T=40°C 101 6.323 1.945 0.194
Diferencia 101 0.229 2.755 0.274
IC de 95% para la diferencia media:: (-0.315, 0.773)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = 0.84 Valor P = 0.405
T pareada para WOW EXP. 5 T=25°C - WOW EXP. 5 T=40°C
Error
estándar
de la
N Media Desv.Est. media
WOW EXP. 5 T=25°C 101 5.199 1.770 0.176
WOW EXP. 5 T=40°C 101 4.938 1.501 0.149
Diferencia 101 0.261 2.406 0.239
IC de 95% para la diferencia media:: (-0.214, 0.736)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = 1.09 Valor P = 0.279
T pareada para WOW EXP. 6 T=25°C - WOW EXP. 6 T=40°C
Error
estándar
de la
N Media Desv.Est. media
WOW EXP. 6 T=25°C 101 7.087 2.441 0.243
WOW EXP. 6 T=40°C 101 8.090 1.453 0.145
Diferencia 101 -1.002 2.955 0.294
IC de 95% para la diferencia media:: (-1.586, -0.419)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = -3.41 Valor P = 0.001
T pareada para WOW EXP. 7 T=25°C - WOW EXP. 7 T=40°C
Error
estándar
de la
N Media Desv.Est. media
WOW EXP. 7 T=25°C 101 4.352 0.932 0.093
WOW EXP. 7 T=40°C 101 8.554 1.188 0.118
Diferencia 101 -4.202 1.498 0.149
IC de 95% para la diferencia media:: (-4.497, -3.906)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = -28.20 Valor P =0.000
T pareada para WOW EXP. 8 T=25°C - WOW EXP. 8 T=40°C
Error
estándar
de la
N Media Desv.Est. media
WOW EXP. 8 T=25°C 101 7.065 1.367 0.136
WOW EXP. 8 T=40°C 101 6.357 1.500 0.149
98
Diferencia 101 0.708 2.026 0.202
IC de 95% para la diferencia media:: (0.308, 1.108)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = 3.51 Valor P = 0.001
T pareada para WOW EXP. 9 T=25°C - WOW EXP. 9 T=40°C
Error
estándar
de la
N Media Desv.Est. media
WOW EXP. 9 T=25°C 101 4.884 1.475 0.147
WOW EXP. 9 T=40°C 101 5.688 1.774 0.177
Diferencia 101 -0.804 2.216 0.220
IC de 95% para la diferencia media:: (-1.241, -0.367)
Prueba t de diferencia media = 0 (vs. no = 0): Valor T = -3.65 Valor P = 0.000
99
ANEXO 5 - ANÁLISIS DE DISEÑO EXPERIMENTAL DE TAGUCHI
Análisis del diseño Experimental de Taguchi para los factores y niveles correspondientes a
las emulsiones O/W/O
Coeficientes de modelos estimados para Relaciones SN
EE del
Término Coef coef. T P
Constante -0.17937 0.7799 -0.230 0.839
A 1 1.38375 1.1029 1.255 0.336
A 2 0.08520 1.1029 0.077 0.945
B 1 -0.98634 1.1029 -0.894 0.466
B 2 0.68936 1.1029 0.625 0.596
C 1 0.76599 1.1029 0.694 0.559
C 2 0.75062 1.1029 0.681 0.566
S = 2.340 R-cuad. = 71.3% R-cuad.(ajustado) = 0.0%
Análisis de varianza de Relaciones SN
Fuente GL SC Sec. SC Ajust. CM Ajust. F P
A 2 12.240 12.240 6.120 1.12 0.472
B 2 4.609 4.609 2.304 0.42 0.704
C 2 10.351 10.351 5.175 0.95 0.514
Error residual 2 10.948 10.948 5.474
Total 8 38.148
Análisis de modelo lineal: Medias vs. A, B, C Coeficientes de modelos estimados para Medias
EE del
Término Coef coef. T P
Constante 180.56 131.1 1.377 0.302
A 1 -89.91 185.4 -0.485 0.676
A 2 -96.10 185.4 -0.518 0.656
B 1 168.54 185.4 0.909 0.459
B 2 -61.56 185.4 -0.332 0.771
C 1 -125.66 185.4 -0.678 0.568
C 2 -56.75 185.4 -0.306 0.788
S = 393.3 R-cuad. = 58.9% R-cuad.(ajustado) = 0.0%
Análisis de varianza de Medias
Fuente GL SC Sec. SC Ajust. CM Ajust. F P
A 2 155760 155760 77880 0.50 0.665
B 2 130924 130924 65462 0.42 0.703
C 2 156857 156857 78428 0.51 0.664
Error residual 2 309424 309424 154712
Total 8 752965
100
Tabla de respuesta para relaciones de señal a ruido
Nominal es lo mejor (10*Log10(Ybar**2/s**2))
Nivel A B C
1 1.20438 -1.16571 0.58662
2 -0.09417 0.50999 0.57125
3 -1.64832 0.11761 -1.69597
Delta 2.85270 1.67570 2.28259
Clasificar 1 3 2
Tabla de respuesta para medias
Nivel A B C
1 90.64 349.10 54.90
2 84.46 118.99 123.80
3 366.57 73.58 362.97
Delta 282.11 275.52 308.07
Clasificar 2 3 1
Análisis de Varianza
Factor Tipo Niveles Valores
A fijo 3 1, 2, 3
B fijo 3 1, 2, 3
C fijo 3 1, 2, 3
Análisis de varianza para Tamaño de Gota Promedio, utilizando SC ajustada para
pruebas
Fuente GL SC Sec. SC Ajust. CM Ajust. F P
A 2 3.7054 3.7054 1.8527 2.21 0.311
B 2 1.1991 1.1991 0.5996 0.72 0.583
C 2 3.0548 3.0548 1.5274 1.82 0.354
Error 2 1.6746 1.6746 0.8373
Total 8 9.6339
S = 0.915053 R-cuad. = 82.62% R-cuad.(ajustado) = 30.47%
Análisis de varianza para Ec (Jm-3), utilizando SC ajustada para pruebas
Fuente GL SC Sec. SC Ajust. CM Ajust. F P
A 2 2814736 2814736 1407368 0.71 0.586
B 2 2748397 2748397 1374198 0.69 0.592
C 2 2823106 2823106 1411553 0.71 0.586
Error 2 3988510 3988510 1994255
Total 8 12374749
S = 1412.18 R-cuad. = 67.77% R-cuad.(ajustado) = 0.00%
Análisis de varianza para Módulo Elástico, utilizando SC ajustada para pruebas
SC CM
Fuente GL SC Sec. Ajust. Ajust. F P
101
A 2 3533 3533 1767 0.46 0.684
B 2 923 923 462 0.12 0.892
C 2 3113 3113 1556 0.41 0.711
Error 2 7649 7649 3824
Total 8 15218
S = 61.8410 R-cuad. = 49.74% R-cuad.(ajustado) = 0.00%
Análisis de varianza para Viscosidad de corte cero, utilizando SC ajustada para
pruebas
Fuente GL SC Sec. SC Ajust. CM Ajust. F P
A 2 13625 13625 6813 0.50 0.665
B 2 37165 37165 18582 1.37 0.422
C 2 18705 18705 9352 0.69 0.592
Error 2 27092 27092 13546
Total 8 96587
S = 116.387 R-cuad. = 71.95% R-cuad.(ajustado) = 0.00%
Análisis del diseño Experimental de Taguchi para los factores y niveles correspondientes a
las emulsiones W/O/W
Análisis de modelo lineal: Relaciones SN vs. A, B, C, D Coeficientes de modelos estimados para Relaciones SN
Término Coef
Constante -4.79140
A 1 -0.33453
A 2 -0.94915
B 1 -0.34672
B 2 1.22363
C 1 1.21659
C 2 -0.69083
D 1 -0.80938
D 2 -0.41003
S = *
Análisis de modelo lineal: Medias vs. A, B, C, D Coeficientes de modelos estimados para Medias
Término Coef
Constante 5799.64
A 1 -3478.55
A 2 3697.72
B 1 -2840.05
B 2 -1837.61
C 1 -1202.17
C 2 2273.52
D 1 2861.18
D 2 -355.95
102
S = *
Análisis de modelo lineal: Desvs.Est. vs. A, B, C, D Coeficientes de modelos estimados para Desvs.Est.
Término Coef
Constante 11177.3
A 1 -6970.7
A 2 7273.8
B 1 -5674.8
B 2 -3563.3
C 1 -2274.2
C 2 4411.1
D 1 5785.0
D 2 -783.1
S = *
Tabla de respuesta para relaciones de señal a ruido
Nominal es lo mejor (10*Log10(Ybar**2/s**2))
Nivel A B C D
1 -5.126 -5.138 -3.575 -5.601
2 -5.741 -3.568 -5.482 -5.201
3 -3.508 -5.668 -5.317 -3.572
Delta 2.233 2.101 1.907 2.029
Clasificar 1 2 4 3
Tabla de respuesta para medias
Nivel A B C D
1 2321 2960 4597 8661
2 9497 3962 8073 5444
3 5580 10477 4728 3294
Delta 7176 7518 3476 5366
Clasificar 2 1 4 3
Tabla de respuesta para deviaciones estándar
Nivel A B C D
1 4207 5503 8903 16962
2 18451 7614 15588 10394
3 10874 20415 9040 6176
Delta 14244 14913 6685 10787
Clasificar 2 1 4 3