2Influencia de la temperatura sobre el comportamiento reolgico de una dispersin

de Methocel F4M AL 1%Influence of the temperature on the Rheologic Behavior

of Methocel F4M 1% Dispersion

MNICA J BUONANNO R, DORIS ATTAS DE G y GISELA VILA DE A

Resumen

La industria cosmtica y farmacutica ha extendido la utilizacin de dispersiones polimricas debido a la adaptabi-lidad de las propiedades fsicas de estas formulaciones. Dentro de este grupo de dispersiones se encuentra un deri-vado polimrico de la celulosa, identificado como Methocel F4M, cuya propiedades viscosantes y reolgicas hansido objeto de evaluacin y discusin en este trabajo.

El estudio se realiz sobre una dispersin acuosa al 1%, utilizando un viscosmetro rotacional tipo LVT, evalundosevariaciones por los efectos de la temperatura y el tiempo, sobre los cambios reolgicos de la dispersin. Los resulta-dos muestran la presencia de un flujo pseudoplstico, y poca influencia del tiempo y la temperatura sobre la estruc-tura polimrica de la dispersin.

Palabras clave: Methocel, reologa, viscosidad.

Abstract

The pharmaceutical and cosmetic industry have expanded applications of polymeric dispersions, due their physicalproperties which allow characteristics adaptation of this formulations; among this polymeric group are cellulosederivatives as Methocel, which viscosity and rheology behavior are discussed in this work.

The study was made in 1% aqueous dispersion with rotational viscometer LVT type, assessing the effect of tempera-ture at time variations over the rheological properties of this dispersion. Results show pseudoplastic flow withoutthyxotropic and low influence of time and temperature over the polymeric structure of the dispersion.

Key Words: Methocel, Rheology, Viscosity

Introduccin

En el campo de la industria farmacutica, al igualque cosmtica, las aplicaciones de los polmeros es tdeterminada por sus propiedades y por ello pue denutilizarse como viscosantes, gelificantes, formadoresde pelculas, adhesivos, emulsificantes y suspen -sores (Buonanno y col., 2004). Estas propiedades,junto con la capacidad de biodegradacin que pre-sentan los hidrocoloides, los convierte en agentescon gran aceptacin en la formulacin de productoscosmticos y de cuidado personal (Ward, 2001). Va -rios tipos de derivados de celulosa, en especficoteres de celulosa como la hidroxipropilmetilcelulo-sa (HPMC), han sido muy utilizados en la elaboracin

de matrices de liberacin controlada por su compa-tibilidad con numerosos principios activos. Adi cio -nal mente, debido a que sta es acuosoluble, el aguapenetra en la matriz, el polmero se hidrata y ocurrencambios en la matriz como tal. Los cambios de diso-lucin del polmero desde la superficie de la matrizincluyen procesos distinguibles, como el desenmara-amiento de las molculas individuales de la super-ficie de la matriz, con dependencia de la velocidadde hidratacin (Daz y Garca, 2003).

Los recursos ms populares de liberacin contro-lada son las matrices elaboradas con HPMC, por sufa cilidad de elaboracin y su bajo costo. Sin embar-go, la formulacin de frmacos poco solubles en

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InfluencIa de la temperatura sobre el comportamIento reolgIco de una dIspersIn de methocel f4m al 1%

este tipo de matrices puede resultar en una libera-cin incompleta del principio activo, porque la solu-bilidad de la misma es limitada y, por ende, tambinlo es la velocidad de disolucin dentro de la matriz(Rao y col., 2001). Sobre esta base se han realizadoes tudios de las propiedades mecnicas de prepara-dos semislidos elaborados con un derivado celul-sico no inico, como es la hidroxipropilmetilcelulosay diferentes derivados de metacrilato de metilo (Eu -dragit), tanto inicos como no inicos (Daz y Gar -ca, 2003). En trminos generales, la caracterizacinreolgica de los materiales polimricos resulta im -portante para proveer informacin til tanto para laelaboracin de un producto, como su control de cali-dad, pues este tipo de variables no slo afectan laliberacin del principio activo desde su base, sinoque tambin afectan lo correspondiente a la acepta-cin del producto por el paciente, quien ser deter-minante en el xito de la formulacin. Razn depe so adicional por la cual, se deben realizar a losproductos de aplicacin tpica pruebas de compor-tamiento reolgico, adems de las correspondientespruebas de estabilidad en el tiempo (Bonacucina ycol., 2004).

Sobre la base de la importancia de la caracteriza-cin reolgica, la relacin que sta guarda con lascaracteristicas no slo fsicas, sino organolpticas,de las formulaciones y considerando la mayor aplica-bilidad que se est presentando en los productoscosmticos y farmacuticos de los derivados polim-ricos por sus caractersticas propias, se evalu underivado de celulosa conocido como Methocel F4Mpara establecer sus caractersticas fsicas de visco -sidad y comportamiento reolgico, de manera depo der ser aplicado en el desarrollo de futuras formu-laciones de uso tpico con estabilidad fsica y acep-tacin por el paciente.

METODOLOGA

Se utilizaron como componentes del sistema elMethocel F4M como agente en estudio, agua desio-nizada, Nipagin y Nipasol como antimicrobianos pa -ra preservar el sistema. Las muestras de Methocel

F4M cuya composicin qumica es la hidroxipropil-metilcelulosa, fueron suministradas por Colorcon.

Elaboracin de las muestras de Methocel

F4M al 1% en dispersin acuosa

Para la elaboracin de las dispersiones de Metho -cel F4M al 1% p/p en dispersin acuosa, se prepa-raron muestras de 1 Kg, preservadas con 0,18% demetilparabeno y 0,02% de propilparabeno. Para ello

se procedi a dispersar en el 70% del vehculo atem peratura ambiente, 10 g de Methocel F4M conagi tacin constante, utilizando un agitador digital,de propela. Se calent el 30% del vehculo restantea temperatura superior de 60 C para, posteriormen-te disolver, con agitacin, las correspondientes can-tidades de metil y propilparabeno. Una vez reducidala temperatura de la solucin de parabenos hastams o menos 60 C, se incorpor lentamente la dis-persin de Methocel F4M, con agitacin constante,utilizando un agitador digital de propela, hasta la dis-persin total. Finalmente se dej reposar la disper-sin con el fin de eliminar el aire incorporado por laagitacin.

Caracterizacin del comportamiento reolgico de las dispersiones acuosas de Methocel F4M

Una vez elaboradas las dispersiones acuosas deMethocel F4M se procedi a determinar su compor-tamiento reolgico (Schott, 2000). Para ello se utili-z un viscosmetro rotacional de aguja tipo LVTmar ca Cannon y la aguja N 3 seleccionada previa-mente (Fresno y col., 2001).

Se realizaron las lecturas a velocidades de 0.3,0.6, 1.5, 3, 6, 12, 30 rpm, en sentido creciente y de -creciente (Buonanno y col., 2004). Se repiti elproce dimiento tres veces para cada velocidad, repor-tndose el promedio de los valores (Ayannides,1999). Este procedimiento se aplic a las muestrassometidas a temperatura de T 25 C 2 C, T 45 C 2 C y T 10 C 2 C; utilizando una estufa marcaMemmert y una nevera marca Regina. Los valoresob tenidos fueron expresados en centipoises. Lasdeterminaciones se realizaron al tiempo 0, es decirluego de elaboradas, y al tiempo 1, 2, 7, 15, 30, 60 y90 das.

Result ados y discusin

En la figura 1 se representa el comportamientoreolgico de la dispersin acuosa de Methocel F4Mal 1% en tiempo 0 das a 25 C, es decir, inmediata-mente despus de preparada la dispersin. En el ejede las ordenadas se representa la viscosidad en tr-minos de centipoises (cps) y en el eje de las abscisasla velocidad de rotacin de la aguja seleccionada entrminos de revoluciones por minuto (RPM). En estafigura se observa que la dispersin presenta una dis-minucin de la viscosidad, a medida que se incre-menta la velocidad de rotacin de la aguja, lo cualimplica incremento en la fuerza de corte que se estaplicando a la dispersin. Este comportamiento es

4mnIca J buonanno r, dorIs attas de g y gIsela vIla de a

tpico de sistemas con flujo de tipo pseudoplstico;por lo que se podra pensar que la dispersin acuo-sa de Methocel al 1% presenta un comportamientoreolgico de este tipo. Adicionalmente se observa,para este caso, en el rango de viscosidad entre 2500y 1500 cps; reconocindose dos curvas, una en ve -lo cidad creciente, representada como viscosidaddescendente en lnea discontinua y otra en veloci-dad decreciente, viscosidad ascendente en lneacontinua. Ambas curvas se sobreponen a lo largo dela representacin, lo cual permite pensar que estadispersin acuosa elaborada al 1% de concentracinno presenta caracterstica de tixotropa.

En la figura 2 se representa el comportamientoreolgico de la dispersin de Methocel F4M al 1%en tiempo de 7 das, a diferentes temperaturas: am -biente 25 C 2 C, a 45 C 2 Cy 10 C 2C.Nue vamente, en el eje de las ordenadas se represen-ta la viscosidad en centipoises (cps) y en el eje de lasabscisas la velocidad de rotacin de la aguja selec-cionada en trminos de revoluciones por minuto(RPM). En la misma, se observa para el caso de ladispersin a T 25 C 2 C un rango de viscosidadentre 2336 cps y 1510 cps, valores bastante simila-res a los registrados en la figura 1 a esta misma tem-peratura. Con lo cual se infiere que la dispersinacuosa de Methocel al 1% al tiempo de 7 das, atemperatura 25 C2 C, mantiene su comporta-miento reolgico de tipo Pseudoplstico.

En cuanto a lo registrado para la dispersin so -metida a la T 45 C 2 C, se observa un rango de vis -cosidad entre 2000 cps y 1700 cps. En este caso sepresenta un leve incremento en los valores de visco-sidad con respecto a los encontrados en los tiemposanteriores. Esto podra atribuirse al de sen rollamientode la estructura polimrica en el sistema al mante-nerse sometida a esta temperatura (Hussain y Keary,

2002). Independientemente, se mantiene el com-portamiento de tipo pseudoplstico, al igual queocu rre para la T 25 C 2 C. Fi nal mente para estafigura, se observa el comportamiento de la disper-sin acuosa a temperatura de 10 C 2 C. En estecaso se registran valores de rango de viscosidadentre 6900 cps y 4200 estos valores que reflejan unleve incremento en el rango de viscosidad al compa-rarlos con los obtenidos para la temperatura de 25C 2 C. Sin embargo, no se generan modificacio-nes en el comportamiento reolgico del sistema deMethocel, por lo que se sigue identificando comoun sistema pseudoplstico, al igual que en los casosdescritos anteriormente. Comparando las tres zonasentre s, se evidencia que prevalece la diferenciaentre los tres sistemas a distintas temperaturas, locual pareciera indicar que existe una influenciaimportante de la temperatura sobre la viscosidad, almenos para este sistema analizado, con lo cual elincremento en la temperatura genera un descensoen el rango de viscosidad con respecto al presenta-do por el sistema a temperatura ambiente, mientrasque al analizar el efecto del descenso en la tempera-tura, se obtiene un incremento en el rango de visco-sidad; pero no se registra alteracin en el tipo decomportamiento reolgico.

Fig ura 1. Comport amiento reolg ico de la dispersin deMethocel al 1% a los 0 das.

Figura 2. Comportamiento reolg ico de la dispersin de Me - thocel al 1% a los 7 das, a diferentes temperaturas.

Figura 3. Comportamiento reolg ico de la dispersin de Me -thocel al 1% a los 30 das, a diferentes temperaturas.

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InfluencIa de la temperatura sobre el comportamIento reolgIco de una dIspersIn de methocel f4m al 1%

En la figura 3 se representa el comportamientoreolgico de la dispersin de Methocel F4M al 1%en tiempo de 30 das, a diferentes temperaturas: am -biente 25 C 2 C, a 45 C 2 C y 10C 2C. Enesta figura se observa, para el caso de la dispersin aT 25 C 2 C un rango de viscosidad entre 2306 cpsy 1513 cps, valores muy cercanos a los registradosen las figuras anteriores a esta misma temperatura,considerndose que la dispersin a 30 das mantienesu comportamiento reolgico de tipo pseu dopls -tico. En cuanto a lo registrado para la dispersin so -metida a la T 45 C 2 C, se observa un rango deviscosidad entre 2410 cps y 1600 cps, muy cercanosa los registrados para los tiempos de almacenamien-to anteriores. El comportamiento reolgico sigueregistrndose como pseudoplstico.

En lo correspondiente al comportamiento de ladispersin a temperatura de 10 C 2 C, se regis-tran valores en el rango de viscosidad entre 7910cps y 4250 cps y no se generan modificaciones en elcomportamiento reolgico del sistema de Metho cel

F4M, por lo que se sigue identificando como un sis-tema pseudoplstico.

Comparando las tres zonas entre s, se observaque persiste la diferencia entre los tres sistemas adistintas temperaturas, lo cual pareciera indicar queexiste una influencia importante de la temperaturasobre la viscosidad, al menos para este sistema ana-lizado, con lo cual el incremento en la temperaturagenera un descenso en el rango de viscosidad conrespecto al presentado por el sistema a temperaturaambiente, mientras que, al analizar el efecto del des-censo en la temperatura, se obtiene un incrementoen el rango de viscosidad; pero no se registra altera-cin en el tipo de comportamiento reolgico.

En la figura 4 est representado el comporta-miento reolgico de la dispersin de Methocel F4M

al 1% en tiempo 60 das a diferentes temperaturas:am biente 25 C 2 C, a 45 C 2 C y 10 C 2 C.Pa ra el caso de la dispersin a T 25 C 2 C el rangode viscosidad, est entre 2306 cps y 1513 cps, y serei tera el comportamiento reolgico de tipo pseudo-plstico. En la dispersin sometida a la T 45 C 2 Cse observa un rango de viscosidad entre 2010 cps y1600 cps, cercano a los encontrados para los casosanteriores; por lo cual podemos sealar que se man-tiene el comportamiento de tipo pseudoplstico, aligual que ocurre para la T 25 C 2 C. En lo corres-pondiente al comportamiento de la dispersin a tem-peratura de 10 C 2 C, tenemos un registro deva lores en el rango de viscosidad entre 7680 cps y4250 cps, sin modificaciones en el comportamientoreolgico del sistema de Methocel F4M, por lo quese sigue identificando como un sistema pseudoplsti-co. Al compararlas, observamos la persistencia de lavariacin por la influencia de la temperatura so bre laviscosidad, con lo cual el incremento en la tempera-tura genera un descenso en el rango de viscosidadcon respecto al presentado por el sistema a tempera-tura ambiente, mientras que al analizar el efecto deldescenso en la temperatura, se obtiene un incremen-to en el rango de viscosidad; pero no se registra alte-racin en el tipo de comportamiento reolgico.

En la figura 5 se representa el comportamientoreolgico de la dispersin de Methocel F4M al 1% entiempo 90 das, a diferentes temperaturas, am biente25 C 2 C, a 45 C2 C y 10 C 2 C. En la mismase observa que se reitera el comportamiento pseudo-plstico de la dispersin y los rangos de viscosidadregistrados se mantienen relativamente similares alos analizados en las figuras anteriores.

A continuacin se presentan las tablas que reco-pilan los valores absolutos de viscosidad registradosdurante el estudio del comportamiento reolgico delMethocel, a diferentes temperaturas.

Figura 4. Comportamiento reolg ico de la dispersin de Me -thocel al 1% a los 60 das, a diferentes temperaturas.

Figura 5. Comportamiento reolg ico de la dispersin de Me -thocel al 1% a los 90 das, a diferentes temperaturas.

6mnIca J buonanno r, dorIs attas de g y gIsela vIla de a

En la Tabla I se recopilan los valores de viscosi-dad registrados para la dispersin acuosa de Metho -cel F4M a diferentes tiempos, a la temperatura de25 C 2 C, para las diferentes velocidades de rota-cin de la aguja. De la misma se observa que los va -lores de viscosidad desde la t1 da hasta la t90 das,no presentan variaciones importantes que denotenmodificaciones en la viscosidad del sistema analiza-do, sino que ms bien se mantiene bastante establedurante el tiempo de estudio de la dispersin.

En la Tabla II se observan los resultados de valo-res de viscosidad para la dispersin acuosa deMethocel F4M al 1% en el tiempo a temperatura de45 C 2 C. Para este caso se puede inferir que exis-ten modificaciones de los valores en el tiempo, pueses notable que para t1 y t2 das, el mayor valor deviscosidad corresponde a 1506 cps, pero a partir delt7 das el valor de viscosidad registrado a 12 rpm esmayor y est por el orden de los 1990 cps, luego seregistra un nuevo incremento para el t15 das y deall en adelante la viscosidad permanece invariablehasta el t de 90 das.

Por lo que se puede concluir que la viscosidad de

la dispersin acuosa de Methocel F4M al 1% some-tida a temperatura de 45 C se incrementa en eltiempo de estudio aplicado.

En la Tabla III se recogen los resultados corres-pondientes a valores de viscosidad de la dispersinacuosa de Methocel F4M al 1% a temperatura de 10C2 C en el tiempo. En la misma se observa queesta variable presenta una tendencia a incrementar-se con el paso del tiempo, desde t1 da hasta t30das, siendo que para el primer caso la mxima vis-cosidad reportada es de 5396 cps y para el segundode 7916 cps; de all en adelante no se registranmodificaciones en los valores de viscosidad.

Con lo que se puede indicar que para la disper-sin en estudio, sometida a temperatura de 10 C 2 C, los valores de viscosidad se incrementan en eltiempo desde t1 a t30 das, hasta alcanzar valoresconstantes de viscosidad.

Conclusiones

La dispersin acuosa de Methocel F4M al 1%presenta un comportamiento reolgico de tipo pseu-doplstico sin tixotropa apreciable, el cual no se

Rpm. t 1d t2d t7d t15d t30d t60d t90d

Visc Visc Visc Visc Visc Visc Visc

3

6 2246 2133 2313 2386 2686 2686 2686

12 2140 2033 2170 2166 2220 2220 2220

30 1800 1720 1846 1833 1933 1933,3 1933

60 1460 1413 1510 1536 1736 1736 1736

Tabla IValores de viscosidad de la dispersin acuosa de Methocel F4M

al 1% a la temperatura de 25 C 2 C

Rpm. t 1d t2d t7d t15d t30d t60d t90d

Visc Visc Visc Visc Visc Visc Visc

3

6 2000 2030 2440 2440 2440

12 1506 1506 1990 2010 2356 2356 2356

30 1386 1386 1750 1950 2043 2043 2043

60 1183 1183 1703 1700 1703 1703 1703

Tabla IIValores de viscosidad de la dispersin acuosa de Methocel F4M

al 1% a la temperatura de 45 C 2 C

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InfluencIa de la temperatura sobre el comportamIento reolgIco de una dIspersIn de methocel f4m al 1%

modifica ni en el tiempo, ni por efecto de la tempe-ratura utilizada en el estudio.

El efecto de la temperatura se observa sobre losrangos de valores de viscosidad, siendo que el des -censo de la misma en todos los casos analizadosgenera un incremento en este rango con respecto alobtenido para la temperatura ambiente. Parecieraque por efecto de la temperatura baja se reduce laenerga trmica y el polmero tiende a enrollar suestructura, registrndose incrementos en los valoresde rango de viscosidad. Mientras que en el caso delin cremento de la temperatura, se observa al inicio undescenso de valores de rango de viscosidad por de -bajo de los obtenidos para la temperatura am biente;para luego obtener valores muy similares a losencontrados en la etapa inicial. Esto refleja el efectode la temperatura sobre la estructura polimrica,generando modificaciones en el desenrollamiento dela misma, con lo que se registran valores menores deviscosidad, luego al mantenerse la muestra sometidaa temperatura de 45 C 2 C se genera un mximode modificacin y, por ende, el rango de viscosidadno sigue descendiendo.

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Rpm. t 1d t2d t7d t15d t30d t60d t90d

Visc Visc Visc Visc Visc Visc Visc

3 5396 6300 6900 6950 7916 7916 7916

6 5086 5900 5700 5790 6996 6996 6996

12 4340 5240 5250 4950 6115 6115 6115

30 3176 4035 4340 4250 4250 4250 4250

60

Tabla IIIValores de viscosidad de la dispersin acuosa de Methocel F4M al 1% a temperatura

de 10 C 2 C

Enviado: 28-01-2008Aceptado: 22-05-2008

Vol_71-1_2008