La valutazione di diversi agenti reologici e componenti gelificanti, che avviene tramite i test dei nuovi materiali disponibili, può portare a un risparmio economico, se, ovviamente, le proprietà originali vengono mantenute nel prodotto finale. La presente nota tecnica riflette esattamente un caso simile.
Ad AlfatestLab è stato chiesto di valutare cinque varianti della formulazione di un prodotto standard, un gel farmaceutico disponibile da tempo sul mercato. L’obiettivo di questo progetto era quello di eseguire una caratterizzazione approfondita delle proprietà reologiche del gel originale e delle cinque varianti.
Il risultato finale del progetto può essere riassunto nel seguente reogramma. I dati nella Figura 1 mostrano il comportamento di scorrimento dei 3 campioni.
Fig.1 La curva di viscosità del gel di riferimento (due lotti diversi) e del nuovo gel finale formulato.
Alcuni dettagli sulla proprietà di scorrimento
Cosa significa questo in termini di aspetto fisico del gel? L’estremità della curva ad alto taglio (lato destro) può essere correlata al momento in cui il gel viene spalmato/tagliato sulla pelle o tra le mani: minore è la viscosità, migliore sarà la sensazione provata dall’utente.
L’estremità della curva a basso taglio, bassa velocità di taglio, è correlata al momento in cui il gel si deve muovere lentamente, ad esempio quando è appena stato spremuto dal tubetto in cui è contenuto. Se la viscosità non è sufficientemente elevata, il gel può non essere assorbito dalla pelle invece di resistere (non è una bella sensazione per l’utente).
La curva ci mostra che esiste un’altra proprietà reologica ben nota e nascosta del gel, la tensione di snervamento. Se si estende virtualmente il lato dell’estremità sinistra della curva verso 0 s-1 (facendo attenzione alla scala logaritmica del diagramma), la viscosità tenderà all’infinito. Questo vuol dire semplicemente che il gel, a riposo, si comporterà come un solido.
In ogni caso, per misurare la tensione di snervamento, è necessario un altro tipo di test. Non vincoleremo il gel allo scorrimento, applicando una velocità di taglio crescente come abbiamo fatto nel test della curva di flusso: in questo test verrà applicato un gradiente di sollecitazione di taglio. Quando la sollecitazione di taglio applicata raggiunge il limite della tensione di snervamento, la struttura meccanica del gel si rompe, il gel inizia a scorrere e la viscosità diminuisce rapidamente.
Misurazione della tensione di snervamento
Fig.2 La misurazione della tensione di snervamento del gel di riferimento (due lotti diversi) e del nuovo gel finale formulato.
La misurazione della tensione di snervamento è molto sensibile alle piccole variazioni del campione. Influiscono inoltre su di essa le recenti sollecitazioni a cui è stato sottoposto il campione (dipendenti dal tempo). La Figura 2 mostra quanta differenza si può avere tra 2 diversi lotti di produzione del campione di riferimento (P-ref e ref) e la nuova formulazione P-Var.
I 6 sei gel formulati
Tornando alla prima fase del progetto, presentiamo una panoramica dei risultati prodotti dalle cinque diverse formulazioni valutate. Nella Figura 3, nel profilo di viscosità dei sei prodotti (var(s) e ref) non si riscontrano differenze rilevanti tra i campioni. Questa è una valida osservazione; l’obiettivo finale dovrebbe essere raggiunto rapidamente. L’esperienza del formulatore nella manipolazione del gel lo aiuta ad adeguare correttamente i componenti in modo da ottenere prodotti comparabili.
Fig.3: Il profilo di viscosità dei sei prodotti
In realtà, osservando la Figura 4, possiamo vedere che i risultati della tensione di snervamento dei sei prodotti mostrano alcune differenze significative tra le diverse formulazioni dei campioni.
Fig. 4: Risultati della tensione di rendimento dei sei prodotti
Conclusione
La tensione di snervamento è una caratteristica del materiale che non può essere facilmente rilevata dai nostri sensi. Un materiale gel morbido solitamente scorre non appena viene toccato con le dita o maneggiato con strumenti. Inizia a scorrere per una deformazione applicata non controllabile manualmente. Questo spiega perché un formulatore esperto può ottenere prodotti molto simili in termini di scorrimento, ma non riesce a controllare il comportamento dei prodotti a riposo. Una valutazione più approfondita dei sei gel è stata effettuata in condizioni di riposo, tramite la misurazione delle proprietà viscoelastiche. Il profilo del gel può essere completato dalla regione viscoelastica lineare, dagli spettri meccanici, dal tempo di ricostruzione e dalla funzione di risposta della temperatura. Per comprendere, simulare e migliorare il comportamento meccanico di gel, gel morbidi, creme e altri composti possono essere utilizzati diversi parametri reologici. Per raggiungere l’obiettivo, potrebbero non essere sufficienti le capacità di formulazione e i semplici strumenti di misurazione. È sicuramente fondamentale la conoscenza dei concetti base della reologia.
