Đánh giá độ ổn định của kem dạng nhũ tương dầu trong nước bằng một số kỹ thuật vật lý

8/20/2019 Đánh giá độ ổn định của kem dạng nhũ tương dầu trong nước bằng một số kỹ thuật vật lý

http://slidepdf.com/reader/full/danh-gia-do-on-dinh-cua-kem-dang-nhu-tuong-dau-trong-nuoc 1/72

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ

TR ƯỜ NG ĐẠI HỌC DƯỢ C HÀ NỘI

LẠI VĂN ĐÔNG

ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA KEM

DẠNG NHŨ TƯƠNG DẦU TRONG NƯỚ C BẰNG MỘT SỐ K Ỹ

THUẬT VẬT LÝ

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢ C HỌC

HÀ NỘI 2015

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.BOIDUONGHOAHOCQUYNHON.BLOGSPOT.COM

WW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

óng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú



BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ

TR ƯỜ NG ĐẠI HỌC DƯỢ C HÀ NỘI

LẠI VĂN ĐÔNG

ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA KEM

DẠNG NHŨ TƯƠNG DẦU TRONG NƯỚ C BẰNG MỘT SỐ K Ỹ

THUẬT VẬT LÝ

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢ C HỌC

CHUYÊN NGÀNH: KIỂM NGHIỆM THUỐC – ĐỘC CHẤT

MÃ SỐ: 60720410

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Vũ Đặng Hoàng

HÀ NỘI 2015







LỜ I CẢM ƠN

Trướ c hết, tôi xin gửi lờ i cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tớ i PGS.

TS Vũ Đặng Hoàng là người đã trực tiếp hướ ng dẫn, hết lòng truyền đạt

kiến thức và tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thờ i gian thực hiện đề tài.

Tôi xin gửi lờ i cảm ơn đến Ths. Nguyễn Phương Nhung, cô đã nhiệt

tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm đề tài.

Tôi cũng xin cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ nhiệt tình và tạo điều kiện về

cơ sở vật chất cũng như ủng hộ về mặt tinh thần của các thầy cô giáo và cácanh chị k ỹ thuật viên bộ môn Hóa phân tích - Độc chất trường Đại học Dượ c

Hà Nội trong suốt thờ i gian làm thực nghiệm tại bộ môn.

Tôi xin chân thành cảm ơn hội đồng chấm khóa luận tốt nghiệ p Thạc sỹ

Dượ c học đã dành thờ i gian xem xét, góp ý và sửa chữa để khóa luận tốt

nghiệ p của tôi đượ c hoàn thiện hơn.

Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu Nhà trường và Phòng Đào tạo sau đại

học đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành tốt khóa học.

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn giúp

đỡ, động viên, khích lệ và hỗ tr ợ cả về vật chất lẫn tinh thần trong suốt quá

trình làm đề tài cũng như trong học tậ p và cuộc sống.

Hà N ội, tháng 08 năm 2015

Học viên

Lại Văn Đông







MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................ 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ......................................................................... 2

1.1. Cấu trúc kem dạng nhũ tương dầu trong nướ c ..................................... 2

1.2. Cấu trúc và tính chất của các chất nhũ hóa .......................................... 3

1.2.1. Alcol béo ........................................................................................ 3

1.2.2. Chất diện hoạt ................................................................................. 4

1.3. Các k ỹ thuật vật lý nghiên cứu đặc điểm của kem dạng nhũ tương dầu

trong nướ c .................................................................................................... 5

1.3.1. Phân tích nhiệt ................................................................................ 5

1.3.1.1. Quét nhiệt vi sai (DSC) ............................................................ 6

1.3.1.2. Phân tích nhiệt khối lượ ng (TGA) ........................................... 8

1.3.2. Lưu biến ....................................................................................... 10

1.3.2.1. Các đại lượng trong phép đo lưu biến ................................... 10

1.3.2.2. Các phương pháp đo lưu biến ................................................ 11

1.3.2.2.1. Phương pháp trượ t liên tục (continuous shear stress) ...... 11

1.3.2.2.2. Phương pháp dao động (oscillatory rheology)................. 13

1.3.2.2.3. Phương pháp dão và hồi phục (creep and recovery) ....... 14

1.3.3. Các mô hình đo lưu biến .............................................................. 15

1.3.3.1. Mô hình cối - chày ................................................................. 15

1.3.3.2. Mô hình côn - đĩa (cone - plate) ............................................ 15

1.3.3.3. Mô hình hai đĩa song song (plate - plate) .............................. 16

1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nướ c ........................................ 16

CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U .. 20

2.1. Nguyên liệu, thiết bị ........................................................................... 20

2.2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................... 20

2.2.1. Quy trình bào chế hệ ba thành phần ............................................. 20







2.2.2. Lựa chọn thông số và ứng dụng k ỹ thuật phân tích nhiệt ............ 21

2.2.2.1. K ỹ thuật DSC ......................................................................... 21

2.2.2.1.1. Lựa chọn thông số ............................................................ 21

2.2.2.1.2. Ứ ng dụng đo .................................................................... 22

2.2.2.2. Phương pháp TGA ................................................................. 22

2.2.2.2.1. Lựa chọn thông số ............................................................ 22

2.2.2.2.2. Ứ ng dụng đo mẫu kem ..................................................... 22

2.2.3. Lựa chọn thông số và ứng dụng đo lưu biến ................................ 22

2.2.3.1. Phương pháp trượ t liên tục .................................................... 22

2.2.3.1.1. Lựa chọn thông số ............................................................ 22

2.2.3.1.2. Ứ ng dụng đo .................................................................... 23

2.2.3.2. Phương pháp dao động .......................................................... 23

2.2.3.2.1. Lựa chọn thông số ............................................................ 23

2.2.3.2.2. Ứ ng dụng đo .................................................................... 23

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨ U .................................................. 24

3.1. Đánh giá cảm quan về kem dạng nhũ tương dầu trong nướ c ............. 24

3.2. Phương pháp phân tích nhiệt .............................................................. 24

3.2.1. DSC .............................................................................................. 24

3.2.1.1. Lựa chọn thông số .................................................................. 24

3.2.1.1.1. Lựa chọn khối lượ ng mẫu ................................................ 24

3.2.1.1.2. Lựa chọn tốc độ gia nhiệt ................................................. 25

3.2.1.2. Ứ ng dụng đo .......................................................................... 27

3.2.2. TGA .............................................................................................. 29

3.2.2.1. Lựa chọn thông số .................................................................. 29

3.2.2.1.1. Lựa chọn khối lượ ng mẫu ................................................ 31

3.2.2.1.2. Lựa chọn tốc độ gia nhiệt ................................................. 34

3.2.2.2. Ứ ng dụng đo .......................................................................... 35







3.3. Phương pháp lưu biến ......................................................................... 40

3.3.1. Phương pháp trượ t liên tục ........................................................... 40

3.3.1.1. Lựa chọn lượ ng mẫu .............................................................. 40

3.3.1.2. Lựa chọn thờ i gian một chu kì ............................................... 43

3.3.1.3. Ứ ng dụng đo .......................................................................... 43

3.3.2. Phương pháp dao động ................................................................. 46

3.3.2.1. Lựa chọn thông số .................................................................. 46

3.3.2.1.1. Xác định thờ i gian cân bằng ............................................ 48

3.3.2.1.2. Xác định vùng đàn hồi nhớ t tuyến tính ............................ 48

3.3.2.2. Ứ ng dụng đo .......................................................................... 51

CHƯƠNG 4. BÀN LUẬN ........................................................................... 54

K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 57







DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DSC : Quét nhiệt vi sai (differential scanning calorimetry)

TGA : Phân tích nhiệt khối lượ ng (thermogravimetric analysis)

DTG : Đường cong đạo hàm bậc 1 của đườ ng cong TGA (derivative

thermogravimetry)

LVR : Vùng đàn hồi nhớ t tuyến tính (linear viscoelastic region)

G’ : Môđun đàn hồi (elastic modulus)

G” : Môđun nhớ t (viscous modulus)

η : Độ nhớ t (viscosity)

ω : Tần số

STT : Số thứ tự

TLTK : Tài liệu tham khảo

POE : Polyoxyethylene

TS : Hỗn hợ p ba thành phần (ternary system)

TSC16 : Hệ ba thành phần chứa Cetyl alcol

TSCSA : Hệ ba thành phần chứa Cetyl alcol và Stearyl alcol (1:1)

TSC18 : Hệ ba thành phần chứa Stearyl alcol

CSA : Hỗn hợ p hai alcol béo Cetyl và Stearyl (1:1)

HLB : Hệ số dầu nướ c (hydrophilic-lipophilic balance)







DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

Hình vẽ

Hình 1. Cấu trúc của nhũ tương dầu trong nướ c sử dụng hỗn hợ p chất nhũhóa. a: lớ p kép của chất diện hoạt và alcol béo; b: nướ c liên k ết; a + b: pha

gel thân nướ c; c: pha gel thân dầu; d: nướ c tự do; e: pha phân tán [21]. ......... 3

Hình 2. Công thức cấu tạo của Tween 80. ........................................................ 5

Hình 3. Sơ đồ cung cấ p nhiệt của DSC loại thông lượ ng nhiệt (a) và bổ

chính công suất (b). ........................................................................................... 7

Hình 4. Sơ đồ k ết quả phép đo DSC. ................................................................ 8

Hình 5. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị đo TGA. ...................................................... 9

Hình 6. Đườ ng cong TGA. ................................................................................ 9

Hình 7. Hình ảnh mô phỏng biến dạng của mẫu đo dướ i tác dụng ngoại lực

trượ t lên bề mặt. .............................................................................................. 10

Hình 8. Đườ ng cong chảy thể hiện tính lưu biến của các vật liệu khác nhau.

a: kiểu Newton, b: kiểu dẻo, c: kiểu giả dẻo, d: kiểu giãn. ............................. 12

Hình 9. Đườ ng cong chảy của vật liệu có tính chất thixotropy. ..................... 13

Hình 10. K ết quả đo lưu biến để xác định vùng nhớt đàn hồi tuyến tính. ...... 14

Hình 11. Mô hình đo lưu biến cối - chày (a); nón - đĩa (b); đĩa - đĩa (c) [7]. . 16

Hình 12. Phổ đườ ng DSC các mẫu khảo sát khối lượ ng. ............................... 25

Hình 13. Phổ đườ ng DSC các mẫu khảo sát tốc độ gia nhiệt. ........................ 26

Hình 14. Phổ DSC của chu k ỳ nhiệt đầu tiên của cetyl alcol, TSC16 ngay sau

khi bào chế và sau một tháng bảo quản. ......................................................... 28

Hình 15. Phổ DSC của chu k ỳ nhiệt thứ hai của cetyl alcol. .......................... 28

Hình 16. Phổ DSC của chu k ỳ nhiệt thứ hai (đường màu đỏ) và chu k ỳ nhiệt

thứ ba (đườ ng màu xanh) của TSC16 sau 1 tháng bảo quản. ......................... 28

Hình 17. Phổ DSC của chu k ỳ nhiệt đầu tiên của stearyl alcol, TSC18 sau khi

bào chế và sau một 1 bảo quản. ...................................................................... 29







Hình 18. Phổ DSC của chu k ỳ nhiệt đầu tiên của hỗn hợ p cetyl và stearyl

alcol (tỷ lệ 1:1), TSCSA sau khi bào chế và sau 1 tháng bảo quản. ............... 29

Hình 19. Phương pháp điểm uốn (A) và phương pháp diện tích dưới đườ ngcong (B) để tính tỷ lệ nướ c liên k ết. ................................................................ 30

Hình 20. Đường cong TGA (nét đứt) và DTG (nét liền) của mẫu 4mg. ........ 31



Hình 23. Đường cong TGA (nét đứt) và DTG (nét liền) của mẫu 10mg. ...... 33

Hình 24. Đường cong TGA (nét đứt) và DTG (nét liền) của mẫu 2oC/phút. . 34

Hình 25. Đường cong TGA (nét đứt) và DTG (nét liền) của mẫu 5oC/phút. . 34

Hình 26. Đường cong TGA (nét đứt) và DTG (nét liền) của mẫu 10oC/phút. 35

Hình 27. Đường cong TGA (màu đen) và DTG (màu xanh) của TSC16. ...... 37

Hình 28. Đường cong TGA (màu đen) và DTG (màu xanh) của TSC18. ...... 38

Hình 29. Đường cong TGA (màu đen) và DTG (màu xanh) của TSCSA...... 39

Hình 30. Lượ ng mẫu thiếu, dư và vừa đủ cho phép đo lưu biến vớ i côn – đĩa

[7]. ................................................................................................................... 40

Hình 31. K ết quả đo trượ t liên tục vớ i khối lượ ng mẫu thừa và chu k ỳ đo

300s. ................................................................................................................ 41

Hình 32. K ết quả đo trượ t liên tục vớ i khối lượ ng mẫu đủ và chu k ỳ đo 300s.41

Hình 33. K ết quả đo trượ t liên tục vớ i khối lượ ng mẫu thiếu và chu k ỳ đo

300s. ................................................................................................................ 42

Hình 34. K ết quả phép đo trượ t liên tục vớ i các thờ i gian mỗi chu k ỳ khác

nhau (tăng tốc độ trượ t - nét liền và giảm tốc độ trượ t - nét đứt). .................. 43

Hình 35. Đường cong trượ t liên tục của TSC18 qua các thờ i gian bảo quản. 44

Hình 36. Đường cong trượ t liên tục của TSCSA qua các thờ i gian bảo quản.45

Hình 37. Đường cong trượ t liên tục của TSC16 qua các thờ i gian bảo quản. 45

Hình 38. K ết quả độ nhớ t biểu kiến của các mẫu kem theo thờ i gian bảo

quản. ................................................................................................................ 46







Hình 39. K ết quả điểm chảy của ba mẫu kem theo thờ i gian bảo quản.......... 46

Hình 40. Sự thay đổi môđun đàn hồi theo thờ i gian của hệ ba thành phần. ... 48

Hình 41. K ết quả khảo sát khoảng đàn hồi ở 0,01Hz trên các mẫu TSC16,TSC18, TSCSA sau hai tuần bảo quản. .......................................................... 49

Hình 42. K ết quả khảo sát khoảng đàn hồi ở 10Hz trên các mẫu TSC16,

TSC18, TSCSA sau hai tuần bảo quản. .......................................................... 49

Hình 43. K ết quả khảo sát khoảng đàn hồi ở 0,01Hz trên các mẫu TSC18,

TSCSA sau hai tháng bảo quản. ...................................................................... 50

Hình 44. K ết quả khảo sát khoảng đàn hồi ở 10Hz trên các mẫu TSC18,

TSCSA sau hai tháng bảo quản. ...................................................................... 50

Hình 45. Biến thiên mô đun đàn hồi theo tần số của ba mẫu kem sau khi bảo

quản 2 tuần. ..................................................................................................... 51

Hình 46. Biến thiên độ nhớ t theo tần số của ba mẫu kem sau khi bảo quản 2

tuần. ................................................................................................................. 52

Hình 47. Biến thiên mô đun đàn hồi theo tần số của ba mẫu kem sau khi bảo

quản 2 tháng. ................................................................................................... 52

Hình 48. Biến thiên độ nhớ t theo tần số của ba mẫu kem sau khi bảo quản 2

tháng. ............................................................................................................... 53







Bảng biểu

Bảng 1. Khoảng nhiệt độ nóng chảy của một số alcol béo [9]. ........................ 4

Bảng 2. Tóm tắt các nghiên cứu hệ alcol béo - diện hoạt - nướ c và kem dạngnhũ tương dầu trong nướ c bằng k ỹ thuật phân tích nhiệt và lưu biến. ........... 17

Bảng 3: Hóa chất sử dụng. .............................................................................. 20

Bảng 4: Dụng cụ sử dụng. ............................................................................... 20

Bảng 5: Tỷ lệ các chất trong hỗn hợ p ba thành phần. ..................................... 21

Bảng 6. Sự thay đổi lượng nướ c liên k ết và nướ c tự do của các mẫu TSC18,

TSCSA và TSC16 trong một tháng bảo quản ................................................. 40







1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Kem là một dạng bào chế thông dụng trong các dạng thuốc bôi ngoài

da. Bản chất của kem là nhũ tương dầu trong nước, nướ c trong dầu hoặc

nhiều pha (dầu/nướ c/dầu hoặc nướ c/dầu/nướ c) ở dạng bán r ắn. Pha dầu và

pha nướ c của nhũ tương là môi trườ ng phân tán của một hay nhiều chất như

sáp, giữ ẩm, làm trơn, nhũ hóa, ổn định, làm tăng độ nhớ t, bảo quản và trong

một số trườ ng hợ p là chất màu. Theo lý thuyết, dượ c chất có thể đượ c phân

tán trong pha dầu hoặc pha nước. Theo quan điểm ngườ i sử dụng, các loại

kem dầu trong nướ c tạo cảm giác thoải mái và dễ sử dụng hơ n do chúng ít

nhờ n và dễ thoa đều lên da hơn.

Trong công thức của kem dạng nhũ tương dầu trong nướ c, hỗn hợ p chất

nhũ hóa gồm alcol béo và chất diện hoạt thường đượ c sử dụng để tạo ra hệ

có cấu trúc nhiều pha; trong đó các pha gel thân nướ c và thân dầu góp phần

xác định cấu trúc của kem. Ngoài ra, các pha này còn có ảnh hưởng đến tính

thấm của dượ c chất cũng như các tính chất lý hóa của hệ trong quá trình bảo

quản. Để nhũ tương dầu trong nướ c dạng bán r ắn có thể sử dụng làm thuốc

bôi ngoài da, yêu cầu đặt ra là phải đánh giá đượ c cấu trúc và độ ổn định của

các chế phẩm này.

Xuất phát từ yêu cầu trên, nghiên cứu “Đánh giá độ ổn định của kem

dạng nhũ tương dầu trong nướ c bằng một số k ỹ thuật vật lý” đượ c tiến

hành vớ i hai mục tiêu:1. Lựa chọn các thông số của một số k ỹ thuật vật lý (phân tích nhiệt và

lưu biến) vớ i mẫu đo là kem dạng nhũ tương dầu trong nướ c.

2. Đánh giá độ ổn định vật lý của một số kem dạng nhũ tương dầu trong

nướ c bằng các k ỹ thuật vật lý đã nêu.







2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Cấu trúc kem dạng nhũ tương dầu trong nước Cấu trúc của nhũ tương dầu trong nướ c phụ thuộc vào tỷ lệ chất nhũ

hóa đượ c sử dụng. Ở nồng độ thấ p, chất nhũ hóa chỉ tạo ra một màng đơn

lớ p tại bề mặt phân cách giữa hai pha dầu và nước để ngăn cản sự tiến lại

gần nhau của các giọt dầu bằng các lực đẩy (lực tĩnh điện, cản tr ở không gian

hoặc hydrat hóa). Các nhũ tương dầu trong nướ c bán r ắn đượ c tạo thành vớ i

tỷ lệ chất nhũ hóa đượ c sử dụng nhiều hơn so với nhũ tương dạng lỏng. Sự tương tác của lượng dư chất nhũ hóa vớ i các thành phần khác của nhũ tương

tạo ra một hệ có cấu trúc phức tạ p gồm ít nhất bốn pha: (i) pha gel thân nướ c

bao gồm các lớ p kép của chất diện hoạt và alcol béo; và nướ c đượ c cố định

giữa các lớp kép (nướ c liên k ết); (ii) nướ c tự do cân bằng với nướ c liên k ết

trong pha gel thân nướ c; (iii) pha gel thân dầu đượ c tạo thành từ lượ ng alcol

béo dư, không tham gia tạo pha gel thân nướ c; và (iv) pha dầu đượ c cố định

cơ học trong hệ (hình 1). Để mô phỏng cấu trúc của kem dạng nhũ tương

dầu trong nướ c, hệ ba thành phần alcol béo-chất diện hoạt-nước thường đượ c

sử dụng trong các nghiên cứu cấu trúc và đánh giá độ ổn định của các chế

phẩm bào chế tương ứng [6, 8,12].







3

Hình 1. C ấ u trúc của nhũ tương dầu trong nướ c sử d ụng hỗ n hợ p chất nhũ

hóa. a: l ớ p kép của chấ t diện hoạt và alcol béo; b: nướ c liên k ế t; a + b: pha

gel thân nướ c; c: pha gel thân d ầu; d: nướ c t ự do; e: pha phân tán [21].

Tỷ lệ các pha gel thân nướ c/thân dầu và nướ c liên k ết/nướ c tự do trong

hệ không những quyết định độ ổn định mà còn ảnh hưởng đến khả năng giải

phóng thuốc của kem dạng nhũ tương dầu trong nướ c. Vớ i dạng bào chế này,

nướ c liên k ết, đóng vai trò là nguồn dự tr ữ nướ c của chế phẩm, giúp kéo dài

quá trình làm ẩm da khi thuốc đượ c bôi [19].

1.2. Cấu trúc và tính chất của các chất nhũ hóa

1.2.1. Alcol béo

Cetyl alcohol (CH3(CH2)15OH) và stearyl alcohol (CH3(CH2)17OH) làhai alcol béo thường đượ c sử dụng trong hỗn hợ p chất nhũ hóa cùng vớ i chất

diện hoạt. Cũng giống như các alcol béo mạch thẳng khác, hai alcol này có

hiện tượng đa hình vớ i ít nhất ba dạng thù hình α, β và γ. Ở nhiệt độ thấ p,

các alcol tồn tại ở dạng β hoặc γ hoặc cả hai dạng; trong đó các gốc

hydrocacbon không quay (dạng β) hoặc nghiêng (dạng γ). Khi tăng nhiệt độ

lên trên mức chuyển tr ạng thái, dạng β hoặc γ chuyển sang dạng α vớ i gốc







4

hydrocacbon sắ p xế p theo hình lục giác, duỗi tối đa ở cấu hình trans và quay

xung quanh tr ục phân tử. Dạng thù hình này không bền trong khoảng nhiệt

độ r ộng. Khoảng nhiệt độ nóng chảy của các alcol béo đượ c trình bày trong bảng 1 [8, 9].

Bảng 1. Khoảng nhiệt độ nóng chảy của một số alcol béo [9].

Alcol béo Khoảng nhiệt độ nóng chảy (oC)

Cetyl alcol 46-52

Stearyl alcol 57-60

Cetosteary alcol*

49-56*: cetostearyl alcol là hỗn hợ p alcol béo chứa chủ yếu cetyl và stearyl alcol

Các dạng thù hình α, β và γ có tính chất khác nhau khi phối hợ p vớ i

nướ c. Trong khi dạng α có thể trương nở trong nước để tạo ra pha gel khi có

mặt chất diện hoạt thì dạng β và γ lại không có khả năng này [8]. Trong quá

trình bảo quản, nếu các alcol béo trong hai pha gel chuyển dạng sang β hoặc

γ chúng có xu hướ ng k ết tủa tạo thành các tinh thể. Khi đó, cấu trúc của kem

dạng nhũ tương dầu trong nướ c sẽ bị biến đổi, dẫn đến thể chất của nhũ

tương có thể chuyển từ tr ạng thái bán r ắn sang lỏng.

1.2.2. Chất diện hoạt

Mặc dù alcol béo đượ c coi như “ bộ khung” của cả hai pha gel thân

nướ c và thân dầu, cấu trúc và đặc tính lý hóa của chất diện hoạt có thể có

ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của kem dạng nhũ tương bán r ắn dầu trongnướ c.

Khi chất diện hoạt ion hóa (dạng cation hay anion) đượ c sử dụng, chúng

sẽ tham gia cấu tạo pha gel thân nướ c do điện tích của chúng tạo ra lực đẩy

tĩnh điện giữa các lớ p kép. Cấu trúc của các nhũ tương chứa chất diện hoạt

ion hóa đượ c tạo thành chỉ vài giờ sau khi bào chế và giữ ổn định trong suốt







5

quá trình bảo quản. Hiện tượng này cũng xảy ra đối vớ i các hệ đượ c bào chế

từ chất diện hoạt không ion hóa không chứa nhóm polyoxyethylene [5].

Ngượ c lại, trong các hệ có chứa chất diện hoạt không ion hóa có chứanhóm polyoxyethylene, sự trương nở của các lớp kép đượ c gây ra bở i quá

trình hydrat hóa các chuỗi polyoxyethylene. Tương tác này đượ c hình thành

trong quá trình bảo quản chậm hơn rất nhiều so vớ i hệ đượ c bào chế từ chất

diện hoạt ion hóa. Mặc dù vậy, các chất diện hoạt không ion hóa vẫn đượ c sử

dụng nhiều hơn trong bào chế kem nhũ tương dầu trong nướ c do chúng ít

gây kích ứng và tương hợ p tốt vớ i các thuốc có bản chất ion hoặc các hoạt

chất trong mỹ phẩm so vớ i các chất diện hoạt ion hóa [7].

Tween 80 là chất diện hoạt không ion hóa có chứa các chuỗi

polyoxyethylene trong phân tử (hình 2) và có tính thân nướ c (HLB = 15,0)

thường đượ c sử dụng để bào chế kem dạng nhũ tương nhũ tương dầu trong

nướ c. Cùng vớ i alcol béo, Tween 80 tạo nên các lớ p kép chất nhũ hóa, góp

phần hình thành và ổn định cấu trúc nhũ tương. [18]

Hình 2. Công thứ c cấ u t ạo của Tween 80.

1.3. Các kỹ thuật vật lý nghiên cứu đặc điểm của kem dạng nhũ tương

dầu trong nước

1.3.1. Phân tích nhiệt

Phân tích nhiệt là nhóm các k ỹ thuật phân tích trong đó các đặc điểm

vật lý cũng như hóa học của mẫu (nhiệt độ chuyển pha, khối lượ ng mất đi,







6

năng lượ ng chuyển pha, biến đổi về kích thướ c, ứng suất, tính chất nhờn, đàn

hồi) được đo một cách liên tục như những hàm của nhiệt độ.

Bản chất của phân tích nhiệt là dựa trên nguyên lý về nhiệt độnghọc. Độ thay đổi nhiệt độ của một chất tỷ lệ thuận với độ thay đổi

của nhiệt lượ ng mà khối vật chất đó nhận đượ c và tỷ lệ nghịch vớ i khối

lượ ng và nhiệt dung của khối vật chất đó.

Trong các nhóm k ỹ thuật phân tích nhiệt, quét nhiệt vi sai (DSC) và

phân tích nhiệt tr ọng lượng (TGA) thường đượ c sử dụng để nghiên cứu đặc

điểm của kem dạng nhũ tương dầu trong nướ c.

1.3.1.1. Quét nhiệt vi sai (DSC)

DSC là k ỹ thuật phân tích nhiệt đo sự chênh lệch lưu lượ ng nhiệt đến

mẫu thử và mẫu đối chiếu khi độ chênh lệch về nhiệt độ T giữa hai mẫu

luôn đượ c duy trì bằng không [3]. Enthalpy của mẫu thử được xác định

thông qua lưu lượ ng nhiệt vi sai cần để duy trì mẫu thử và mẫu đối chiếu ở

cùng nhiệt độ. Trong phép đo này, nhiệt độ đo thường đượ c lập trình để tiếnhành quét trên một khoảng bằng cách tăng tuyến tính ở một tốc độ định

trướ c. Enthalpy sẽ đượ c xác định bằng diện tích giớ i hạn bởi đồ thị DSC thu

đượ c. Vớ i những nghiên cứu về chuyển pha vật lý (nóng chảy, sôi, thăng

hoa, bay hơi, chuyển hóa đa hình, chuyển từ vô định hình thành tinh thể,…),

DSC thường đượ c sử dụng do có khả năng cung cấ p các thông tin tr ực tiế p

về năng lượ ng chuyển pha (năng lượ ng sẽ đượ c thêm vào hoặc mất đi trongmẫu thử hoặc mẫu đối chiếu để có thể duy trì sự cân bằng nhiệt độ giữa các

mẫu).

Trong k ỹ thuật DSC, có hai loại thiết bị chính là thông lượ ng nhiệt (heat

flux) và loại bổ chính công suất (power compensation) (hình 3) vớ i các bộ

phận chính là giá giữ mẫu bao gồm cặ p nhiệt, bộ phận chứa mẫu, lò nhiệt,

thiết bị điều khiển nhiệt độ và hệ ghi k ết quả đo. Sau khi đặt mẫu vào vị trí







7

lò, nhiệt độ của lò đượ c tăng dần lên. Sự khác nhau về công suất lò được đo

liên tục nhờ một detector vi sai công suất. Tín hiệu đượ c khuyếch đại và

chuyển lên bộ phận ghi dữ liệu.

Hình 3. Sơ đồ cung cấ p nhiệt của DSC loại thông lượ ng nhiệt (a) và bổ chính công suấ t (b).

Trên các đường cong DSC thông thườ ng, có sự thay đổi xung quanh

tr ục nhiệt độ và xuất hiện các đỉnh thu nhiệt hoặc/và toả nhiệt tương ứng vớ i

các quá trình chuyển pha của mẫu (hình 4). Thông tin về vị trí, số liệu, hìnhdạng về sự thu nhiệt hoặc tỏa nhiệt đượ c sử dụng làm cơ sở để phân tích các

tính chất của mẫu đo. Quá trình thu nhiệt nói chung thể hiện tính chất vật lý

nhiều hơn tính chất hóa học. Đỉnh thu nhiệt có thể tương ứng vớ i sự tái sắ p

xế p của tinh thể, sự nóng chảy hoặc chuyển pha tr ạng thái r ắn. Khi đỉnh thu

nhiệt mở r ộng, có thể xuất hiện sự loại bỏ nướ c. Quá trình tỏa nhiệt (không

phân ly) liên quan đến sự giảm enthalpy của pha trong hệ hóa học. Đỉnh tỏanhiệt hẹ p cho thấy quá trình tinh thể hóa của các hệ nửa bền vững, các chất

hữu cơ, vô cơ chậm quá nguội (chậm đông). Mở r ộng đỉnh tương ứng vớ i

phản ứng hóa học, quá trình polymer hóa, quá trình lưu hóa nhựa. Quá trình

tỏa nhiệt phân ly có thể cho đỉnh hẹ p hoặc mở r ộng phụ thuộc vào động năng

của hệ. Sự nở hoặc phản lực sẽ cho đỉnh nhọn nhất, trong khi đó sự đốt cháy

bở i ôxy hóa và quá trình phân ly cho phổ mở r ộng.







8

Hình 4. Sơ đồ k ế t quả phép đo DSC .1.3.1.2. Phân tích nhiệt khối lượng (TGA)

TGA là k ỹ thuật phân tích nhiệt dựa trên cơ sở xác định khối lượ ng của

mẫu bị giảm đi (hoặc tăng thêm) trong quá trình chuyển pha như một hàm

của nhiệt độ.

Khi vật chất bị nung nóng khối lượ ng của chúng sẽ bị giảm đi từ các

quá trình đơn giản như bay hơi hoặc từ các phản ứng hóa học giải phóng khí.Một số vật liệu có thể tăng thêm khối lượ ng do phản ứng vớ i không khí trong

môi trườ ng. Do vậy, các quá trình diễn ra trong phép đo TGA thông thườ ng

là bay hơi, huỷ cấu trúc, phân huỷ carbonat, oxy hoá sulfua, oxy hoá florua,

tái hydrat hoá…. Đây là các quá trình tạo lên những đứt gãy hoặc hình thành

lên các liên k ết vật lý, hoá học xảy ra trong mẫu chất. Phép đo này nhằm xác

định (i) khối lượ ng bị mất trong quá trình chuyển pha và (ii) khối lượ ng bị mất theo thờ i gian và theo nhiệt độ do quá trình khử nướ c hoặc phân ly.

Thông tin của phép đo TGA sẽ góp phần xác định thành phần khối lượ ng các

chất có mặt, độ ẩm, dung môi trong mẫu.

Trong thiết bị đo TGA (hình 5), phần cảm biến khối lượ ng đóng vai trò

tối quan tr ọng trong việc xác định đượ c khối lượ ng của mẫu. Do vậy, việc

lựa chọn các loại cân phải phù hợ p vớ i từng loại mẫu (kích thướ c mẫu, khối







9

lượ ng mà vật liệu bị mất hoặc nhận được…). Mẫu được đặt trong nồi hoặc

đĩa nông trên giá đỡ. Ban đầu, cân ở vị trí cân bằng. Nhiệt độ của lò đượ c

thay đổi liên tục và được điều khiển bở i cặ p nhiệt. Trong quá trình tăng nhiệtđộ, các quá trình lý hoá xảy ra trong mẫu đo dẫn tớ i sự thay đổi khối lượ ng

của mẫu (hình 6).

Hình 5. Sơ đồ cấ u t ạo của thiế t bị đo TGA.

Hình 6 . Đườ ng cong TGA.







10

1.3.2. Lưu biến

Lưu biến học (rheology) là khoa học nghiên cứu tính chất chảy và sự

biến dạng của vật liệu dướ i tác dụng của ngoại lực [16]. Tính chất lưu biến phản ánh hai đặc điểm của vật liệu: độ nhớ t (tính chất chảy, khả năng trơn

trượt) và độ đàn hồi (sự biến dạng, khả năng tái ổn định cấu trúc). Do đó, kết

quả đo lưu biến có thể phản ánh những đặc điểm cấu trúc đặc trưng cũng như

sự thay đổi những thành phần cấu trúc đó theo thờ i gian. Ngườ i ta có thể

thay đổi loại lực tác dụng lên vật liệu để quan sát các tính chất lưu biến khác

nhau của vật liệu đó. Tương ứng vớ i các loại lực này là các phương pháp đolưu biến khác nhau: phương pháp trượ t liên tục, phương pháp dao động và

phương pháp dão và phục hồi.

1.3.2.1. Các đại lượng trong phép đo lưu biến

Xét một mẫu đo có diện tích bề mặt A (m2) và chiều cao d (m). Khi tác

dụng một lực F trượ t lên bề mặt mẫu đo thì mẫu đo sẽ biến dạng lệch một

khoảng u (m) (hình 7) [16].

Hình 7. Hình ảnh mô phỏng biế n d ạng của mẫu đo dướ i tác d ụng ngoại l ự c

trượ t lên bề mặt.

Khi đó ta có các đại lượng đặc trưng cho vật liệu:







11

Ứ ng suất trượ t: (Pa)

Biến dạng trượt:

Tốc độ trượt: (1/s)

Độ nhớt: (Pas)

1.3.2.2. Các phương pháp đo lưu biến

1.3.2.2.1. Phương pháp trượt liên tục (continuous shear stress)

Trong phương pháp này, vật liệu bị đặt dướ i tác dụng của những lực

song song với nhau nhưng phương của các lực này không nằm trên cùng một

đườ ng thẳng và có hướng ngượ c nhau (lực trượ t) [4]. Tốc độ trượ t của các

lớ p vật liệu sẽ phụ thuộc vào độ lớ n của ứng suất trượ t, lực trượ t trên một

đơn vị diện tích, và bản chất của vật liệu.

Phương pháp đo trượ t liên tục có thể thực hiện theo hai cách tùy thuộc

vào dụng cụ sử dụng: kiểm soát tốc độ trượ t hoặc kiểm soát ứng suất trượ t.Theo chế độ đầu tiên, tốc độ trượt đượ c giữ cố định trong khi ứng suất trượ t

được thay đổi trong khoảng giá tr ị nhất định. Trong khi đó chế độ thứ hai,

thông số thay đổi là tốc độ trượ t còn ứng suất trượ t giữ nguyên giá tr ị.

K ết quả đo của phương pháp này thường đượ c biểu diễn dướ i dạng

đườ ng cong chảy (flow curve) trong đó trục tọa độ có thể là ứng suất trượ t,

tốc độ trượ t hoặc độ nhớ t của vật liệu. Dựa vào hình dạng của đườ ng congnày có thể phân biệt đượ c các loại vật liệu khác nhau theo tính chất chảy

(hình 8).







12

Hình 8. Đườ ng cong chả y thể hiện tính lưu biế n của các vật liệu khác nhau.a: kiể u Newton, b: kiể u d ẻo, c: kiể u giả d ẻo, d: kiể u giãn.

Ngoài ra, phương pháp này còn cho phép đánh giá sự phụ thuộc thờ i

gian của tính chất chảy của vật liệu. Khi tác động ngoại lực lên vật liệu trong

hai chu k ỳ khác nhau vớ i một chu k ỳ tăng ứng suất trượ t (hoặc tốc độ trượ t)

và một chu k ỳ giảm, tương quan về vị trí của đườ ng cong chảy trong hai chu

k ỳ có sự đối lậ p giữa các vật liệu có tính chảy phụ thuộc thờ i gian (hình 9)

và không phụ thuộc thờ i gian [4].







13

Hình 9. Đườ ng cong chả y của vật liệu có tính chấ t thixotropy.

1.3.2.2.2. Phương pháp dao động (oscillatory rheology)

So với phương pháp trượ t liên tục, phương pháp dao động có ưu điểm

là không phá hủy cấu trúc của vật liệu đo. Vật liệu chịu tác động bở i các dao

động có tần số nhất định và gây ra các ứng suất dao động lan truyền theokiểu sóng hình sin. Khi thay đổi giá tr ị của tần số này, các thành phần cấu

trúc khác nhau của vật liệu sẽ cho đáp ứng theo hai cơ chế chính: tích tr ữ

năng lượng đàn hồi và tiêu thụ năng lượ ng nhớ t. Hai kiểu đáp ứng này đượ c

mô tả qua thông số môđun đàn hồi G’ và môđun nhớt G”. Tỷ số giữa hai

thông số G” và G’, tanδ, cho biết độ mạnh yếu của tương tác giữa các thành

phần cấu trúc bên trong vật liệu [10, 17].Để đảm bảo ứng suất và khoảng tần số của dao động sử dụng không

làm phá hủy cấu trúc của vật liệu, trước khi đo, ngườ i ta phải thực hiện một

phép thử sàng lọc. Một cách cụ thể, trong phép thử này tại hai giá tr ị tần số

lớ n nhất và nhỏ nhất của khoảng tần số đượ c chọn, ứng suất tác động lên

mẫu được thay đổi trong khoảng nhất định và sự thay đổi của các tính chất

lưu biến (môđun đàn hồi G’, môđun nhớt G”) theo ứng suất đượ c ghi lại







14

(hình 10). Trong vùng nhớt đàn hồi tuyến tính, cấu trúc của vật liệu không bị

phá vỡ và ứng suất trong vùng này đượ c lựa chọn để xác định tính chất của

lưu biến khi tần số dao động thay đổi.

Hình 10. K ế t quả đo lưu biến để xác định vùng nhớt đàn hồi tuyế n tính.

1.3.2.2.3. Phương pháp dão và hồi phục (creep and recovery)

Khác với hai phương pháp đo lưu biến trên, mẫu thử chịu tác dụng của

một ứng suất tại thời điểm ban đầu và ứng suất này không thay đổi trong quá

trình đo dão. Trong chu kỳ tiế p theo, quá trình phục hồi, ứng suất này giảm

đột ngột về không và giữ ở giá tr ị đó cho đến hết chu k ỳ. Đáp ứng thuận

(compliance response) (1/G) của vật liệu theo thời gian đượ c biểu diễn bằng

đồ thị [2, 10].

Hình dạng của đườ ng cong dão qua hai chu k ỳ phản ánh đặc tính đàn

hồi nhớ t của vật liệu. Khi đo vớ i vật liệu đàn hồi lý tưởng, đồ thị có dạng

đườ ng thẳng song song vớ i tr ục hoành trong chu k ỳ đầu tiên và đột ngột

giảm xuống bằng 0 r ồi giữ nguyên ở giá tr ị đó ở chu k ỳ tiế p theo do các vật







15

liệu này có khả năng hồi phục lại cấu trúc ban đầu khi ứng suất thôi không

tác dụng. Vật liệu nhớt lý tưởng cho đườ ng cong dão là một đườ ng thẳng

tuyến tính với đáp ứng thuận tăng dần trong chu k ỳ đầu tiên và ở chu k ỳ tiế ptheo do không có tính hồi phục như vật liệu đàn hồi lý tưở ng, giá tr ị của đáp

ứng thuận này đượ c giữ nguyên. Trong khi đó vớ i vật liệu đàn hồi nhớ t,

đườ ng cong dão không tuyến tính ở cả hai chu k ỳ và cấu trúc của vật liệu

này chỉ phục hồi một phần so với ban đầu [2, 10].

Tương tự như phương pháp dao động, phương pháp này cũng đòi hỏi

tiến hành một phép đo sàng lọc để xác định vùng nhớt đàn hồi tuyến tính để

xác định ứng suất thích hợp. Khi đó, ứng suất tác động lên mẫu tăng dần và

đo đáp ứng thuận của mẫu nhưng trong thờ i gian ngắn hơn so với phép đo

chính. Ngoài ra, trướ c khi vào chu k ỳ dão, mẫu cũng cần có thời gian để

phục hồi lại sau khi chịu tác động của ứng suất gây ra trong quá trình đưa

mẫu vào thiết bị [17].

1.3.3. Các mô hình đo lưu biến

1.3.3.1. Mô hình cối - chày

Hệ thống cối - chày có cấu tạo như hình 11a. Vật liệu đượ c cho vào cối.

Khi hệ thống hoạt động, chày tiế p xúc vớ i vật liệu theo một diện tích bề mặt

lớn. Mô hình này có ưu điểm là r ất thích hợ p vớ i các vật liệu có độ nhớ t

thấp, nhưng nhược điểm là cần lượ ng mẫu lớ n và khó vệ sinh dụng cụ [16].

1.3.3.2. Mô hình côn - đĩa (cone - plate)

Đây là mô hình lí tưở ng trong nhiều trườ ng hợp đo (hình 11b). Hệ

thống đo côn - đĩa cần khối lượ ng mẫu nhỏ và dễ dàng vệ sinh. Hệ thống côn

- đĩa đượ c gọi tên theo đườ ng kính côn và góc côn.Ví dụ, một CP4/40 là một

hệ thống cone - plate có đườ ng kính côn 40 mm và góc côn bằng 4o. Côn







16

thường đượ c cắt ngắn ở đỉnh. Bằng việc cắt ngắn như vậy, hệ thống côn - đĩa

sẽ tạo ra tốc độ trượ t lớ n và ổn định [16].

1.3.3.3. Mô hình hai đĩa song song ( plate - plate)

Đây là mô hình đo lưu biến đơn giản nhất, bộ phận đo gồm hai đĩa

phẳng song song (hình 11c). Hệ thống này có ưu điểm là r ất dễ làm sạch và

chỉ cẩn một khối lượ ng nhỏ mẫu. Tuy nhiên, nó có nhược điểm là tốc độ cắt

tạo ra không ổn định [16].

Hình 11. Mô hình đo lưu biế n cố i - chày (a); nón - đĩa (b); đĩa - đĩa (c) [7].

1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Cho tớ i nay, ở Việt Nam các phương pháp phân tích nhiệt và lưu biến

vẫn chưa đượ c triển khai r ộng rãi để tiêu chuẩn hóa dạng kem bôi da. Tuynhiên, các phương pháp này đã đượ c sử dụng khá phổ biến trên thế giới để

đánh giá độ ổn định của các hệ alcol béo - diện hoạt - nướ c và kem dạng nhũ

tương dầu trong nướ c (bảng 2).







17

Bảng 2. Tóm t ắ t các nghiên cứ u hệ alcol béo - diện hoạt - nướ c và kem d ạng nhũ tương dầu trong nướ c bằ ng k ỹ thuật

phân tích nhiệt và lưu biế n.

STT Ch t diện hoạt Đ i tượ ng

đánh giá

Phương pháp Đi u kiện phép đo TLTK

1 Không ion hóa

(chứa hoặc

không chứachuỗi POE)

Kem TGA 5oC/phút, 25 – 150oC, lặ p lại 2 lần [12]

Đo lưu biến (quay

và dao động)

25oC ± 0,1, lặ p lại 3 lần

2 Cetyl stearyl

alcohol 12 mol

EO

Kem Đo lưu biến (trượ t

liên tục, dão, dao

động)

Trượ t liên tục: 3 lần, cone 4 cm, tốc độ trượ t: 1651 giây-1, 25oC

Creep: cone và plate 6 cm, 1o, 30 phút ápứng suất gây từ biến (creep stress) và 30

phút phục hồiDao động: 2 Pa, tần số 5.10-3 – 35 Hz

[17]

Kem,

nguyên liệu

DSC Nhiệt độ phòng – 100oC, đĩa dậ p kín, tốc

độ tăng nhiệt 10oC/phút, khối lượ ng mẫu 5

– 10 mg



W.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

ng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú



18

3 Tween 20

Span 60

Cetearyl

glucoside

Kem Đo lưu biến (trượ t

liên tục, dao động)

Cone và plate: 60 mm, 1o59; 25oC ± 0,01;1 ngày sau khi bào chế và trong 6 tháng bảo quản ở 25oC và 50oC; lặ p lại 3 lần

Trượ t liên tục: ứng suất trượ t 0,2 – 120 PaDao động: ứng suất trượ t 0,01 – 200 Pa,

tần số 1Hz (sàng lọc); ứng suất trượ t 1Pa,tần số 0,001 – 30 Hz

[14]

4 Cetyl trimethylammoniumchloride, behenyltrimethyl

ammoniumchloride

Kem Đo lưu biến (trượ tliên tục, dao động) Cone và plate 50 mm, 4

o

; 26

o

CTrượ t liên tục: tốc độ trượ t 0,01 – 100giây-1

Dao động: tần số 0,1 – 100 rad-1

[15]

5 Cetearylglucoside

Kem Đo lưu biến (trượ tliên tục, dao động)

Cone và plate 40 mm, 1o; 20 ± 0.1oCTrượ t liên tục: tốc độ trượ t 0,29 – 200giây-1 trong hai chu k ỳ (một tăng, một

giảm), mỗi chu k ỳ 120 giâyDao động: tần số 1 Hz, ứng suất trượ t 0,1 –

50 Pa; tần số 0,1 – 10 Hz, ứng suất trượ t10 Pa

[20]







19

TGA Đĩa mở , 2oC/phút, 20 – 100oC, 3 lần6 POE glyceryl

monostearateKem DSC 3oC/phút, đĩa nhôm dậ p kín, dòng khí nitơ

20 ml/phút, 15 – 65oC, sau 24 giờ [1]

TGA 20 – 100oC, 2oC/phút, sau 4 tuần, 25oC, 10 – 20 mg

7 Cetearylglucoside

Hệ ba thành phầnKem

DSC Đĩa nhôm dậ p kín, 2oC/phút, 20 – 105oC [19]

TGA Đĩa nhôm mở , 2oC/phút, 20 – 100oC, lặ plại 3 lần

Đo lưu biến (trượ tliên tục và dao

động)

Cone và plate 40 mm, 1o; độ dày mẫu0,030 mm; 20 ± 0.1oC; lặ p lại 3 lần

Trượ t liên tục: tốc độ trượ t 0,29 – 2001/giây, hai chu k ỳ (một tăng, một giảm),

mỗi chu k ỳ 120 giâyDao động: tần số 1 Hz, ứng suất trượ t 0,5 – 30 Pa; tần số 0,1 – 10Hz, ứng suất trượ t 6

Pa8 Ion hóa, không

ion hóa (chứahoặc khôngchứa POE)

Kem Đo lưu biến (trượ tliên tục)

Cone và plate, 25 ± 0,1oC, lặ p lại 3 lần [13]







20

CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Nguyên liệu, thiết bị Các hóa chất và thiết bị sử dụng trong thực nghiệm đượ c liệt kê ở bảng.

Bảng 3: Hóa chấ t sử d ụng.

Tên hóa chất Tiêu chuẩn chất lượ ng Xuất xứ

Tween 80 Tiêu chuẩn cơ sở Singapore

Cetyl alcohol Tiêu chuẩn cơ sở Trung Quốc

Stearyl alcohol Tiêu chuẩn cơ sở Trung Quốc Nướ c cất hai lần Tiêu chuẩn cơ sở Việt Nam

Bảng 4: Dụng cụ sử d ụng.

Thiết bị Model Nhà sản xuất Xuất xứ

Máy khuấy Overhead StirrerVELP

Scientifica

Mỹ

Máy đo TGA TGA/DSC1

LF/1100/GC10Mettler Toledo Thụy Sĩ

Máy đo lưu biến

(cone 4cm, 4o)

Discovery

Hybrid

Rheometer

TA InstrumentsAnh

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Quy trình bào chế hệ ba thành phần

Hỗn hợ p ba thành phần chất diện hoạt – alcol béo – nước được điều chế

bằng cách nung chảy alcol béo và chất diện hoạt ở nhiệt độ 70oC. Alcol béo

và chất diện hoạt đượ c khuấy bằng máy khuấy vớ i tốc độ 700 vòng/phút







21

trong 5 phút ở 70oC. Nước được đun nóng đến 70oC. Giữ nguyên nhiệt độ và

tốc độ khuấy, thêm dần pha nướ c vào alcol béo và chất diện hoạt, khuấy

trong vòng 5 phút. Tiế p tục khuấy ở nhiệt độ 70

o

C vớ i tốc độ 500 vòng/phúttrong 3 phút. Trong giai đoạn làm nguội, hỗn hợp đượ c khuấy ở tốc độ 500

vòng/phút trong 1 phút và sau đó 300 vòng/phút cho đến khi đạt nhiệt độ

phòng.

Bảng 5: T ỷ l ệ các chấ t trong hỗ n hợ p ba thành phần.

Nguyên liệu Tỷ lệ (%)

TSC18 TSCSA TSC16

Tween 80 2 2 2

Cetyl alcohol 0 4 8

Stearyl alcohol 8 4 0

Nướ c cất hai lần 90 90 90

Tổng 100 100 1002.2.2. Lựa chọn thông số và ứng dụng kỹ thuật phân tích nhiệt

2.2.2.1. Kỹ thuật DSC

2.2.2.1.1. Lựa chọn thông số

Phép đo DSC đượ c tiến hành bằng thiết bị DSC 1/700/1263/GC10

(Mettler Toledo, Thụy Sĩ). Khối lượ ng mẫu, và tốc độ thay đổi nhiệt độ của

chu k ỳ đo đượ c khảo sát để tìm ra các giá tr ị thích hợ p. Mẫu được đựng

trong đĩa nhôm dung tích 40 µL đượ c dậ p kín và đượ c gia nhiệt trong

khoảng từ 25oC đến 85oC. Mẫu thử đượ c phân tích trong ba chu k ỳ liên tiế p

(tăng nhiệt – giảm nhiệt – tăng nhiệt). Các dữ liệu đượ c xử lý bằng phần

mềm STARe phiên bản 13.00.







22

2.2.2.1.2. Ứng dụng đo

Cetyl alcohol, stearyl alcohol, cetearyl alcohol được đo DSC. Hỗn hợ p

ba thành phần được đo DSC ngay sau khi bào chế, sau 01 tháng và khi có sự thay đổi cấu trúc (nếu có) trong quá trình bảo quản ở nhiệt độ phòng.

2.2.2.2. Phương pháp TGA


Phép đo TGA đượ c tiến hành bằng thiết bị TGA/DSC1 LF/1100/GC10

(Mettler Toledo, Thụy Sĩ). Mẫu TSCSA đượ c sử dụng trong các phép đo

TGA để lựa chọn các thông số thích hợ p (khối lượ ng mẫu, tốc độ gia nhiệt).

Mẫu đượ c đựng trong đĩa nhôm oxyd có dung tích 70 µL và đượ c gia nhiệt

trong khoảng từ 25oC đến 105oC. Khí trơ đượ c sử dụng là Nitơ vớ i tốc độ

dòng 40 ml/phút. Các dữ liệu đượ c xử lý bằng phần mềm STARe phiên bản

13.00.

2.2.2.2.2. Ứng dụng đo mẫu kem

Phép đo TGA đượ c thực hiện vớ i tất cả các hệ ba thành phần ngay sau

khi bào chế, sau hai tuần và sau bốn tuần đượ c bảo quản ở nhiệt độ phòng.

2.2.3. Lựa chọn thông số và ứng dụng đo lưu biến

2.2.3.1. Phương pháp trượt liên tục


Với phép đo trượ t liên tục, giá tr ị tốc độ trượt thay đổi trong khoảng từ

0,3 đến 100 s-1. Tiến hành khảo sát lần lượ t hai yếu tố: lượ ng mẫu và thờ i

gian đo của một chu kì. Tính chất lưu biến của hệ được đo trong hai chu kỳ

liên tiế p (một chu k ỳ tốc độ trượt tăng và một chu k ỳ tốc độ trượ t giảm).







23


Mẫu được đo ngay sau khi bào chế và các ngày 1, ngày 3, 1 tuần, 2

tuần, 1 tháng, 2 tháng đượ c bảo quản ở nhiệt độ phòng.

2.2.3.2. Phương pháp dao động


Để xác định thờ i gian cân bằng của mẫu, môđun đàn hồi G’ của mẫu

được đo ở chế độ đo dao động quét thờ i gian (oscillatory time sweep) vớ i

ứng suất 1 Pa, tần số dao động là 1 Hz trong thờ i gian 15 phút. Vớ i thờ i gian

cân bằng thích hợ p, mẫu được đo ở chế độ đo dao động quét biên độ

(oscillatory amplitude sweep) ở hai tần số 0,01 Hz và 10 Hz và ứng suất thay

đổi trong khoảng từ 0,1 đến 100 Pa để xác định vùng đàn hồi nhớ t tuyến tính

của mẫu. Các giá tr ị môđun đàn hồi G’ và độ nhớt động η của mẫu đượ c xác

định bằng chế độ đo dao động quét tần số (oscillatory frequency sweep) từ

0,01 Hz và 10 Hz vớ i ứng suất ở khoảng giữa của vùng đàn hồi nhớ t tuyến

tính.


Mẫu được đo sau 2 tuần, 2 tháng bảo quản ở nhiệt độ phòng.







24

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1. Đánh giá cảm quan về kem dạng nhũ tương dầu trong nước

Các mẫu TSC18, TSCSA, và TSC16 ngay sau khi bào chế có dạng bán

r ắn màu tr ắng đục. Tuy nhiên, sau khi bảo quản ở nhiệt độ phòng mẫu

TSC16 dần chuyển sang dạng lỏng màu tr ắng sữa sau hai tháng. Đối vớ i hệ

TSC18 và TSCSA, không có sự thay đổi nào đáng kể về mặt cảm quan đượ c

phát hiện trong vòng hai tháng bảo quản ở nhiệt độ phòng.

3.2. Phương pháp phân tích nhiệt

3.2.1. DSC

K ết quả phép đo DSC được đánh giá về mặt định tính cũng như định

lượ ng. Vớ i hệ ba thành phần Tween 80 - alcol béo – nước, phép đo này cung

cấp các thông tin liên quan đến quá trình chuyển pha trong quá trình bào chế

cũng như bảo quản mẫu (chuyển dạng thù hình của alcol béo và nóng chảy

của mạng gel).

3.2.1.1. Lựa chọn thông số

3.2.1.1.1. Lựa chọn khối lượng mẫu

Hình 12 biểu diễn sự ảnh hưở ng của khối lượ ng mẫu đến k ết quả đo

DSC (nhiệt độ và enthalpy của pic). Trong chu k ỳ gia nhiệt đầu tiên, có sự

xuất hiện của một pic thu nhiệt tù tại nhiệt độ 54oC tương ứng vớ i sự nóng

chảy của các tinh thể hydrat hóa CSA và sự nóng chảy của mạng gel. Vớ i

khối lượ ng mẫu ≥ 8 mg, tín hiệu đườ ng nền thu đượ c khá ổn định ở các chu

k ỳ gia nhiệt. Ở chu k ỳ làm lạnh mẫu, trên phổ DSC có sự xuất hiện của 2 pic

lần lượ t tại nhiệt độ 50,23oC và 41,87oC tương ứng vớ i sự hình thành tinh thể

hydrat hóa của CSA và hình thành mạng gel của hệ ba thành phần Tween 80







25

– CSA – nướ c. Tuy nhiên, thao tác chuẩn bị mẫu sẽ thuận lợi hơn vớ i khối

lượ ng mẫu 10 mg.

Hình 12. Phổ đườ ng DSC các mẫ u khảo sát khố i lượ ng.

3.2.1.1.2. Lựa chọn tốc độ gia nhiệt

Hình 13 biểu diễn sự ảnh hưở ng của tốc độ gia nhiệt đến k ết quả đo

DSC (nhiệt độ và enthalpy của pic). Mặc dù không ảnh hưở ng nhiều đếnnhiệt độ và enthalpy của pic trong cả hai chu k ỳ tăng nhiệt độ, sự hình thành

tinh thể hydrat hóa của CSA trong chu k ỳ giảm nhiệt độ chỉ xuất hiện vớ i tốc

độ 10°C/phút.







26

Hình 13. Phổ đườ ng DSC các mẫ u khảo sát t ốc độ gia nhiệt.







27

3.2.1.2. Ứng dụng đo

Phổ DSC của các alcol béo và hệ ba thành phần tương ứng ngay sau khi

bào chế và sau một tháng bảo quản ở nhiệt độ phòng đượ c thể hiện trong hình14-18.

Cetyl alcol nguyên chất cho một pic thu nhiệt tù, bất đối xứng vớ i bờ vai

ở phía bên phải trong khoảng từ 46 đến 64oC và đỉnh pic ở 54,19oC. Trong

chu k ỳ làm lạnh, phổ nhiệt xuất hiện hai pic chồng chậ p vào nhau vớ i khoảng

nhiệt độ thấp hơn so vớ i chu k ỳ thứ nhất, trong khoảng 32 và 48oC (hình 14-

15).Vớ i TSC16, một pic tù, bất đối xứng ở 54,33oC cũng xuất hiện ngay

trong ngày bào chế. Sau một tháng bảo quản, trên phổ nhiệt xuất hiện thêm

một pic thu nhiệt ở 41,16oC. Mặc dù trong chu k ỳ làm lạnh xuất hiện thêm

một tín hiệu phức tạ p do sự chồng chậ p của một số pic trong khoảng nhiệt độ

từ 37 đến 50oC, trong chu k ỳ tái tăng nhiệt một pic tương tự như pic thu nhiệt

ở chu k ỳ nhiệt đầu tiên về khoảng nhiệt độ, nhiệt độ pic và giá tr ị enthalpy đã

xuất hiện (hình 14, 16).

Đối vớ i stearyl alcol nguyên chất, có xuất hiện hai pic thu nhiệt bao gồm

một pic nhỏ và tù ở 45,6oC và một pic lớ n và nhọn ở 59,27oC. Tuy nhiên, chỉ

một pic thu nhiệt tù xuất hiện ở 58,9oC trên phổ nhiệt của mẫu TSC18 ngay

ngày bào chế. Tương tự như mẫu TSC16, sau một tháng bảo quản, k ết quả

cho thấy hai pic ngay cạnh nhau tại 59,22 và 64,54oC. Pic ở vùng nhiệt độ

thấ p có enthalpy tuyệt đối lớn hơn gấ p bốn lần so vớ i pic ở vùng nhiệt độ cao.







28

Hình 14. Phổ DSC của chu k ỳ nhiệt đầu tiên của cetyl alcol, TSC16 ngay sau

khi bào chế và sau một tháng bảo quản.

Hình 15. Phổ DSC của chu k ỳ nhiệt thứ hai của cetyl alcol.

Hình 16. Phổ DSC của chu k ỳ nhiệt thứ hai (đường màu đỏ ) và chu k ỳ nhiệt

thứ ba (đườ ng màu xanh) của TSC16 sau 1 tháng bảo quản.







29

Hình 17. Phổ DSC của chu k ỳ nhiệt đầu tiên của stearyl alcol, TSC18 saukhi bào chế và sau 1 tháng bảo quản.

Hình 18. Phổ DSC của chu k ỳ nhiệt đầu tiên của hỗ n hợ p cetyl và stearyl

alcol (t ỷ l ệ 1:1), TSCSA sau khi bào chế và sau 1 tháng bảo quản.

Đối vớ i hỗn hợp đồng lượ ng của cetyl và stearyl alcol (50:50, khối

lượ ng/khối lượ ng), chỉ có một pic thu nhiệt, tù xuất hiện trong khoảng nhiệt

độ 50 và 64oC với đỉnh pic ở 58,39oC. Pic này cũng đượ c ghi lại trên phổ

nhiệt của hệ ba thành phần tương ứng TSCSA trong ngày đầu tiên sau bào chế

và không đổi sau một tháng bảo quản ở nhiệt độ phòng.

3.2.2. TGA


K ết quả phép đo TGA được đánh giá về mặt định tính cũng như định

lượ ng. Sự có mặt của nướ c liên k ết trong hệ đượ c khẳng định nhờ sự xuất







30

hiện của điểm uốn trên đườ ng cong TGA hay một pic phụ bên cạnh pic

chính khi k ết thúc quá trình thoát hơi nướ c trên đường đạo hàm bậc nhất của

đườ ng cong TGA (DTG). Nhiệt độ điểm uốn hay nhiệt độ pic và hình dạng pic qua các lần đo lặ p lại phải ổn định để làm cơ sở cho phép bán định lượ ng

tỷ lệ nướ c liên k ết và nướ c tự do trong hệ. Cho tới nay, có ba phương pháp

đượ c sử dụng để đánh giá tỷ lệ % nướ c liên k ết trong hệ: phương pháp điểm

uốn, phương pháp diện tích dưới đường cong và phương pháp hiệu chỉnh vớ i

mẫu tr ắng [11].

Theo phương pháp điểm uốn, % khối lượ ng nước bay hơi tính từ nhiệt

độ bắt đầu đến điểm uốn (nếu có) trên đường cong TGA đượ c coi là tỷ lệ

nướ c tự do, phần còn lại từ điểm uốn đến khi k ết thúc quá trình bay hơi là

của nướ c liên k ết. Nếu không xuất hiện điểm uốn trên đườ ng cong TGA thì

coi như toàn bộ nướ c trong hệ là nướ c tự do (hình 19A).

Theo phương pháp diện tích dưới đườ ng cong, tỷ lệ diện tích của phần

dưới đườ ng cong từ nhiệt độ đỉnh pic phụ đến nhiệt độ k ết thúc trên đườ ng

cong DTG đượ c coi là tỷ lệ nướ c liên k ết có trong hệ (hình 19B).

Hình 19. Phương pháp điể m uốn (A) và phương pháp diện tích dưới đườ ng

cong (B) để tính t ỷ l ệ nướ c liên k ế t.

Do trong hệ, nướ c liên k ết và nướ c tự do tồn tại ở tr ạng thái cân bằng

động nên khi nhiệt độ thay đổi, vị trí của cân bằng cũng thay đổi theo. Hơn







31

nữa, k ể từ sau điểm uốn trên đườ ng cong TGA hay nhiệt độ đỉnh pic phụ trên

đườ ng cong DTG, cấu trúc hệ gel thay đổi và nướ c giải phóng không chỉ có

nướ c liên k ết mà có thể bao gồm cả nướ c tự do. Do đó, lượng nước thu đượ c bằng hai cách tính toán như trên không phải là giá tr ị thực tế của hai loại

nướ c trong hệ. Để khắc phục hiện tượng này, ngườ i ta có thể điều chỉnh cách

tính toán bằng cách dùng đườ ng cong DTG của nướ c tinh khiết vớ i vai trò

như mẫu tr ắng để mô tả sự bay hơi của nướ c tự do [11]. Tuy nhiên, đây là

cách làm khá phức tạ p vì phải giả định gần đúng hàm lượng nướ c tự do trong

mẫu và tính tích phân để phân chia phần diện tích dưới đườ ng cong DTG.

Do vậy, trong khóa luận này phương pháp hiệu chỉnh vớ i mẫu tr ắng không

đượ c thực hiện.

3.2.2.1.1. Lựa chọn khối lượng mẫu

Hình 20. Đườ ng cong TGA (nét đứ t) và DTG (nét liề n) của mẫ u 4mg.







32









33


Hình 20-23 biểu diễn đường cong TGA và DTG tương ứng cho các

mẫu vớ i khối lượ ng khác nhau: 4 – 10 mg vớ i tốc độ gia nhiệt 2°C/phút. Khi

nhiệt độ tăng trong chu kỳ đo, nướ c trong mẫu dần bay hơi; khối lượ ng của

mẫu giảm dần theo hàm mũ. Trên đường cong DTG, thườ ng xuất hiện một

pic nhỏ ở trong khoảng nhiệt độ 53 - 54o

C tương ứng vớ i hiện tượng nướ cliên k ết trong mẫu bay hơi ở tốc độ cao nhất; ở nhiệt độ > 70oC luôn có một

pic lớ n xuất hiện tương ứng vớ i hiện tượng nước được bay hơi hoàn toàn

khỏi mẫu.

Vớ i khối lượ ng mẫu ≥ 8 mg sự xuất hiện của pic nhỏ không có độ lặ p

cao. Vớ i khối lượ ng mẫu ≤ 6 mg, hàm lượng nướ c liên k ết trong mẫu đượ c

tính theo cả hai phương pháp: điểm uốn trên đườ ng cong TGA và diện tíchdưới đườ ng cong DTG lần lượ t là 60,3 ± 9,2 (n=3, mẫu 4 mg) và 73,5 ± 2,6

(n=3, mẫu 6 mg). Mẫu có khối lượng 6 mg đượ c lựa chọn cho nghiên cứu

tiế p theo (hình 21) do có k ết quả đo hàm lượng nướ c liên k ết lặ p lại vớ i RSD

≤ 3,5% (n = 3); pic thu đượ c rõ ràng, tương đối cân đối.







34

3.2.2.1.2. Lựa chọn tốc độ gia nhiệt

Tốc độ gia nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc xác định sự phân bố

các loại nướ c trong hệ. Khi gia nhiệt ≥ 10°C, nướ c trong hệ sẽ không k ị p bayhơi hoàn toàn (hình 26); vớ i tốc độ 5°C/phút mặc dù toàn lượng nướ c trong

hệ được bay hơi hoàn toàn nhưng sự xuất hiện của pic tương ứng vớ i quá

trình bay hơi tối đa của nướ c liên k ết có độ lặ p lại thấ p (hình 25).

Hình 24. Đường cong TGA (nét đứ t) và DTG (nét liề n) của mẫ u 2oC/phút.

Hình 25. Đường cong TGA (nét đứ t) và DTG (nét liề n) của mẫ u 5oC/phút.







35

Hình 26 . Đườ ng cong TGA ( nét đứ t) và DTG (nét liề n) của mẫ u 10oC/phút.

Vớ i các k ết quả khảo sát ở trên, thông số đượ c lựa chọn cho phép đo

TGA bằng máy TGA/DSC1 LF/1100/GC10 (Mettler Toledo, Thụy Sĩ) là

khối lượ ng mẫu 6mg, tốc độ gia nhiệt 2oC/phút.


K ết quả TGA của các mẫu TSC18, TSCSA và TSC16 đượ c trình bày

trên hình 28-29 và bảng 6. Các đường cong TGA đều có hình dạng nửa đườ ng

cong parabol cắt tr ục hoành tại nhiệt độ 70oC, tương ứng vớ i một pic trên

đườ ng cong DTG.

Mẫu TSC16 không xuất hiện pic rõ ràng ở ngay ngày đầu bào chế và

trong quá trình bảo quản, chứng tỏ nướ c tồn tại tr ọng hệ chủ yếu dướ i dạng tự

do (hình 27).

Trong khi đó, các pic chậ p vào nhau xuất hiện trên đườ ng cong DTG của

mẫu TSC18 tại các nhiệt độ 65,96, 73,82 và 78,38oC (hình 28) cho thấy hệ

này ngay sau khi bào chế (i) chưa có nướ c liên k ết đượ c cố định bở i pha gel

thân nướ c và (ii) bên cạnh nướ c tự do còn có sự có mặt của một lượng nướ c

của môi trườ ng tồn tại ở tr ạng thái liên k ết mạnh. Sau 4 tuần lượ ng nướ c tự do







36

trong mẫu TSC18 giảm mạnh kèm theo sự xuất hiện một pic ở 58,27oC tương

ứng vớ i sự giải phóng của nướ c liên k ết được lưu giữ bởi pha gel thân nướ c.

Vớ i mẫu TSCSA, một pic ở khoảng 54

o

C xuất hiện trên tất cả đườ ngcong DTG trong suốt thờ i gian bảo quản với cường độ gần như không đổi

chứng tỏ pha gel thân nướ c của hệ này đã hình thành và có khả năng lưu giữ

nướ c ngay sau khi bào chế (hình 29).







37

Hình 27 . Đường cong TGA (màu đen) và DTG (màu xanh) của TSC16.







38

Hình 28. Đườ ng cong TGA (màu đen) và DTG (màu xanh) của TSC18.







39

Hình 29. Đường cong TGA (màu đen) và DTG (màu xanh) của TSCSA.







40

Bảng 6. S ự thay đổi lượng nướ c liên k ết và nướ c t ự do của các mẫ u TSC18,

TSCSA và TSC16 trong một tháng bảo quản

Mẫu

Ban đầu Sau 2 tuần Sau 4 tuần

Nướ c liên k ết (%) Nướ c liên k ết (%) Nướ c liên k ết (%)

TSC18 - - 58,6 ± 2,08

TSCSA 69,8 ± 2,38 70,0 ± 2,35 68,2 ± 2,16

TSC16 - - -

-: không phát hiện được nướ c liên k ết

3.3. Phương pháp lưu biến 3.3.1. Phương pháp trượt liên tục

3.3.1.1. Lựa chọn lượng mẫu

Để khảo sát ảnh hưở ng của khối lượ ng mẫu đến k ết quả đo lưu biến,

mẫu đượ c tiến hành đo ở lượ ng vừa đủ, thiếu hoặc dư khoảng 20% vớ i thờ i

gian mỗi chu k ỳ là 5 phút (hình 30). Vớ i khối lượ ng mẫu đượ c lựa chọn, thờ i

gian đo mỗi chu k ỳ được thay đổi qua các giá tr ị: 300, 150, 100 và 50 giây.

Hình 30. Lượ ng mẫ u thiếu, dư và vừa đủ cho phép đo lưu biế n vớ i côn – đĩa

[7].







41

Hình 31. K ế t quả đo trượ t liên t ục vớ i khối lượ ng mẫ u thừ a và chu k ỳ đo

300s.

Hình 32. K ế t quả đo trượ t liên t ục vớ i khối lượ ng mẫu đủ và chu k ỳ đo 300s.







42

Hình 33. K ế t quả đo trượ t liên t ục vớ i khối lượ ng mẫ u thiế u và chu k ỳ đo

300s.

Khi tăng tốc độ tr ượ t cấu trúc của vật liệu thay đổi, dẫn đến đáp ứng

của hệ thể hiện qua ứng suất trượt thay đổi. Khi giảm tốc độ trượ t, cấu trúccủa hệ đượ c phục hồi. Sở dĩ hệ có hiện tượ ng này là do các tiểu phân trong

hệ liên k ết vớ i nhau qua nhiều loại lực: liên k ết hydro, tương tác Van der

Waals. Đây là những liên k ết yếu nên chúng dễ dàng bị phá vỡ khi tăng tốc

độ trượ t tác dụng lên hệ. K ết quả là độ nhớ t của hệ giảm, hệ chuyển từ tr ạng

thái gel sang sol. Đây là một quá trình thuận nghịch nên khi giảm tốc độ

trượ t, các liên k ết trên hình thành tr ở lại, cấu trúc của hệ đượ c phục hồi; tuynhiên hệ không tr ở về tr ạng thái ban đầu đượ c nữa thể hiện qua sự khác biệt

của giá tr ị ứng suất trượ t.

Đườ ng cong chảy của các mẫu đều có tính chất thixotropy (đường tăng

tốc độ trượ t ở bên tay phải đườ ng giảm tốc độ trượ t) nên hệ ba thành phần

Tween 80 – alcol béo – nướ c là loại vật liệu chảy lỏng [10].







43

Với các lượ ng mẫu khác nhau có sự khác biệt về vị trí và phần diện tích

của đườ ng cong chảy (hình 31-33). Khi tiến hành đo 5 lần, phươ ng pháp cho

độ lặ p của độ nhớ t biểu kiến tốt nhất (RSD = 2,56%) khi lượ ng mẫu vừa đủ (hình 32).

3.3.1.2. Lựa chọn thời gian một chu kì

Hình 34. K ế t quả phép đo trượ t liên t ục vớ i các thờ i gian mỗ i chu k ỳ khác

nhau (tăng tốc độ trượ t - nét liề n và giảm t ốc độ trượ t - nét đứ t).

Thờ i gian của mỗi chu k ỳ không làm thay đổi đáng kể diện tích của

đườ ng cong chảy (hình 34). Các đườ ng cong chảy đều có độ lặ p tốt (RSD <

2,35%) nếu thờ i gian trong một chu k ỳ trong khoảng 100 – 300s. Tuy nhiên,

chu k ỳ vớ i 300s số các giá tr ị ứng suất đo đượ c là lớ n nhất (gần 600 giá tr ị).

Do vậy, phép đo lưu biến ở chế độ trượ t liên tục có điều kiện thích hợ p là

lượ ng mẫu phải vừa đủ (1,4 ml mẫu) và thờ i gian một chu kì đo tiến hành

trong 300s.


Đườ ng cong chảy của tất cả các mẫu đượ c trình bày trên hình 35-37. Các

đườ ng cong chảy đều có dạng vòng tr ễ (hysteresis loop) ngượ c chiều kim







44

đồng hồ. Ứ ng suất trượ t ở các đườ ng cong chảy giảm mạnh vớ i hai mẫu

TSC16 và TSC18 tại thời điểm 2 tháng. Sự biến thiên của độ nhớ t tại tốc độ

trượ t 100/s và giá tr ị điểm chảy của các mẫu có xu hướng tăng mạnh trong 1tuần đầu sau khi đượ c bào chế và giảm dần trong thờ i gian bảo quản 2 tháng

(hình 38, 39). Mẫu TSCSA luôn có độ nhớ t và giá tr ị điểm chảy cao nhất

trong thờ i gian bảo quản.

Hình 35. Đường cong trượ t liên t ục của TSC18 qua các thờ i gian bảo quản.







45

Hình 36 . Đường cong trượ t liên t ục của TSCSA qua các thờ i gian bảo quản.

Hình 37. Đường cong trượ t liên t ục của TSC16 qua các thờ i gian bảo quản.







46

Hình 38. K ế t quả độ nhớ t biể u kiế n của các mẫ u kem theo thờ i gian bảo

quản.

Hình 39. K ế t quả điể m chả y của ba mẫ u kem theo thờ i gian bảo quản.

3.3.2. Phương pháp dao động


Để đảm bảo ứng suất dao động sử dụng không phá hủy cấu trúc của vật

liệu, trước khi đo ngườ i ta phải thực hiện một phép thử sàng lọc xác định







47

thờ i gian cân bằng và vùng đàn hồi nhớ t tuyến tính của vật liệu. Thờ i gian

cân bằng là thờ i gian cần thiết để cấu trúc của mẫu ổn định từ thời điểm bắt

đầu tác dụng ngoại lực lên hệ [16]. Thời điểm khi mô đun đàn hồi G’ ổn địnhlà cơ sở để xác định thờ i gian cân bằng của hệ. Trong phép đo dao động lưu

biến, ngoại lực liên tục tác động lên mẫu nhưng không được phép vượ t quá

một lực đủ lớ n có thể phá vỡ cấu trúc của mẫu. Ứ ng suất phải nằm trong một

khoảng giớ i hạn cho phép để giá tr ị mô đun đàn hồi tương đối ổn định.

Khoảng giớ i hạn đó đượ c gọi là vùng đàn hồi nhớ t tuyến tính (Linear

Vicoelastic Region - LVR). Cơ sở để xác định vùng đàn hồi nhớ t tuyến tính

của mẫu trong một khoảng tần số nhất định là k ết quả đo của mẫu tại hai giá

tr ị tần số lớ n nhất và nhỏ nhất (giá tr ị tần số biên).

Một cách cụ thể, trong phép thử này tại hai giá tr ị tần số biên của

khoảng tần số đượ c chọn, ứng suất tác động lên mẫu được thay đổi trong

khoảng nhất định và sự thay đổi của các tính chất lưu biến (môđun đàn hồi

G’) theo ứng suất đượ c ghi lại. Vùng ứng suất đảm bảo giá tr ị của môđun

đàn hồi thay đổi không đáng kể ở cả tần số lớ n nhất và nhỏ nhất của khoảng

khảo sát đượ c lựa chọn.







48

3.3.2.1.1. Xác định thời gian cân bằng

Hình 40. S ự thay đổi môđun đàn hồi theo thờ i gian của hệ ba thành phần.

K ết quả khảo sát sự thay đổi của giá tr ị mô đun đàn hồi cho thấy giá tr ị

này có xu hướng tăng dần theo thời gian cho đến khoảng 500 giây; đây là

khoảng thờ i gian cần thiết để mẫu tái ổn định cấu trúc sau khi đượ c cho lên

thiết bị. Sau 500 giây mô đun đàn hồi gần như không thay đổi, cấu trúc củamẫu lúc này đã tương đối ổn định. Do vậy, 500s đượ c lựa chọn là khoảng

thờ i gian cần thiết để hệ cân bằng.

3.3.2.1.2. Xác định vùng đàn hồi nhớt tuyến tính

Vùng đàn hồi nhớ t tuyến tính của các mẫu được xác định trong khoảng

tần số dao động từ 0,01 Hz đến 10 Hz bằng cách theo dõi sự biến thiên của

Mô-đun đàn hồi ở cả hai tần số biên 0,01 Hz và 10 Hz vớ i ứng suất trong

khoảng 0,1 – 100 Pa (hình 41-44).







49

Hình 41. K ế t quả khảo sát khoảng đàn hồi ở 0,01Hz trên các mẫ u TSC16,

TSC18, TSCSA sau hai tuần bảo quản.

Hình 42. K ế t quả khảo sát khoảng đàn hồi ở 10Hz trên các mẫ u TSC16,

TSC18, TSCSA sau hai tuần bảo quản.







50

Hình 43. K ế t quả khảo sát khoảng đàn hồi ở 0,01Hz trên các mẫ u TSC18,TSCSA sau hai tháng bảo quản.

Hình 44. K ế t quả khảo sát khoảng đàn hồi ở 10Hz trên các mẫ u TSC18,

TSCSA sau hai tháng bảo quản.

K ết quả khảo sát thờ i điểm 2 tuần cho thấy 1 – 10 Pa là vùng đàn hồi

tuyến tính vớ i các mẫu trong 2 tuần sau khi bào chế. Thời điểm 2 tháng, hai

mẫu TSCSA và TSC18 vẫn giữ được vùng đàn hồi tuyến tính trong khoảng 1







51

– 10Pa, tuy nhiên mẫu TSC16 không cho giá tr ị mô-đun đàn hồi ổn định

trong khoảng ứng suất khảo sát. Do vậy, giá tr ị ứng suất đượ c lực chọn cho

chế độ đo dao động quét tần số giữa khoảng 0,01 – 10 Hz là 5 Pa.3.3.2.2. Ứng dụng đo

Trong 2 tháng bảo quản, TSCSA luôn có mô-đun đàn hồi và độ nhớ t

cao hơn TSC18 (hình 45-48). Thời điểm 2 tuần, TSC16 là hệ có mô-đun đàn

hồi và độ nhớ t gần bằng TSC18 trong khoảng tần số 0,1 - 10 Hz. Tuy nhiên,

các giá tr ị này của TSC16 không được xác định sau 2 tháng bảo quản do

vùng đàn hồi nhớ t tuyến tính của hệ không tồn tại một cách rõ ràng vớ i giátr ị ứng suất 5 Pa đượ c lựa chọn (hình 43-44).

Hình 45. Biế n thiên mô đun đàn hồi theo t ần số của ba mẫ u kem sau khi bảo

quản 2 tuần.







52

Hình 46. Biế n thiên độ nhớ t theo t ần số của ba mẫ u kem sau khi bảo quản 2tuần.

Hình 47. Biế n thiên mô đun đàn hồi theo t ần số của TSCSA và TSC18 sau

khi bảo quản 2 tháng.







53

Hình 48. Biế n thiên độ nhớ t theo t ần số của TSCSA và TSC18 sau khi bảoquản 2 tháng.







54

CHƯƠNG 4. BÀN LUẬN

Để bào chế hệ ba thành phần Tween 80 – alcol béo – nướ c, cetyl và

stearyl alcol đượ c sử dụng vớ i vai trò chất lưỡ ng tính thân dầu. Đây là hai

chất trong dãy đồng đẳng của rượu no đơn chức vớ i 16 (cetyl alcol) và 18

(stearyl alcol) nguyên tử carbon trong phân tử. Hai alcol béo này ở dạng

nguyên chất có ít nhất ba dạng thù hình là α, β, γ. Ở nhiệt độ thấ p, chúng có

thể tồn tại ở dạng β hoặc γ hoặc cả hai dạng vớ i chuỗi hydrocarbon không

xoay (dạng β) hoặc nghiêng (dạng γ). Ở nhiệt độ cao, dạng β hoặc γ sẽ chuyển

thành dạng α có chuỗi hydrocarbon xế p theo cụm sáu cạnh, cấu hình trans vàquay xung quanh tr ục phân tử. Dạng α không bền trên khoảng nhiệt độ r ộng,

và sẽ đượ c thay thế bở i dạng lỏng ở nhiệt độ nóng chảy. Nhiệt độ nóng chảy

tăng lên khi khối lượ ng phân tử của alcol tăng lên. Vớ i cetostearyl alcol (hỗn

hợ p của cetyl và stearyl alcol), nhiệt độ chuyển dạng thấp hơn và vùng

chuyển dạng thù hình đượ c mở r ộng.

Các nghiên cứu trước đây đã xác nhận tín hiệu chuyển dạng thù hình vànóng chảy trên phổ DSC có thể tách thành hai pic riêng biệt và pic ở khoảng

nhiệt độ thấp hơn là pic chuyển dạng thù hình [6, 8, 17]. Điều này cũng hoàn

toàn phù hợ p vớ i k ết quả đo DSC trong nghiên cứu này. Ở chu k ỳ tăng nhiệt

đầu tiên trong phép đo DSC của cetyl alcol (khoảng 46 – 64oC) và hỗn hợ p

đồng lượ ng cetostearyl (khoảng 50 - 64oC), pic thu nhiệt tù là sự chồng chậ p

tín hiệu của sự chuyển dạng thù hình , - và nóng chảy của dạng (hình14-18). Tuy nhiên, vớ i stearyl alcol sự chuyển dạng thù hình , - xảy ra ở

nhiệt độ 45,60oC và tín hiệu nóng chảy của dạng xuất hiện ở 59,27oC dướ i

dạng hai pic tách biệt (hình 17). Trong chu k ỳ giảm nhiệt của cetyl alcol dạng

lỏng, hai pic không tách biệt nhau xuất hiện ở 43 và 37oC thể hiện sự chuyển

dạng -, và k ết tinh lại. Nhiệt độ k ết tinh thấp hơn so vớ i nhiệt độ nóng







55

chảy có thể do ảnh hưở ng của sự “quá làm lạnh” (undercooling) và hiện

tượng này cũng cho thấy sự tạo thành của tinh thể r ắn thay vì tinh thể lỏng.

Theo lý thuyết [7], hệ ba thành phần Tween 80 – alcol béo – nướ c có cấutrúc mạng gel vớ i ít nhất ba pha cùng tồn tại: (i) pha gel thân nướ c bao gồm

các lớ p kép của chất diện hoạt và alcol béo; và nướ c đượ c cố định giữa các

lớp kép (nướ c liên k ết); (ii) nướ c tự do cân bằng với nướ c liên k ết trong pha

gel thân nướ c; (iii) pha gel thân dầu đượ c tạo thành từ lượ ng alcol béo dư,

không tham gia tạo pha gel thân nướ c. Tín hiệu DSC của các hệ ba thành

phần TSCSA, TSC16 và TSC18 cho thấy sự có mặt của mạng gel ngay sau

khi các hệ này đượ c bào chế (hình 14, 17, 18). Pic tù thu nhiệt xuất hiện trong

khoảng 54 - 58oC biểu diễn sự nóng chảy của alcol béo phá vỡ cấu trúc của

mạng gel. Khi mẫu đượ c bảo quản 1 tháng ở nhiệt độ phòng, vớ i hệ TSCSA

pic này không thay đổi đáng kể về nhiệt độ và enthalpy. Trái lại, hai pic thu

nhiệt đã đượ c phát hiện trên phổ DSC của TSC16 và TSC18 (pic ở nhiệt độ

thấ p biểu diễn sự chuyển dạng thù hình , -; pic ở nhiệt độ cao biểu diễn sự

nóng chảy của alcol béo) chứng tỏ cấu trúc mạng gel đã bị phá vỡ trong các

hệ này. Đáng chú ý, nhiệt độ nóng chảy của mạng gel trong TSC18 đã tăng

đáng kể so vớ i thời điểm hệ mới đượ c bào chế (từ 58,90oC đến 64,54oC).

Mặc dù sự có mặt của mạng gel ngay sau khi bào chế đã đượ c chứng

minh bằng phép đo DSC, các hệ TSCSA, TSC16 và TSC18 có khả năng lưu

giữ nướ c hoàn toàn khác nhau (hình 28, bảng 6). Với TSCSA, % nướ c liên

k ết đượ c duy trì khá ổn định (khoảng 70% tổng lượng nướ c) k ể từ khi đượ c

bào chế cho đến khi đượ c bảo quản 1 tháng ở nhiệt độ phòng. Ngượ c lại, vớ i

TSC16 và TSC18 ngay sau khi bào chế nướ c tồn tại chủ yếu ở dạng tự do

không lưu giữ và dạng hydrat hóa. Trong quá trình bảo quản, nướ c liên k ết

chỉ xuất hiện trong TSC18 (khoảng 60% tổng lượng nước) đã chứng tỏ mạng

gel của TSC16 hoàn toàn không có khả năng lưu giữ nước dướ i dạng liên k ết.







56

Trong nghiên cứu này, đo lưu biến đượ c sử dụng để đánh giá độ chắc

chắn (độ nhớt, độ đàn hồi) của các hệ ba thành phần TSCSA, TSC16 và

TSC18. K ết quả đo đườ ng cong chảy cho thấy các hệ đều có độ nhớ t biểukiến (xác định tại ứng suất trượ t lớ n nhất, 100 s-1) và điểm chảy tăng nhiều

trong phạm vi 2 tuần sau khi đượ c bào chế (hình 38, 39). Các thông số này

không thay đổi nhiều trong quá trình bảo quản tiếp theo. Điều này có thể

đượ c giải thích bở i quá trình hydrat hóa của các chuỗi polyoxyethylene trong

phân tử Tween 80 thườ ng diễn ra chậm ở điều kiện nhiệt độ phòng. Do vậy,

cấu trúc của mạng gel đượ c hình thành chủ yếu trong quá trình bảo quản

cùng vớ i sự tái phân bố các phân tử Tween 80 trong mạng gel. Sau 2 tháng

bảo quản, TSCSA có độ nhớ t biểu kiến lớn hơn TSC16 và TSC18. Kết quả

này cũng phù hợ p với phép đo dao động xác nhận TSCSA là hệ có cấu trúc

bán r ắn chắc chắn nhất (độ nhớt và độ đàn hồi lớ n nhất). Đáng chú ý, phép

đo dao động cũng tái khẳng định sự phá vỡ cấu trúc của mạng gel trong

TSC16 sau 2 tháng bảo quản (không xác định đượ c vùng nhớt đàn hồi tuyến

tính) (hình 43, 44).







57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

* Dựa vào kết quả nghiên cứu của đề tài, chúng tôi đã rút ra một số nhận

xét như sau:

- Lựa chọn được các thông số phù hợp cho phép đo phân tích nhiệt và

lưu biến để nghiên cứu các đặc điểm vật lý của hệ ba thành phần Tween 80 –

alcol béo – nước:

DSC: Khối lượ ng mẫu 10 mg; khoảng nhiệt độ đo 25oC đến 85oC vớ i

tốc độ gia nhiệt 10oC/phút.

TGA: Khối lượ ng mẫu 6 mg; khoảng nhiệt độ đo 25oC đến 105oC vớ itốc độ gia nhiệt 2 oC/phút.

Đo lưu biến kiểu trượ t liên tục: Lượ ng mẫu 1,4 ml; thờ i gian một chu

k ỳ đo là 300 s (tốc độ trượ t trong khoảng 0,3 s-1 đến 100 s-1).

Đo lưu biến kiểu dao động: Thờ i gian cân bằng 500 s; Khoảng đàn hồi

tuyến tính ở hai tần số 0,01 Hz và 10 Hz vớ i ứng suất khảo sát trong khoảng

0,1 Pa – 100 Pa là 1 Pa – 10 Pa. Phép đo lưu biến kiểu dao động đượ c thựchiện ở ứng suất dao động 5 Pa nằm trong khoảng đàn hồi tuyến tính.

- Đánh giá được độ ổn định vật lý của hệ ba thành phần Tween 80 –

alcol béo – nước được bào chế từ các loại alcol béo (cetyl, stearyl,

cetostearyl):

+ Các hệ đều có cấu trúc mạng gel vớ i sự tồn tại của ít nhất ba pha: i)

pha gel thân nướ c bao gồm các lớ p kép của chất diện hoạt và alcol béo; vànước đượ c cố định giữa các lớp kép (nướ c liên k ết); (ii) nướ c tự do cân bằng

với nướ c liên k ết trong pha gel thân nướ c; (iii) pha gel thân dầu đượ c tạo

thành từ lượng alcol béo dư, không tham gia tạo pha gel thân nướ c

+ Trong quá trình bảo quản, các hệ đều có chung xu hướng thay đổi độ

ổn định vật lý: tăng mạnh độ nhớ t trong vòng 2 tuần đầu và ít thay đổi trong

các tuần tiế p theo (hệ đượ c bào chế từ cetostearyl và stearyl alcol) do quá







58

trình hydrat hóa chuỗi polyoxyethylene trong phân tử Tween 80 diễn ra chậm

ở nhiệt độ phòng và sự tái cấu trúc các phân tử Tween 80 trong mạng gel hoặc

bị phá vỡ cấu trúc mạng gel (hệ đượ c bào chế từ cetyl alcol) do quá trìnhchuyển dạng thù hình của alcol béo từ dạng sang dạng ,.

+ Hệ đượ c bào chế từ cetostearyl alcol có độ nhớt và độ đàn hồi cao nhất

và khả năng lưu giữ nướ c ở dạng liên k ết lớ n nhất.

* Trên cơ sở những kết quả đạt được, chúng tôi có một số kiến nghị như

sau:

- Đẩy mạnh ứng dụng phép đo phân tích nhiệt và lưu biến để đánh giá độ

ổn định vật lý của các chế phẩm dạng bán rắn.

- Tiếp tục nghiên cứu phát triển hệ ba thành phần Tween 80 – cetostearyl

alcol – nước để làm chất nền cho kem bôi ngoài da.







TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Ballmann, C., Mueller, B.W., (2008), "Stabilizing effect of cetostearyl

alcohol and glyceryl monostearate as co-emulsifiers on hydrocarbon-freeO/W glyceride creams", Pharmaceutical Development and Technology,

13(5), 433-445.

2. Barnes, H.A., J.F. Hutton, and Walters, K., (1989), "An introduction to

rheology", Elsevier Science Publishers, Amsterdam, 147-152.

3. De Vringer, T., Joosten, J., Junginger, G.H., H.E., (1986), “A study of the

gel structure in a nonionic o/w cream by diff erential scanning calorimetry”,

Colloid Polymer Sci, 264, 691-700.

4. Dinger, D. R., (2002), "Rheology for Ceramists", Dinger Ceramic

Consulting Services, 112-124.

5. Eccleston, G.M., (1976), “The structure and rheology of pharmaceutical

and cosmetic creams. Cetrimide creams, The influence of alcohol chainlength and homolog composition”, Journal of Colloidal and Interface

Science, 57, 66-74.

6. Eccleston, G.M., (1985), “Phase transition in ternary systems and in oil-

in water emulsions containing cetrimide and fatty alcohols”, Int. J. Pharm.

27, 311-3237. Eccleston, G.M., (1997), "Functions of mixed emulsifiers and

emulsifying waxes in dermatological lotions and creams", Colloids and

Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 123 – 124(0),169-

182.







8. Fukushima, S., M. Takahashi, and Yamaguchi, M. (1976), "Effect of

cetostearyl alcohol on stabilization of oil-in-water emulsion", Journal of

Colloid and Interface Science, 57(2), 201-206.9. Gandolfo, F.G., Bot, A., and Flöter, E. (2003), "Phase diagram of

mixtures of stearic acid and stearyl alcohol", Thermochimica Acta, 404(1 –

2), 9-17.

10. Herh, P., et al (1998), "The rheology of pharmaceutical and cosmetic

semisolids", American laboratory, 30(15),12-14.

11. Junginger, H., Akkermans, A.A.M.D., and Heering, W. (1984), "The

ratio of interlamellarly fixed water to bulk water in O/W creams", Journal

of the Society of Cosmetic Chemists, 35(1), 45-47.

12. Kónya, M., et al. (2003), "Study of the microstructure of o/w creams

with thermal and rheological method", Journal of Thermal Analysis and

Calorimetry, 73(2), 623-632.

13. Kónya, M., et al., (2007), "X-ray investigation of the role of the mixed

emulsifier in the structure formation in o/w creams", Colloid and Polymer

Science, 285(6), 657-663.

14. Masmoudi, H. et al., (2006), "A rheological method to evaluate the

physical stability of highly viscous pharmaceutical oil-in-water emulsions",

Pharmaceutical Research, 23(8), 1937-1947.

15. Nakarapanich, J., et al., (2001), "Rheological properties and structuresof cationic surfactants and fatty alcohol emulsions: effect of surfactant

chain length and concentration", Colloid and Polymer Science, 279(7), 671-

677.

16. RheoTec Messtechnik GmbH, An introduction to rheology: Basic,

Ottendorf-Okrilla, Germany, 2-48.







17. Ribeiro, H., Morais, J. (2004), "Structure and rheology of semisolid o/w

creams containing cetyl alcohol/non‐ionic surfactant mixed emulsifier and

different polymers", International journal of cosmetic science, 47-59.18. Rowe, R.C., et al.(2009), "Handbook of pharmaceutical excipients",

Pharmaceutical press, London. 753-762.

19. Savic, S., et al. (2005), "Colloidal microstructure of binary systems and

model creams stabilized with an alkylpolyglucoside non-ionic emulsifier",

Colloid and Polymer Science, 283(4), 439-451.

20. Savic, S., et al., (2009), "Topical vehicles based on naturalsurfactant/fatty alcohols mixed emulsifier: The influence of two polyols on

the colloidal structure and in vitro/in vivo skin performance", Journal of

Pharmaceutical Sciences, 98(6), 2073-2090.

21. Walters, K.A., Brain, K.R. (2002), "Dermatological formulation and

transdermal systems", Drugs and the pharmaceutical sciences, 119, 319-

400.

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHONWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

Documents

Đánh giá độ ổn định của kem dạng nhũ tương dầu trong nước bằng một số kỹ thuật vật lý