Rheological stability of carbomer in hydroalcoholic gels: Influence of alcohol type.

OBJECTIF: L'objectif principal de cet article est d'analyser et de tenter de comprendre la nature des changements rhéologiques observés et la dynamique des gels hydroalcooliques Carbopol NF 980 neutralisés spécifiquement par l'amine triéthanol (TEA), à la fois en fonction du temps et du type d'alcool pour sonder les stabilités temporelles et les effets du vieillissement dans de tels systèmes de gel carbopol. Les changements rhéologiques et la dynamique de 3 systèmes de gel de carbopol ont été observés ; les gels comprenaient un gel à base d'eau, d'éthanol et d'alcool isopropylique. On espère que cette étude éclairera la nature dynamique et l'évolution microstructurale de ces systèmes de gel en réseau, qui ont été maintenus dans des conditions isothermes fermées et laissés complètement imperturbables. Les résultats expérimentaux peuvent fournir les informations nécessaires pour comprendre et proposer des mécanismes plausibles guidant ce comportement dynamique dans les gels hydroalcooliques de carbopol. MÉTHODE: Un rhéomètre TA mécanique a été utilisé pour mesurer la viscosité, le module de stockage et de perte, et un pH-mètre a été utilisé pour déterminer les changements dans chaque échantillon au cours de la période. RÉSULTATS: L'étude des différences dans les structures du gel lors de la préparation initiale a montré que les gels d'éthanol et d'alcool isopropylique (IPA) différaient du gel à base d'eau en termes de viscosité, G' et G'' le gel IPA affichant les valeurs de viscosité et de modules les plus faibles pour tous les taux de cisaillement. Les trois systèmes de gel présentaient de fortes caractéristiques d'amincissement par cisaillement et rappelaient le type de contrainte d'élasticité que l'on trouve dans les gels colloïdaux. Le gel à base d'eau par rapport aux gels hydroalcooliques était fortement dominé par G', l'ampleur de la différence entre G' et G'' présentant une importance beaucoup plus élevée. Cela reflète le fait que la formation initiale de la structure de gel à base d'eau possède une structure beaucoup plus rigide avec un composant de module élastique élevé dominant. Cela suggère également que la structure du gel à base d'eau présentait des interactions plus fortes entre les particules de carbopol par rapport à celles des gels hydroalcooliques. Au cours de la période de 30 jours, il a été observé que l'éthanol et les gels à base d'eau n'ont révélé aucun changement de viscosité appréciable, avec seulement un changement approximatif de 12% et 7% du jour 1 au jour 30, respectivement. Il a été observé que la viscosité des systèmes IPA a considérablement augmenté au cours de la période, avec un changement d'environ 77% du jour 1 au jour 30. Les gels à base d'eau et d'éthanol ont également montré un comportement rhéologique très similaire sur toute la période, G' dominant G''. Les valeurs G'' des gels à base d'eau et d'éthanol ont légèrement diminué à la fin de la journée 30 de 10% et 16%, respectivement, tandis que les valeurs G' pour chaque échantillon sont restées essentiellement inchangées, n'augmentant que de 0,06% pour le gel à base d'eau et augmentant de 1,4% pour le gel à base d'éthanol. Cela confirme en outre les structures de gel relativement stables atteintes. Pour le système de gel isopropylique, le module de stockage du système a montré une augmentation moyenne d'environ 16% du jour 1 au jour 30, mais il est intéressant de noter que le module de perte variait le moins parmi tous les systèmes de gel, avec seulement une augmentation de 3%. L'augmentation de G' reflète l'évolution d'une structure plus rigide au jour 30 pour le gel IPA. Cette observation est clairement cohérente avec l'augmentation correspondante de la viscosité observée dans le gel IPA. Aucun des gels testés n'a montré un pH constant sur la période. Le pH des gels hydroalcooliques était supérieur à celui du gel à base d'eau pendant la majeure partie de la période. Les plus grandes fluctuations de pH ont été observées pour les gels d'eau et d'IPA, même si le gel à base d'eau avait l'un des profils rhéologiques les plus stables parmi les échantillons testés. Le pH de l'eau, de l'éthanol et des gels IPA a augmenté d'environ 25%, 6% et 5%, respectivement, du jour 1 au jour 30. CONCLUSION: L'étude rhéologique et pH des 3 systèmes de désinfectant pour les mains sur une période de 30 jours a permis d'obtenir des informations rationnelles sur les raisons plausibles responsables des changements rhéologiques observés dans ces systèmes non perturbés. Pour le gel à base d'eau, nous émettons l'hypothèse que les changements observés sont dus au vieillissement physique, où la structure du gel a évolué au fil du temps pour éventuellement progresser vers une structure plus stabilisée. Le pH du gel lors de la formation était dans la partie inférieure. Un pH aussi bas influence la formation d'un gel, qui est comparativement moins gonflé et occupe un volume légèrement inférieur, et indique ainsi une structure de réseau de gel beaucoup moins compactée ou autrement dit, une structure plus fluide. Si les particules se déplaçaient davantage, le système n'était pas initialement dans un état de faible énergie, ce qui entraînait une augmentation du mouvement des particules et, à son tour, un vieillissement physique. Cela pourrait être responsable du développement d'une structure physiquement modifiée au fil du temps. La structure du gel tente dynamiquement de minimiser son énergie libre en devenant plus rigide, ce qui a été observé comme se manifestant par la diminution de la viscosité et du G'' Pour les gels hydroalcooliques, nous pensons que le vieillissement observé était le résultat d'un vieillissement chimique, et le type d'alcool utilisé dans la préparation est principalement responsable de cet effet. Les polarités de l'alcool éthylique et de l'alcool isopropylique sont essentielles à la stabilisation de ces structures de réseau résultantes qui se forment en raison de la neutralisation. Il a été observé dans des études antérieures qu'avec la diminution de la polarité, il y avait une augmentation de la neutralisation nécessaire pour obtenir le développement d'une structure à moitié aussi bien développée que la structure résultante finale. L'alcool isopropylique est un solvant beaucoup moins polaire que l'éthanol et l'eau, et nécessitait donc des niveaux plus élevés de TEA comme base pour neutraliser le système. Nous pensons que les espèces cationiques TEA chargées avaient une plus grande propension à être échangées avec une solution en vrac à proximité du polymère, dans la solution en vrac, et que la fluctuation du pH observée indiquait un processus d'échange cinétique au fil du temps, entraînant une augmentation des profils de viscosité et de modules avec le pH. À l'heure actuelle, cependant, des recherches supplémentaires doivent être menées pour vraiment comprendre l'instabilité sous-jacente, et donc la dynamique des systèmes de gel de ce type.