Реологическое и микроскопическое исследование крем-бальзама с натуральной нафталанской нефтью

http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2226-7425-2017-19-11-250-255

УДК 615.454.144

РЕОЛОГИЧЕСКОЕ И МИКРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КРЕМ-БАЛЬЗАМА С НАТУРАЛЬНОЙ НАФТАЛАНСКОЙ НЕФТЬЮ

Шевцова1 А.С., Погребняк1 Л.В., Кульгав1 Е.А., Глижова2 Т.Н.

1Пятигорский медико-фармацевтический институт, г. Пятигорск, Российская Федерация 2ФГАОУ ВО Северо-Кавказский федеральный университет, г. Ставрополь, Российская Федерация

Аннотация. Нафталанская нефть (нафталана), продукты её переработки и лечебно-косметические продукты на их основе имеют важное преимущество перед остальными противопсориазными препаратами - экологическую чистоту, негормональную природу и, как следствие, отсутствие побочных эффектов и привыкания. Существующие средства из нафталаны имеют ряд недостатков: низкую биодоступность и подсушивающий эффект. В связи с вышесказанным разработка новых мягких лекарственных форм с нафталанской нефтью является актуальной задачей. В настоящем сообщении приводятся сведения об изучении реологических и микроскопических свойств крема-бальзама из нафталанской нефти. Перечислены данные, полученные на ротационном вискозиметре «Реотест-2», в том числе значения предельного напряжения сдвига, эффективная вязкость. Расчётные значения эффективной вязкости крема-бальзама позволили визуализировать функцию зависимости динамической вязкости от скорости сдвига в форме кривых вязкости. Для изучения тиксотропных свойств построены кривые течения крема-бальзама в координатах «скорость сдвига - напряжение сдвига». подготовлены данные для определения реологического оптимума экструзии. Степень разрушения структуры систем в процессе необратимых деформаций оценивали по величине механической стабильности. Для исследования межфазного взаимодействия в полученных эмульсиях применялась микроскопия в видимой области светового спектра, которая проводилась на оптическом микроскопе OLYMPUS GX51. Целью данного исследования является реологическое и микроскопическое изучение крема-бальзама «Азернефть-Нафталан» с натуральной нафталанской нефтью. Результаты. В ходе реализации цели исследования было выполнено экспериментальное определение структурно-механических свойств крема-бальзама: динамической вязкости и предельного напряжения сдвига. Заключение. Итогом работы явились данные о микроскопических и реологических характеристиках, позволяющие выполнить подбор оптимального состава крема-бальзама. Ключевые слова: нафталанская нефть, псориаз, крем-бальзам, реология

Введение. Лечение псориаза - сложная медицинская задача, которая может быть решена только комплексными методами. Известно, что одним из эффективных средств при лечении данного заболевания является нафталанская нефть, продукты её переработки и лечебно-косметически продукты на их основе.

Нафталан состоит из различных углеводородов: нафтеновых (от 50 до 55%), ароматических (в среднем до 15%). В его составе присутствуют также смолы (3035%), нафтеновые кислоты (от 0,5 до 1%), количество воды достигает 10-15% [1]. Значительное количество воды легко отделяется от нафталана при 1-2 суточном отстаивании и при помощи специальных технических очисток, и он становится густым маслянистым веществом. Изученные нами образцы нафталана представляли собой сиропообразную маслянистую жидкость черно-коричневого цвета, со своеобразным запахом и имели следующий состав (г/100г): масло минеральное

(алканы, нафтеновые углеводороды) - 51,9%; ароматические углеводороды - 13,5%; битумы нейтральные -14,2%; битумы кислые - 9,9%; гумусовые вещества -1,9%; вода - 8,6%.

Целью и задачами настоящей работы является реологическое и микроскопическое исследование крема-бальзама «Азернефть-Нафталан» [2].

Материалы и методы исследования. Объектом исследования являются: нафталанская нефть, масло пальмовое, вода очищенная, эмульгатор GRINDSTED PGPR 90 (представляет собой эфиры полиглицерина поликонденсированной рицинолевой кислоты (Е476) с добавлением антиокислителей), масло гвоздики, череды экстракт, ретинола ацетат, прополис, апельсиновое масло, вода очищенная. Метод изготовления крем-бальзама - «холодный способ».

Результаты и обсуждение. Результативной частью исследования являются итоги реологического эксперимента (исследование структурно-механических

свойств крема-бальзама «Азернефть-Нафталан»). В качестве испытуемых образцов брали крем-бальзамы, показавшие оптимальные показатели динамической стабильности при установленных (лучших) условиях перемешивания.

Для изучения структурно-механических свойств крема-бальзама нами были проведены реологические исследования. Определялись такие характеристические показатели как динамическая вязкость (п, Па*с) и предельное напряжение сдвига (т, Па). Приведённые ниже показатели важны для таких технологических процессов как прохождение по трубопроводу, фасовке и реологический оптимум экструзии, в течение которых продукт должен оставаться стабильным или возвращаться к исходному структурно-механическому состоянию.

Такое подробное описание структурно-механических свойств мази в первую очередь требуется для надёжного обоснования последовательности разработки и совершенствовании технологического и производственных процессов. Реологические свойства крема-бальзама определяют главные терапевтические и потребительские свойства: динамику высвобождение действующих веществ, удобство при фасовании, экструзии из туб, особенности при нанесении на кожу (лёгкость и удобство).

Определение параметров реологии крема-бальзама «Азернефть-Нафталан» выполняли на ротационном вискозиметре «Реотест-2» [3,4], тип RV, производства ФРГ, в достаточно широком диапазоне скоростей сдвига (вискозиметр «Реотест-2» предназначен для

определения динамической вязкости ньютоновских жидкостей и изучения реологических свойств неньютоновских сред. «Реотест-2» позволяет измерять такие характеристики текучести, как структурная вязкость, дилатансия, пластичность (предел текучести), тиксо-тропия, реопексия. Прибор снабжен рабочими узлами двух типов с термостатируемой камерой - это система коаксиальных цилиндров и устройство «конус-плоскость». Рабочий диапазон скоростей сдвига составляет 0,2 - 4,86^103 с-1. Величина измеряемой вязкости находится в пределах от 1 до 4^107 МПа^с.).

Анализируемый образец крема-бальзама в количестве около 50 г. помещали в измерительную ячейку определённой маркировки. Затем измерительную ячейку подключали к вискозиметру и измеряли при диапазоне скоростей, предварительно запланированных экспериментально, постепенно наращивая скорость сдвига и при этом одновременно фиксируя показания индикаторного узла вискозиметра на каждой ступени. Окончательную деструкцию проводили, вращая цилиндр на максимальной скорости (10 мин), и далее фиксировали показания индикатора при постепенном уменьшении скорости вращения.

Исходя из показаний вискозиметра рассчитывали величину предельного напряжения сдвига по формуле т=z*a, где т - предельное напряжение сдвига, Па; с -константа цилиндра, Па; а - показания шкалы индикаторного прибора.

Данные эксперимента представлены в таблице 1.

Таблица 1

Значения предельного напряжения сдвига крема-бальзама

Dr, с-1 a т, Па

1а 0.33 4.0 110.0

2а 0.60 4.0 110.0

3а 1.00 5.0 137.5

4а 1.80 7.0 192.5

5а 3.00 9.5 261.3

6а 5.40 14.0 385.0

7а 9.00 20.5 563.8

8а 16.20 28.0 770.0

9а 27.0 44.0 1210.0

10а 48.60 64.0 1760.0

10а 48.60 59.0 1622.5

9а 27.00 37.0 1017.5

8а 16.20 25.0 687.5

7а 9.00 16.0 440.0

Dr, с-1 a т, Па

6а 5.40 11.5 316.3

5а 3.00 8.0 220.0

4а 1.80 5.5 151.3

3а 1.00 4.0 110.0

2а 0.60 3.0 82.50

1а 0.33 3.0 82.50

Динамическую вязкость n рассчитывали по формуле:

4 =

где "л - динамическая вязкость, Па*с; т - касательное напряжение, Па; Dr - градиент скорости, с-1. Итоги расчёта показаны в таблице 2.

Таблица 2

Эффективная вязкость крема-бальзама

Dr, с-1 3,0 5,4 9,0 16,2 27,0 48,6 81,0 145,8 145,8 81,0 48,6 27,0 16,2 9,0 5,4 3,0

n 330 .03 183.3 3 137.5 0 106.9 4 87.08 71.29 62.63 47.53 44.81 36.21 33.38 37.68 42.43 48.88 58.56 73.33

Приведённые в таблице данные свидетельствуют о том, что вязкость крема-бальзама зависит от скорости сдвига. При прочих равных условиях возрастание скорости сдвига приводит к падению вязкости в резуль-

тате нарушения структуры и молекулярной ориентации. Расчётные значения эффективной вязкости крема-бальзама позволили визуализировать функцию зависимости динамической вязкости от скорости сдвига в форме кривых вязкости (рис. 1).

Рис. 1. Реограмма кривой вязкости крема-бальзама

На реограмме видно, что во всех случаях при возрастании скорости сдвига наблюдается падение динамической вязкости в результате нарушения структуры

и молекулярной ориентацией. Для изучения тиксо-тропных свойств строили кривые течения крема-бальзама в координатах скорость сдвига - напряжение сдвига (рис.2).

тппп Кривая течения

1800 ^ 1600 g 1400 Ц 1200 о g 1000 £ f 800 600 IS Д 400 200 0

0

3 10 20 30 40 50 6 Скорость сдвига, с-1

Рис. 2. Кривая течения крема-бальзама

Форма и характер кривых петель гистерезиса указывают на то, что крем-бальзам обладает тиксотроп-ными свойствами, что, в свою очередь, должно приводить к легкости намазывания и удобству выдавливания крема из тубы. Демонстрируемая выше кривая течения свидетельствует о том, что крем-бальзам является устойчивой структурированной системой.

Степень разрушения структуры систем в процессе необратимых деформаций оценивали по величине механической стабильности. Последнюю (МС) рассчитывали, как отношение предела прочности структуры не-

разрушенной системы (т^) к величине предела прочности структуры системы, подвергнутой разрушению в течение 10 мин во внутреннем цилиндре вискозиметра (Т2) по формуле:

МС= Т1/ Т2,

где Т1 - предел прочности структуры, не разрушенной системы; т2 -предел прочности структуры, разрушенной системы. Результаты расчёта показаны в таблице 3.

Таблица 3

Значения механической стабильности крема-бальзама

Показатель прочности структуры Значения

Т1 1354.5

Т2 1260.0

МС 1.075

Визуализация результатов при помощи оптической микроскопии.

Для исследования межфазного взаимодействия в полученных эмульсиях применялась микроскопия в видимой области светового спектра, которая проводилась на оптическом микроскопе OLYMPUS GX51 [5]. Исследования проводились при увеличении с одной

точки зрения х50, х100 и х200. Данная методика позволяет проводить исследования в режимах светлого поля, тёмного поля, интерференционно-контрастной микроскопии и в простом поляризованном свете.

Результаты визуализации представлены на микрофотографиях, отобранных образцов под номерами 3,8,9,10,12, выбранных ранее и сделанных при увеличении х100.

Рис.3 Эмульсия (образец №3). Равномерно темное поле с включениями овальной и круглой формы разных размеров от 1 до 100 мкм, с непрозрачным содержимым.

Рис.4. Эмульсия (образец №8). Равномерно тёмное поле с включениями неправильной вытянутой овальной, звездчатой формы разных размеров от 1 до 100 мкм, с непрозрачным содержимым.

Рис.5. Эмульсия (образец №9). Равномерно тёмное поле с включениями овальной формы разных размеров от 1 до 100 мкм, с отдельными везикулами неправильной формы.

Рис.6. Эмульсия (образец №10). Неправильное темно-серое поле с непрозрачным содержимым различных причудливых форм размером от 1 до 100мкм.

Рис.7. Эмульсия (образец №12). Равномерно серое поле с включениями непрозрачного содержимого с правильной овальной формой от 1 до 100 мкм.

Анализ изображений на рисунках 3-7 позволяет сделать выводы о том, что образцы 3 и 12, представленные на микрофотографиях, являются наиболее устойчивыми при хранении, а также имеют потребительские свойства, удовлетворяющие всем требованиям.

Заключение. На основании вышепредставленных данных можно сделать вывод, что подробное описание структурно-механических свойств мази в первую очередь требуется для надёжного обоснования последовательности разработки и совершенствовании технологического и производственных процессов. Реологические свойства крема-бальзама определяют главные терапевтические и потребительские свойства: динамику

высвобождение действующих веществ, удобство при расфасовке и экструзии из туб, особенности нанесения на кожу.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

[1] Ашумов Г.Г., Агаева Р.И. Исследование углеводородного состава нафталанской нефти // Азербайджанский химический журнал. 1971. № 1. С. 88.

[2] The Journal of scientific articles "Health and Education Millennium", 2017. Vol. 19. No 10.- С.363-366.

[3] ГОСТ 29226-91 «Вискозиметры. Общие технические условия».

[4] Государственный реестр средств измерений. Рег.№22819-07.

[5] Http://www.olympus-ims.com/ru/microscope/gx51/.

RHEOLOGICAL AND MICROSCOPIC EXAMINATION OF THE CREAM-BALM WITH NATURAL NAFTALAN OIL

Shevtsova1 A.S., Pogrebnyak1 L.V., Kulgam1 E.A., Glazova2 T.N.

1Pyatigorsk medical and pharmaceutical Institute, Pyatigorsk, Russian Federation 2North-Caucasian Federal University, Stavropol, Russian Federation

Annotation. Naphthalene oil (naphthalan), products of its processing, medical and cosmetic products based on them have an important advantage over other anti psoriasis drugs - eco-friendly, non-hormonal nature and, as a consequence, no side effects and addiction. Existing funds from Naftalan have several disadvantages: low bioavailability and drying effect. In connection with the foregoing, the development of new soft medicinal forms with Naftalan oil is an urgent task. In the present communication provides information about the study Institute of rheological and microscopic properties of the cream-balm from Naftalan oil. Lists the data obtained in a rotational viscometer "Reotest-2", including the values for the maximum shear stress, the effective viscosity. Races-even values of the effective viscosity of the cream-balm helped to visualize the function of dependence of dynamic viscosity on shear rate in the form of curves of viscosity. To study the thixotropic properties of the constructed flow curves of the cream-balm in coordinates "shear rate - shear stress". prepared data for determining the rheological Opti-mum extrusion. The degree of destruction of the structure of systems in the process of irreversible deformation was estimated based on mechanical stability. For the study of interfacial interactions in the obtained emulsions was applied microscopy in the visible region of the light spectrum, which was carried out on optical microscope OLYMPUS GX51. The aim of this study is the rheological and microscopic study of the cream-balm "Azerneft-Naftalan" natural Naftalan oil. Results. During the implementation of the objectives of the study were experimentally determined structural and mechanical properties of the cream-balm: dynamic viscosity and limiting shear stress. Conclusion. The result was data on microscopic and rheological characteristics to perform the selection of op allows an optimal composition of the cream-balm. Key words: naphthalene oil, psoriasis cream, rheology

REFERENCES

[1] Ashumov G.G., Agaeva R.I. Issledovanie uglevodorod-nogo sostava naftalanskoy nefti // Azerbaydzhanskiy khimicheskiy zhurnal. 1971. № 1. S. 88.

[2] The Journal of scientific articles "Health and Education Millennium", 2017. Vol. 19. No 10.- S.363-366.

[3] GOST 29226-91 «Viskozimetry. Obshchie tekhnicheskie usloviya».

[4] Gosudarstvennyy reestr sredstv izmereniy. Reg.№22819-07.

[5] Http://www.olympus-ims.com/ru/microscope/gx51/.