13 de diciembre de 2022

La densidad en cosmética ¿Qué es la densidad? ¿Qué importancia tiene? ¿Cómo la medimos?

La densidad en cosmética, una de las propiedades fisicoquímicas indispensables en formulación de cosméticos.

Las propiedades fisicoquímicas de nuestros productos acabados son factores determinantes en su cosmeticidad. A veces se pasan por alto o solo son cuestionadas cuando se realizan los controles de calidad correspondientes a los productos acabados, pero es importante entenderlas para conocer bien nuestros productos.

En este post intentaremos averiguar que es esta medida y desvelaremos qué importancia tiene tanto en formulación, en envasado y en control de calidad.

¿Qué es la densidad?

La densidad es una propiedad intrínseca de la materia que empezó a ser conocida ya en la Antigüedad; Arquímedes ya realizó los primeros experimentos con esta propiedad como se explica en la historia de la corona de oro desfalcada de Hierón II.

En pocas palabras, es una magnitud escalar de la materia, en sus distintos estados, la cual se define como la relación entre la masa de una substancia y el volumen que ocupa la misma a una determinada temperatura y presión. Al aumentar la temperatura disminuye la densidad y al aumentar la presión aumenta la densidad. Este cambio se aprecia significativamente cuando hablamos de gases, no tanto en el caso de sólidos ni líquidos.

Hay diferentes tipos de densidades:

Nosotras nos centraremos en la densidad absoluta como magnitud intensiva. Esta será expresada en las unidades del sistema internacional kg/m3. La fórmula de la densidad absoluta se representa como:

Fórmula de la densidad absoluta

Como podemos observar, la densidad es inversamente proporcional al volumen, por lo tanto, contra mayor sea el volumen que ocupa la sustancia por unidad de masa, menor será la densidad. Por ejemplo, si tomamos la densidad del agua como referencia (1 kg/m3), podemos prever que el aceite de almendras con su densidad de 0,91 kg/m3 tendrá el mismo valor de volumen que el agua, pese menos que el ésta. Y por eso el aceite flota sobre el agua.

En la ilustración 1 podemos observar una probeta graduada que contiene diferentes líquidos de diferentes densidades y colores. Esta separación es debida a la flotabilidad, que erradica en la diferencia de densidades absolutas de cada líquido. La sustancia que está encima del todo será la menos densa y en cambio, la sustancia que está en el fondo es la más densa de todas.

Es importante entender que la densidad de mezclas heterogéneas utiliza otra ecuación, muy aprecia a la de la densidad absoluta, pero con un ligero cambio:

Fórmula densidad de mezclas heterogéneas

Por ejemplo, el agua de mar tiene una densidad absoluta de 1,03 kg/m3, comparada con el agua destilada es superior dado que tiene más soluto disuelto en su volumen total. El alcohol tiene una densidad absoluta de 0,81 kg/m3, la glicerina pura 1,27 kg/m3, entre otras muchas substancias.

Para el caso de las emulsiones y cremas cosméticas la densidad es un factor que oscila mucho, dependiendo de la composición.

Cuando probamos una textura, ¿es correcto referirnos a densidad?

Usualmente se relaciona que una textura sea muy viscosa con que sea muy densa, pero no es siempre así.

Por ejemplo, para una gelatina que es una mezcla totalmente sólida, que no fluye, pero la densidad no es necesariamente elevada, puede ser alrededor de 1. Para una solución de agua con mucho azúcar tenemos que es una solución líquida y en cambio la densidad es muy elevada. Es por eso, que no debemos confundir viscosidad con densidad.

La viscosidad se podría definir como la capacidad para fluir. Como hemos explicado, la densidad es una propiedad la cual determina cuánta masa hay por unidad de volumen. Por ejemplo, tenemos extractos vegetales que su densidad es más elevada que algunos productos cosméticos, como puede ser una gel-crema o un gel hidroalcohólico. En cambio, pasta Lasar, pasta de dientes, la densidad es muy elevada. Por lo tanto, la densidad no es un factor que mida cuando viscosa o sólida o poco fluida es una substancia.

¿Qué importancia tiene la densidad en nuestros productos acabados?

La densidad es una propiedad que usualmente olvidamos cuando hablamos de los productos cosméticos, sobre todo en aquellos con elevada cantidad de agua.

Sin embargo, esta propiedad es un factor importante para nuestra piel. La densidad se relaciona con la cantidad de cada una de las fases, es probable que la fase grasa sea más emoliente, deje mayor residuo graso en piel y mayor sea la barrera en piel.

Para productos líquidos es un parámetro muy utilizado ya que condiciona en gran medida en envasado.

Para los bifásicos es un factor determinante, ya que tiene que haber una separación muy marcada entre ambas fases y para ello la densidad de las fases tiene que ser muy diferente entre una y otra.

También es importante entender que la densidad es un factor crucial, más en el caso de las emulsiones, ya que esta puede influir en la estabilidad de estas formas galénicas.

Como ya sabemos, las emulsiones son mezclas heterogéneas inestables de dos o más fases inmiscibles entre ellas de las cuales una de ellas es una fase dispersada en la otra fase continua. Por tal de que la emulsión sea estable, ambas densidades tienen que ser lo más similares posible. Para emulsiones dónde la fase dispersa es más densa que la fase continua (en ciertas ocasiones emulsiones w/o) puede ocurrir el proceso de sedimentación por el cual ambas fases se separan y la fase dispersa acaba precipitando en el fondo. En emulsiones o/w podemos ver qué ocurre un proceso de cremación, las partículas que tiene una menor densidad que el medio de dispersión tienden a subir a la superficie de la emulsión. Por esta diferencia de densidades también podemos ver que el proceso de coalescencia genera una separación de fases y que la fase interna acabe separando arriba.

¿Qué importancia tiene la densidad como control analítico de producto acabado?

Es importante que nuestros productos acabados tengan una especificación que seguir y en esta determinaremos los controles analíticos que se deben realizar por tal de validar el lote realizado de producto cosmético.

Estos parámetros vienen dados por el formulador y depende de la forma galénica que se esté controlando y los componentes que contiene. La densidad es una propiedad fisicoquímica de cada sustancia y marca la diferencia entre algunas formas galénicas.

Para determinar la especificación de densidad se debe determinar con qué aparato se determina la densidad y a que temperatura.

¿Cómo podemos determinar la densidad?

Es el parámetro más sencillo de determinar, pero no menos importante por ello.

Hay diferentes procedimientos que nos permiten determinar la densidad de nuestros productos de forma directa o indirecta. Actualmente las determinaciones se centran en la obtención del resultado de forma directa y los métodos utilizados comúnmente son:

¿Qué papel juega en el envasado?

El envasado es un punto crucial en la obtención de nuestro producto cosmético, además existe una cantidad legal que hay que declarar siguiendo la legislación actual, por lo tanto, es de vital importancia que el llenado corresponda al volumen que se declara en el producto.

El contenido que puede contener un envase normalmente es definido en unidades de volumen, pero cuando realizamos fabricaciones de cosméticos los controles se realizan en unidades de masa. Es importante diferenciar que el llenado, si se trata en volumen, tenemos que realizar un factor de conversión por tal de poder llenar de forma correcta el envase con la cantidad en masa que puede caber en dicho envase.

Por ejemplo, cuando envasamos un aceite en un envase de 15 mililitros nunca podrán caber 15 gramos, dado que la densidad de un aceite es inferior a 1 kg/m3.

Así que conocer la densidad de nuestro producto nos permitirá envasarlo de forma adecuada y controlar su calidad y estabilidad.

Descubre más sobre Verónica Díez Ojeda, R&D Formulation Technician en MuttuLab, autora de este artículo.

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