MATERIALES ELASTOMÉRICOS FARMACOTECNIA II

1 " Aquel que se ama a sí mismo, no tiene rival alguno"

MATERIAL ELASTOMÉRICO.

INTRODUCCIÓN

Los materiales elastomericos están compuestos por múltiples ingredientes que son

plastificados y mezclados a elevada temperatura en maquina moledoras. Luego la mezcla

plastificada se coloca en moldes y se vulcaniza (se cura) bajo la temperatura y presión.

Durante la vulcanización los filamentos de polímero forman ligaduras cruzadas debido al

agente vulcanizante, con la ayuda del acelerador o activador de modo que el movimiento

queda restringido y el cierre moldeado adquiere el carácter elástico y flexible requerido para

su uso. Los ingredientes que no forman esas uniones cruzadas quedan dispersos dentro del

compuesto y, junto con el grado de curado, afectan las propiedades del cierre terminado.

Los elastómeros se utilizan para elaborar tapones de viales o cierres de cartuchos

inyectables. Se trata, en ambos casos, de envases para productos estériles, que contienen un

sólido o un liquido, acuoso u oleoso. Como es conocido, los viales requieren un sistema de

cerrado que permita la comunicación entre el interior y el exterior del envase sin perder sus

condiciones de esterilidad. En algunos casos se necesita introducir un líquido, como por

ejemplo en los inyectables de preparación extemporánea. En otros, se precisa obtener dosis

sucesivas manteniendo la esterilidad del producto.

Con el fin de permitir la introducción de la aguja de una jeringa hipodérmica en un frasco de

ampolla de dosis múltiples y de asegurar el resellado tan pronto como se reitre la aguja, cada

frasco- ampolla esta sellado con un cierre de goma mantenido en su sitio por una tapa de

aluminio. Este principio también es seguido en los embases de dosis única de tipo cartucho

excepto que aquí la aguja se introduce una sola vez para posibilitar la expulsión o el retiro

del contenido.

Para ello, se utiliza una aguja que, atravesando el tapón, permita el intercambio descrito. Por

tanto, se debe utilizar un material que cumpla dos requisitos:

1. Ser fácilmente perforable para permitir el paso de la aguja sin romper el tapón y

originar pequeñas partículas de elastómero que irían a parar al contenido del vial.

2. Poseer unas condiciones óptimas de elasticidad que le permita recuperar su forma

primitiva, manteniendo el estado inicial de estanqueidad.

MATERIALES ELASTOMÉRICOS FARMACOTECNIA II

2 " Aquel que se ama a sí mismo, no tiene rival alguno"

1.- DEFINICIÓN:

Son materiales orgánicos constituidos por moléculas poliméricas con capacidad para

“estirarse”, “desenrollarse”,”comprimirse” en definitiva, deformarse considerablemente ante

tensiones. Además por estar algo entrecruzadas pueden recuperar fácilmente su disposición

original una vez que cesa la acción de tensión. Un elastómero es entonces, un polímero

elástico.

PROPIEDADES FISICAS

Las propiedades físicas que deben considerarse en la selección de una formula en particular

incluyen:

ELASTICIDAD.- La elasticidad es crítica para establecer un sellado con el labio y el cuello de

un frasco - ampolla u otra abertura y para el resellado después de retirar la aguja.

DUREZA.- Debe proveer firmeza pero no excesiva resistencia a la inserción de una aguja a

través del cierre.

FRAGMENTACION.- Debe ser mínima cuando sean atravesados por una aguja

TRANSFERENCIA DE VAPOR.- Ocurre en cierto grado en todas las formulas de goma, la

correcta elección de los ingredientes posibilita el control del

grado de permeabilidad.

2.- METODO DE OBTENCION:

Éstos se obtienen mediante el proceso de vulcanización, que fue inventado por Charle

Goodyear y consiste en mezclar caucho con varios productos químicos y azufre y calentarlo a

160 ºC. Así se potencian las propiedades del caucho, sobre todo la elasticidad. Estos

compuestos necesitan someterse a un proceso de vulcanización, previo a su utilización. De

este modo, se disminuye su plasticidad y aumenta su elasticidad. Para ello, el elastómero

base se le agrega un agente vulcanizante, sometiendo esta mezcla a presión y temperaturas

elevadas. Con este tratamiento, el vulcanizante provoca la formación de enlaces

transversales entre las cadenas elastoméricas impidiendo el deslizamiento de una sobre

otra. El más utilizado es el azufre.

MATERIALES ELASTOMÉRICOS FARMACOTECNIA II

3 " Aquel que se ama a sí mismo, no tiene rival alguno"

POR VULCANIZACION:

Un requisito característico del comportamiento elastomérico es que la estructura molecular

sea ligeramente entrecruzada. El proceso de entrecruzamiento en los elastómeros se

denomina vulcanización, que se consigue mediante una reacción química no reversible que

generalmente se lleva a cabo a elevada temperatura. En la mayoría de las reacciones de

vulcanización, se añaden compuestos de azufre al elastómero en caliente. Los átomos de

azufre unen cadenas vecinas formando enlaces entrecruzados. El entrecruzamiento

mediante puentes de azufre tienen lugar en el poliisopreno de acuerdo con la siguiente

reacción:

El caucho sin vulcanizar es blando y pegajoso y tiene poca resistencia a la abrasión. Mediante

la vulcanización aumenta el modulo de elasticidad, la resistencia a la degradación por

oxidación. La magnitud del modulo de elasticidad es directamente proporcional a la

densidad de enlaces entrecruzados. Para producir un caucho capaz de experimentar grandes

deformaciones sin que se rompan los enlaces primarios de la cadena, debe haber

relativamente pocos enlaces entrecruzados y estar muy separados. Los cauchos útiles

resultan de mezclar 1 a 5 partes de azufre y 100 partes de caucho. Aumentado el contenido

en azufre se endurece el caucho y se reduce su elasticidad. Como el material elastomérico

tiene enlaces entrecruzados, es un material termoestable por naturaleza.

Aditivos que se suelen añadir en el proceso de vulcanización:

Estos materiales están compuestos por unas sustancias base a las que se añaden

determinados aditivos con el fin de facilitar su producción o modificar sus características.

Dentro de los elastómeros bases se pueden incluir los siguientes productos: el caucho

natural, los cauchos sintéticos y los cauchos de siliconas.

MATERIALES ELASTOMÉRICOS FARMACOTECNIA II

4 " Aquel que se ama a sí mismo, no tiene rival alguno"

Entre los aditivos que se suelen añadir se encuentran los aceleradores, activadores,

sustancias de carga, antioxidantes, plastificantes o colorantes, los cuales proporcionan al

producto final diferentes propiedades.

ACELERADORES: son moléculas orgánicas que se utilizan para reducir el tiempo de

vulcanización.

ACTIVADORES: se adicionan para optimizar la acción de los aceleradores y favorecer

la vulcanización.

ANTIOXIDANTES: son sustancias que previenen el ataque del oxigeno y del ozono

sobre los dobles enlaces existentes en estos compuestos, evitando así la perdida de

flexibilidad y elasticidad.

SUSTANCIAS DE CARGA: se trata de polvos inertes de tamaño de partícula muy fino

que se utilizan para modificar las propiedades mecánicas del elastómero vulcanizado

y disminuir los costos de producción.

PLASTIFICANTES: son productos que facilitan la incorporación y dispersión de las

sustancias de carga en la mezcla.

COLORANTES: son pigmentos inorgánicos de diferentes tonalidades que sirven para

colorear los elastómeros.

REACCIÓN POR CONDENSACIÓN: En la cual existe liberación de subproductos de

carácter volátil y es por esta razón que tienden a contraerse con el transcurso del tiempo

por lo tanto su estabilidad dimensional no es optima.

Mercaptanos. En este caso están un tipo de siliconas.

REACCIÓN POR ADICIÓN: No hay liberación de subproductos, las mezclas se suman

(se adicionan) y por esta razón su estabilidad dimensional es buena.

:

MATERIALES ELASTOMÉRICOS FARMACOTECNIA II

5 " Aquel que se ama a sí mismo, no tiene rival alguno"

3.- CLASIFICACIÓN:

Existen muchas clasificaciones posibles de

los numerosos tipos de elastómeros. En

primer lugar se indica la clasificación más

extendida, según la composición química,

con su nomenclatura (norma ISO 1629), y

la clasificación según las propiedades a

alta temperatura.

Clasificación según su composición química:

Grupo R (del inglés Rubber) - la cadena principal se compone de carbono e hidrógeno

y contiene dobles enlaces

o Caucho natural (NR)

o Poliisopreno (IR, forma artificial del caucho natural)

o Polibutadieno

o Caucho estireno-butadieno (SBR)

o Caucho butilo (IIR)

Grupo M (del inglés Methylene) - su cadena principal sólo contiene átomos de

carbono e hidrógeno y está saturada (no dobles enlaces)

o Caucho etileno-acetato de vinilo (EVM)

o Caucho fluorado (FKM)

o Caucho acrílico (ACM)

o Polietileno clorado (CM)

o Polietileno clorosulfurado (CSM)

Grupo N - contiene átomos de nitrógeno en la cadena principal

o "Pebax", copolímero de poliamida y poliéster.

MATERIALES ELASTOMÉRICOS FARMACOTECNIA II

6 " Aquel que se ama a sí mismo, no tiene rival alguno"

Grupo O - contiene átomos de oxígeno en la cadena principal

o Caucho de epiclorohidrina (ECO)

Grupo Q - contiene grupos siloxano en la cadena principal

o Caucho de silicona (MQ)

Grupo U (de Uretano) - contiene átomos de nitrógeno, oxígeno y carbono en la

cadena principal formando el grupo NCO (uretano)

o Elastómeros de poliuretano (AU y EU)

Grupo T - contiene átomos de azufre en la cadena principal

o Caucho de polisulfuro o "Thiokol"

Clasificación según su comportamiento a alta temperatura:

a) Elastómeros termoestables

Los termoestables se preparan generalmente a partir de sustancias semifluidas de peso molecular

relativamente bajo, las cuales alcanzan, cuando se someten a procesos adecuados, un alto grado de

entrecruzamiento molecular formando materiales duros, que funden con descomposición o no

funden y son generalmente insolubles en los solventes más usuales. Al calentarlos no cambian de

forma y siguen siendo sólidos hasta que, por encima de una cierta temperatura, se degradan.

La mayoría de los elastómeros pertenecen a este grupo.

b) Elastómeros termoplásticos

Al elevar la temperatura se vuelven blandos y moldeables. Sus propiedades no cambian si se

funden y se moldean varias veces. Este tipo de materiales es relativamente reciente, el

primero fue sintetizado en 1959. Familias principales:

Estirénicos (SBCs)

o Estireno-butadieno-estireno (SBS) de alto y bajo contenido en estireno

o Estireno-etileno-butileno-estireno (SEBS)

MATERIALES ELASTOMÉRICOS FARMACOTECNIA II

7 " Aquel que se ama a sí mismo, no tiene rival alguno"

o Estireno-isopreno-estireno (SIS)

Olefínicos (TPOs)

Vulcanizados termoplásticos (TPVs)

Poliuretano termoplástico (TPUs)

Copoliésteres (COPEs)

Copoliamidas (COPAs)

Un material puede ser clasificado elastómeros termoplástico si cumple las siguientes

características:

1) Capacidad de ser estirado con alargamientos moderados y que, al retirar la tensión, el

material vuelva a su estado original.

2) Procesable a altas temperaturas.

ELASTÓMEROS MÁS UTILIZADOS EN EL ACONDICIONAMIENTO DE PRODUCTOS

FARMACÉUTICOS

SEGÚN SU COMPOSICIÓN QUÍMICA:

A. CAUCHO NATURAL

El caucho natural se extrae del látex, un líquido lechoso que es una suspensión que contiene

partículas pequeñas de caucho, los antiguos mayas y aztecas lo extraían del árbol de la Hevea

y lo empleaban para hacer botas de lluvia y las pelotas que utilizaban en un juego similar al

básquet. Es lo que llamamos un elastómero, es decir, después de ser estirado o deformado,

MATERIALES ELASTOMÉRICOS FARMACOTECNIA II

8 " Aquel que se ama a sí mismo, no tiene rival alguno"

recupera su forma original. Normalmente, el caucho natural es tratado para producir

entrecruzamientos lo que lo convierte en un elastómero aún mejor.

a). Las cadenas de polímero son largas, enredadas y en espiral y a temperatura ambiente

están en estado de agitación térmica, quedando la disposición como se refleja en la figura.

B. POLIISOPRENO

Las características vulcanizadas del polyiisopreno son similares a los valores obtenidos para

el caucho natural. El caucho natural y el poliisopreno sintético ambos tienen una histéresis

extensible y buenas características extensibles frente al calor. La naturaleza muy específica

del poliisopreno sintético proporciona un número de factores que la distingan del caucho

natural. Hay una variación mínima en las características físicas. Las condiciones de la

polimerización se controlan bien para asegurar que el polímero es altamente específico

químicamente. Los non polímeros son menos en el sintético que en el caucho natural.

En el proceso de fabricación del poliisopreno sintético, se requieren menos trabajo mecánico e interrupción. Los ciclos de mezcla son más cortos lo que permite ahorros de tiempo, de energía y aumento del rendimiento. Además, el poliisopreno sintético tiene más compatibilidad que el caucho natural en mezclas con solución SBR y EPDM. La uniformidad

del poliisopreno sintético garantiza una calidad constante.

C. CAUCHO BUTILICO (isobutenisopropeno)

El caucho butílico no se elabora a partir de un monómero diénico, sino de isobuteno que

tiene sólo una insaturación simple; el polímero es entonces, saturado. Con el fin de generar

algunos sitios de insaturación para la vulcanización, se copolimeriza con un 0,5-3,0% de

isopropeno. El caucho butílico tiene propiedades opuestas a las del butadiénico. Posee muy

alta histéresis y muy baja resiliencia, aunque similar a la del caucho natural a 100 C

temperatura a la cual se incrementa la movilidad de sus grupos metilo sustituyentes.

MATERIALES ELASTOMÉRICOS FARMACOTECNIA II

9 " Aquel que se ama a sí mismo, no tiene rival alguno"

No debe confundirse este polímero con el polibutileno que se elabora a partir del butileno

normal, el cual es una poliolefina relacionada con el polietileno y el polipropileno.

D. CAUCHO DE ETILENPROPILENO

Los cauchos etilenpropilénicos son copolímeros del etileno y el propileno. Contienen un 60 a

80% de etileno, la función principal del propileno es evitar la cristalización del etileno. Se

selecciona el método de polimerización que dé un copolímero aleatorio. Al hidrogenar el

caucho natural se obtiene un copolímero completamente alternante. El caucho

etilenpropilénico es el único polímero adecuado para aislar cables de potencia de 60 kV; sólo

el papel parafinado tiene mejores propiedades de aislamiento.

Un tercer monómero se copolimeriza frecuentemente en el sistema etilenpropileno para

conferir insaturación a la molécula y con ello facilitar su vulcanización. Este tercer

monómero tiene que ser un dieno, como en el caso del caucho butílico que se mencionó

antes. El caucho resultante se designa como etileno-propileno-monómero diénico. Existen

variaciones en el dieno seleccionado, pero se usa el etilidennorboreno. Nótese que la

insaturación que resulta no se hace en la cadena principal del polímero. Esto da buena

resistencia a la intemperie y principalmente al ataque del ozono, el cual es un viejo problema

con los cauchos diénicos.

E. BUTILOS HALOGENADOS:

- Clorobutilo.

- Bromobutilo.

LA ELASTICIDAD DEL CAUCHO SE CARACTERIZA POR LO SIGUIENTE:

Aplicando fuerzas de atracción externa relativamente pequeñas se produce una gran

distensión del orden aprox. 800 – 1000% que supone una compactación de 10 -100

veces. El estiramiento puede mantenerse largo tiempo sin que disminuya la tensión

desarrollada entre extremos.

Al desaparecer la fuerza estiradora con el cuerpo elástico recupera en una fracción de

segundo su estado primitivo de forma prácticamente completa (elasticidad

reversible).

MATERIALES ELASTOMÉRICOS FARMACOTECNIA II

10 " Aquel que se ama a sí mismo, no tiene rival alguno"

La deformación que queda (expresada como diferencia entre las medidas antes y

después de la sobrecarga de tracción) son inferiores al 1% (de formación residual).

En estado de reposo los elásticos son amorfos, presentando apariencia de

cristalización durante el estiramiento.

Para el comportamiento caucho elástico de un alto polímero es decisiva la existencia

de largas cadenas moleculares que, en reposo, están aglomerados pero que por carga

mecánica pueden adoptar una forma cualquiera.

Las fuerzas de tracción producen un estiramiento y un paralelismo de dirección de

las macromoleculares cateniformes.

Puesto que en el caso de la goma virgen el efecto mecánico o térmico produce una

deformación que solo es parcialmente reversible (por transformación del estado

plástico debido a despolimerización) y el material se hace viscoso y pegajoso,

conviene analizar una vulcanización con azufre (vulcanización con aire caliente) o

con bicloruro de azufre (vulcanización en frió) que da lugar a la formación de puentes

de disulfuro entre las moléculas.

Las características de los elastómeros dependen del proceso de los aditivos

incorporados y del proceso de vulcanización empleado.

CORING, consiste en la formación de pequeñas partículas de elastómero debido a la

punción de la aguja en el tapón. Estas partículas pueden pasar al preparado

parenteral y después ser inyectadas en el organismo junto con el medicamento.

Los efectos perniciosos se encuentran directamente relacionados con el número de

partículas inyectadas y con su tamaño.

Uno de los métodos utilizados para determinar ésta cesión de partículas ha sido la

norma alemana DIN 58366.

MATERIALES ELASTOMÉRICOS FARMACOTECNIA II

11 " Aquel que se ama a sí mismo, no tiene rival alguno"

4.- USOS Y APLICACIONES:

Son utilizados como tapones para

viales.

Cartuchos.

Tetinas.

Jeringas.

Sondas.

Preservativos, etc.

MATERIALES ELASTOMÉRICOS FARMACOTECNIA II

12 " Aquel que se ama a sí mismo, no tiene rival alguno"

Uso de elastómeros en odontología.

Guantes. Diques de goma. Elásticos de ortodoncia. Taza de silicona para yesos. Topes de medición de longitud en endodoncia.

VENTAJAS DEL MATERIAL ELASTOMÉRICO:

Relativamente económicos.

Alta resistencia al desgarro.

Tiempo de trabajo prolongado.

Fidelidad de detalles.

Fácil desinfección.

DESVENTAJAS DEL MATERIAL ELASTOMÉRICO:

Olor, sabor y aspecto desagradable.

Difícil manipulación.

Largo tiempo de polimerización.

Baja estabilidad dimensional.

Bajo poder de recuperación a la deformación.

Debe ser vaciado antes de 30 minutos.

Es hidrofóbico.

CONTROL DE CALIDAD DE LOS MATERIALES ELASTOMÉRICOS.

- INSPECCIÓN Y CONTROL DE CALIDAD: los servicios que presta los departamentos

cuentan con pruebas para medir las características de los elastómeros como son:

MATERIALES ELASTOMÉRICOS FARMACOTECNIA II

13 " Aquel que se ama a sí mismo, no tiene rival alguno"

• DUREZA.

Medidor de dureza PCE-DX-A Shore A

aparato mecánico para medir la dureza

de goma blanda, caucho y elastómeros

El medidor de dureza PCE-DX-A es un

modelo estándar para medir la dureza de

materiales blandos en Shore A. Este medidor

de dureza cuenta con un componente de

medición con cabezal de medición y una

escala con una precisión de lectura de 0,5

unidades de dureza.

• ELONGACIÓN (%):

La elongación es crucial para todo tipo de material. Representa cuánto puede ser estirada

una muestra antes de que se rompa. La elongación elástica es el porcentaje de elongación al

que se puede llegar, sin una deformación permanente de la muestra. Es decir, cuánto puede

estirársela, logrando que ésta vuelva a su longitud original luego de suspender la tensión.

Esto es importante si el material es un elastómero. Los elastómeros tienen que ser capaces

de estirarse bastante y luego recuperar su longitud original. La mayoría de ellos pueden

estirarse entre el 500% y el 1000% y volver a su longitud original son inconvenientes.

• TENSIÓN:

Los elastómeros deben exhibir una alta elongación elástica. Pero para algunos otros tipos de

materiales, como los plásticos, por lo general es mejor que no se estiren o deformen tan

fácilmente. Si queremos conocer cuánto un material resiste la deformación, medimos algo

llamado módulo. Para medir el módulo ténsil, hacemos lo mismo que para medir la

resistencia y la elongación final. Esta vez medimos la resistencia que estamos ejerciendo

sobre el material, tal como procedimos con la resistencia ténsil. Incrementamos lentamente

la tensión y medimos la elongación que experimenta la muestra en cada nivel de tensión,

hasta que finalmente se rompe.

• COMPRESIÓN:

El Ensayo a Compresión para los elastómeros, es comúnmente conocido, pero tiene como

inconveniente que los estados tensionales de compresión puro no se logran debido a la

fricción que surge entre la probeta y la máquina debido a que la probeta no se desplaza

libremente a través de la superficie de las platinas durante el proceso de compresión.

Inclusive para valores pequeños del coeficiente de fricción causan valores sustanciales de

deformaciones transversales que alteran el valor de las deformaciones por compresión.

MATERIALES ELASTOMÉRICOS FARMACOTECNIA II

14 " Aquel que se ama a sí mismo, no tiene rival alguno"

Bibliografía:

http://books.google.com.pe/books?id=_OCYnoHE40kC&pg=PA251&dq=elastomeros&hl=es&ei=

MKVaTZWlGMGAlAe5qaXZDA&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=6&ved=0CD4Q6AEwB

Q#v=onepage&q&f=false

http://books.google.com.pe/books?id=YiWdEYEHBIAC&pg=PA518&dq=elastomeros&hl=es&ei

=MKVaTZWlGMGAlAe5qaXZDA&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=7&ved=0CEMQ6AE

wBg#v=onepage&q=elastomeros&f=false

TECNOLOGIA FARMACEUTICA VILA JATO

http://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-de-dureza/medidor-

dureza-pce-dx-a.ht