Alternativas para Fabricação de Álcool em Gel

Wallace C Porto Magalhães
Pró G9 Tecnologia da Informação, Belo Horizonte MG, Brasil 

Argumentação
Alternativas aos Carbômeros

Acrylates/C10-30 alkyl acrylate crosspolymer
Ammonium acryloyldimethyltaurate/VP copolymer
Polyacrylate crosspolymer-6
Acrylates copolymer
Polyacrylamide (and) C13-14 isoparaffin (and) laureth-7
Polyquaternium-37
Hidroxipropilmetilcelulose
Hidroxietilcelulose
Carboximetilcelulose
Goma guar (Hydroxypropyl guar)
Goma tara
Goma xantana
Sclerotium gum

Considerações sobre modo de preparação
Considerações sobre estabilidade
Conclusão
Nota do autor

Colaborações de outras pessoas feitas após a publicação do artigo
Polysilicone-34 (and) Isononyl Isononanoate (and) Water
PEG-10 Dimethicone


O autor

 

 
Com a disseminação do novo coronavírus, a demanda por antissépticos aumentou de maneira vertiginosa. O álcool etílico 70% (p/p), em gel ou na forma líquida, é um antisséptico extremamente útil para a desinfecção das mãos, principalmente quando não é possível lavá-las com água e sabão.
 
O álcool 70% tem ação efetiva na eliminação de vírus e age de forma muito rápida, o que o torna uma ferramenta muito útil na contenção da propagação novo coronavírus e na redução do contágio das pessoas por ele. A maior eficácia do álcool 70%, em comparação a apresentações com maior concentração alcoólica (92%, 99% ou anidro) acontece devido à maior quantidade de água, o que reduz a velocidade de evaporação do álcool. Essa menor velocidade de evaporação, consequentemente, faz com que o álcool permaneça mais tempo sobre a pele, aumentando de forma significativa seu tempo de ação.
 
A apresentação do álcool 70% na forma de gel tem outras vantagens, como facilidade de transportar no dia a dia e sua facilidade de aplicação. O fato do álcool em gel ser menos sujeito a vazamentos e o de queimar mais lentamente, o que o torna o mais seguro quando comparado à sua forma líquida. Além disso, talvez a forma de gel possa retardar ainda mais a evaporação do álcool, representando até algum ganho de sua eficácia. 
 
Segundo dados da Abihpec, a estimativa de consumo do álcool em gel em 2020, por causa da pandemia do Covid-19, poderá superar em até 10 vezes o valor registrado em 2019. O faturamento de vendas de álcool em gel ao consumidor poderá alcançar R$ 1 bilhão. Essa explosão na demanda está causando o desabastecimento desse produto no mercado.
 
A fabricação do álcool em gel é regulada pela Anvisa e requer aprovação prévia à fabricação e à venda. Devido ao excesso de demanda por esse produto, as empresas com o produto já aprovado estão tendo dificuldade de atender o mercado.
Por outro lado, a necessidade de registro prévio de álcool em gel na Anvisa impedia, neste momento, que outras empresas de cosméticos, com capacidade ociosa de produção, pudessem produzir esse produto a tempo de suprir o mercado no momento mais agudo da crise.
 
Para solucionar esse problema de desabastecimento momentâneo, emergencialmente, a Anvisa editou a RDC n.º 350, de 19 de março de 2020, que autoriza, em caráter excepcional e temporário, que empresas fabricantes de medicamentos, cosméticos e saneantes regularizadas fabriquem e comercializem várias preparações antissépticas sem a prévia autorização desse órgão. Para as empresas fabricantes de cosméticos e saneantes, essa permissão de fabricar e comercializar se aplica exclusivamente ao álcool etílico 70%, nas suas diversas formas de apresentação, conforme estabelece o Art. 4° da referida RDC.
A indústria de cosméticos talvez seja a que melhor consiga compreender a importância do uso do álcool 70% na forma de gel, portanto, e por vários motivos, deve ter interesse em sua fabricação neste momento. 
 
Porém, com a demanda aumentada na esfera global, a oferta de carbômeros é nula. Os carbômeros são agentes gelificantes/espessantes tradicionalmente utilizados na fabricação do álcool em gel e sua falta representa uma dificuldade técnica inicial para realizá-la. Entretanto, existem alternativas aos carbômeros que podem ser usadas como espessante para fabricar o álcool em gel e suprir a demanda de mercado. Alguns dessas matérias-primas alternativas aos carbômeros podem existir no próprio estoque das empresas, já que são usadas com outras finalidades. Caberá aos pesquisadores procurar e testar essas alternativas.  
Outra avaliação importante aos espessantes alternativos é referente ao custo dessas matérias-primas, que deve ser considerado no desenvolvimento do novo produto. 


Alternativas aos Carbômeros

Para ajudar neste trabalho de pesquisa, seguem algumas informações, encontradas na literatura sobre materiais alternativos ao uso dos carbômeros. Da mesma maneira, atenção especial deve ser dada ao modo de preparação do álcool em gel, o que, sabidamente, pode alterar muito as características do produto final. Ressalte-se que essas informações são preliminares e que um estudo detalhado deve ser feito para cada formulação a ser testada. Considere o uso de mais de um gelificante em sua formulação. Existem registros de que a associação de Polyacrylate crosspolymer-6, HPMC (Hidroxipropilmetilcelulose) e goma xantana a 3% pode formar géis hidroalcoólicos com até 70% de álcool isopropílico. Portanto, essa deve ser uma saída para se obter géis com a viscosidade, a aparência e a textura desejadas.


Acrylates/C10-30 alkyl acrylate crosspolymer

São copolímeros de alto peso molecular. Esses polímeros contêm porções hidrofílicas e hidrofóbicas dentro das moléculas. A porção hidrofóbica do polímero adsorve na interface óleo-água e a porção hidrofílica intumesce na água, formando uma rede de gel em torno das gotículas de óleo e assim proporcionando excepcional estabilidade à emulsão. Não ausência de fase oleosa, forma gel transparente e límpido.
Concentração de uso indicada: 2%
Nomes comerciais: Pemulen TR-1 e Pemulen TR-2 


Ammonium acryloyldimethyltaurate/VP copolymer

Tem boa compatibilidade com solventes orgânicos (etanol, acetona) e é estável em relação à radiação UV e ao alto estresse de cisalhamento. Nenhuma etapa de neutralização é necessária. Concentrações de 1% ou mais formam géis transparentes e claros. Os géis ligeiramente turvos podem ser transformados em formulações claras por meio da adição de aproximadamente 5% de solvente, por exemplo, de glicerina. Melhor clareza do gel é obtida com água relativamente livre de íons metálicos (desmineralizada ou deionizada). Géis hidroalcoólicos e transparentes podem ser feitos com mais de 50% de etanol. Para fabricar géis hidroalcoólicos, a melhor opção é preparar primeiro o gel aquoso e posteriormente adicionar o etanol. A adição do etanol deve, de preferência, ser feita usando-se um agitador de âncora de movimento lento para minimizar a retenção de bolhas de ar.
Faixa de pH: 4,0 - 9,0
Concentração de uso indicada: 1% a 2%
Nome comercial: Aristoflex AVC


Polyacrylate crosspolymer-6

É um material pré-neutralizado. Pode ser processado a frio ou a quente. Forma géis aquosos transparentes. Apresenta efeito sinérgico com goma tara. 
Percentual de uso indicado: 1% a 2%
Faixa de pH: 2-8
Nome comercial: Sepimax ZEN


Acrylates copolymer

É um produto líquido, processável a frio, que eleva a viscosidade instantaneamente após a neutralização, proporcionando facilidade de manuseio e maior eficiência de fabricação. Oferece características como suavidade, sensação não gordurosa e não pegajosa, e facilidade de usar. Permite ampla variedade de possíveis formulações e tipos de produto, incluindo géis, emulsões e soluções claras. É utilizado em: formulações que contêm álcool e glicol (adstringentes e produtos de limpeza), depilatórios, loções (produtos de limpeza corporal, para as mãos e maquiagens) e géis solventes. 
Concentração de uso indicada: 2% a 6%
Nomes comerciais: Aculyn 33 e Rheocare TTA


Polyacrylamide (and) C13-14 isoparaffin (and) laureth-7

É apresentado na forma de líquido pré-neutralizado. Tem bom poder de espessamento em meio aquoso.
Faixa de pH: 2 a 11
Concentração de uso indicada: 0,5% a 5%
Nomes comerciais: Sepigel 305, Focus Gel 305 e Aquagel 35


Polyquaternium-37

É um polímero catiônico na forma de pó que proporciona excelente viscosidade a sistemas com alta carga de eletrólitos. Controla a reologia de produtos acabados, sendo especialmente útil para formulações transparentes sob condições ácidas. Não requer pré-neutralização e permite processos a frio. Suspende e estabiliza coingredientes, principalmente em alta presença de eletrólitos. Proporciona sensorial macio seguido de excelente espalhabilidade.
Concentração de uso indicada: 1% a 2%
Nomes comerciais: Cosmedis Ultragel 300, Kleosol 200ST


Hidroxipropilmetilcelulose

Pó branco ou ligeiramente amarelado, inodoro, insípido e atóxico. Pode ser dissolvido em água fria para formar uma solução transparente e viscosa. A solução aquosa desse produto tem atividade na superfície para que ele tenha emulsificação, coloides protetores e estabilidade relativa. 
A viscosidade da solução aquosa é relativamente estável no intervalo de pH entre 3,0 e 11,0.
Concentração de uso indicada: 2% a 5%
Nome comercial: Benecel K200M


Hidroxietilcelulose

É um polímero solúvel em água, especialmente modificado, não iônico, obtido da reação de óxido de etileno com celulose alcalina. Solúvel em água fria ou quente, forma soluções cristalinas de viscosidade variável. Também é solúvel em até 60% de etanol.
Aspecto: pó inodoro de cor levemente marrom.
Estável em ampla faixa de pH de 3 a 10.
Concentração de uso indicada: a partir de 1%
Nomes comerciais: Cellosize QP 100, Cellosize QP 4400H e Natrosol 250 HHR


Carboximetilcelulose

A carboximetilcelulose (CMC) é um pó inodoro de sabor característico e coloração branca a amarelada. Derivada da celulose, é utilizada na indústria de alimentos como espessante, estabilizante, umectante e gelificante, e para conferir volume e corpo e reter água. Disponível na forma sódica (sal de sódio), como carboximetilcelulose de sódio. Pode funcionar bem como agente de viscosidade complementar.
Concentração de uso indicada: a partir de 1%


Goma guar (Hydroxypropyl guar)

A goma guar se dispersa e hidrata quase completamente em água fria ou quente, formando soluções altamente viscosas. É insolúvel em solventes orgânicos. A viscosidade das dispersões ou soluções de goma guar depende da temperatura, tempo, concentração, pH, velocidade de agitação e tamanho das partículas do pó. Em água fria, a viscosidade máxima da goma guar é alcançada em 1 a 4 horas. A viscosidade de uma solução a 1% varia de 2.000 a mais de 5.000 cP.
O pH de uma solução de goma guar a 1% está entre 5,0 e 7,0. As soluções de goma guar têm ação de tampão e são muito estáveis em pH de 4 a 10,5. A hidratação mais rápida ocorre na faixa de pH 7,5-9.
É compatível com pectina, metilcelulose e carboximetilcelulose.
A goma guar também é compatível com quase todos os amidos quimicamente modificados, os amidos crus, celulose modificada, polímeros sintéticos e proteínas solúveis em água.
Concentração de uso indicada: 1% a 3%
Nomes comerciais: Jaguar HP-105 e Focusguar SN-3230C


Goma tara

Originária do endosperma da semente da árvore peruana tara (Caesalpinia spinosa), é um polissacarídeo composto de manose e galactose.
Solúvel a frio, proporciona viscosidade a sistemas aquosos, lácteos e a sistemas de baixa solidez, em poucos minutos. Atua como espessante, aglomerante, estabilizador e retém umidade. Tem as vantagens de ser incolor, insípida, muito estável e apresentar ótima sinergia com outras gomas. A goma tara oferece máxima viscosidade, mesmo a frio, em matrizes de baixos teores de sólidos, como água e leite. Tem ótima sinergia com a kappa carragena e com a goma xantana, e é comparável à goma de alfarroba em relação à sua força de formação do gel e à redução de sinérese. A goma tara é estável em meios aniônicos e catiônicos, e estável em uma larga faixa de pH.


Goma xantana

É muita usada em formulações de cremes e loções cremosas. É compatível com soluções aquosas de solventes miscíveis em água comuns. Há a informação, em publicações, de que a goma xantana pode suportar soluções com 40% a 50% de glicerol, glicóis, éteres de glicol e álcoois sem precipitar. 


Sclerotium gum

É um agente espessante natural de última geração que oferece gelificação multifuncional e atividade estabilizadora. Permite o desenvolvimento de géis e cremes estáveis que proporcionam excelentes características sensoriais. Quando é usado na formulação em concentrações de 0,5% a 2,0%, a goma sclerotium aumenta a viscosidade da formulação, mantendo boas propriedades de fluidez, flexibilidade e vazamento. Sua natureza não iônica permite que esse agente seja utilizado em ampla faixa de pH: 5,0 a 12,0. Em concentrações entre 0,25% e 2%, é possível se obter géis com viscosidade entre 60 e 12.000 cP. Os géis preparados com água fria (temperatura < 20°C) não atingem viscosidades muito elevadas, por isso é recomendável utilizar água aquecida, próxima a 60-70°C. Viscosidades de 500 a 800 cP são obtidas com concentração de 0,5%.
Nome comercial: Amigel
Algumas gomas podem precipitar na presença de álcool, o que ocorre no processo de obtenção de algumas delas. Portanto, é recomendado que se avaliem previamente o modo de preparação e os resultados obtidos.


Considerações sobre modo de preparação

O modo de preparação varia com o gelificante a ser usado. Cada gelificante exige um procedimento específico para hidratação, e pode ser adicionado na água, na água e glicerina - normalmente a glicerina facilita o processo - ou mesmo na fase hidroalcoólica total, sob agitação que pode variar de intensidade de 500 a 2000 rpm. O gelificante deve ser adicionado preferencialmente no vórtice, aos poucos, de preferência, com auxílio de uma peneira fina.  No caso de adição do álcool depois da hidratação do espessante, deve ser feito em fluxo bem lento para “abrir progressivamente a malha do gel”, também sob agitação que, aqui,  deve ser um mais baixa.

Na preparação de géis de hidroximetilpropilcelulose  (HPMC), a água e a glicerina devem ser misturadas e previamente aquecidas 75/80°C. Esta fase deve ser agitada para formação do vórtex, onde deve ser adicionada a HPMC, pouco a pouco.  O aquecimento pode ser mantido durante a adição e a agitação deve ser mantida até se obter homogeneidade na mistura. O álcool deve ser adicionado longe da fonte de calor, após resfriamento e completa hidratação da HPMC. O Sepimax ZEN não exige aquecimento para hidratação, por isso pode ser feito teste adicionando na água – glicerina, ou na fase hidroalcoólica completa, com o total ou parte do álcool. Não raramente, uma fase de dispersão com menor volume pode dar melhor resultado.  Há registros que o Sepimax ZEN e a HPMC a 3% podem gelificar soluções com 70% de álcool isopropílico, e que o uso de 1,5% de glicerina pode reduzir esta concentração para 1%. Não há registros específicos para o álcool etílico, mas provavelmente, estas observações devem se aplicar a este caso. A Goma Xantana e o Aristoflex AVC também podem ser processados da mesma maneira e também há registros falando da tolerância a concentrações de 70% de álcool isopropílico. A hidroxietilcelulose (HEC) pode ser dispersa em água fria, mas o aquecimento pode tornar o processo mais rápido. A goma tara é incompatível com concentrações de álcool superiores a 10%, mas podem ser testadas em associação para verificar possível sinergismo. O uso de Veegum – silicato de alumínio e magnésio – também deve ser avaliado em sistema espessante composto, já que é compatível com até 20%. O uso de misturas sinérgicas pode ser interessante para ampliar a oferta de espessantes, uma vez que as associações aumentam a lista de materiais disponíveis para a aplicação, o que deve garantir maior possibilidade de abastecimento. Em suma, a melhor opção é mesmo testar cuidadosamente os materiais disponíveis, usando modos de preparação diferentes até conhecer o mais eficiente.

 

 

 

 




 

 

 

 

 

 

 


 

Considerações sobre estabilidade

Para o atendimento à demanda que foi criada com a disseminação do novo coronavírus, não é possível realizar um estudo de estabilidade acelerada habitual. O que parece mais adequado é iniciar os testes em ambiente, estufa e geladeira e, se os resultados já se mostrarem satisfatórios a partir do quinto dia – que corresponderia a um prazo de validade de 3 meses -, já será razoável iniciar a sua produção, principalmente porque possíveis alterações não devem eliminar a ação de sanitização do preparado. Logicamente, os testes devem ser mantidos em andamento pelos noventa dias protocolares. 

 

Conclusão

Com a RDC n.º 350/20, da Anvisa, há uma flexibilização para a indústria cosmética fabricar o álcool em gel 70%. Entretanto, há restrições quanto à disponibilidade de espessantes/gelificantes, insumos necessários à sua fabricação.
O uso de espessantes alternativos pode representar custo mais elevado do produto final do que seria obtido com o uso de carbômeros, mas deve ser fortemente considerado que decisão de fabricar álcool em gel com carbômeros terá como objetivo principal colaborar com o país em um momento de inédita excepcionalidade. 
Portanto, os preços de venda deveriam ser calculados de maneira a cobrir somente os custos, incluindo os da mão de obra e com os impostos. É certo que, ao voltar à normalidade, teremos uma demanda reprimida importante a ser atendida e que deverá ser até maior para alguns produtos específicos, como creme para as mãos. Esse retorno vai criar novas oportunidades de recompor o lucro das empresas.
Precisamos todos trabalhar juntos para que a retomada da normalidade aconteça da maneira mais rápida possível. 

 

Nota do autor

Este artigo é resultado de um trabalho de pesquisa e tem a finalidade maior ajudar técnicos e empresas a acharem alternativas para a fabricação de álcool em gel, em um mercado com alta demanda e problemas de abastecimento. As condições atuais determinaram um tempo curto para sua a pesquisa e impediram a realização de uma etapa de laboratório. Em caráter emergencial, foi publicada uma versão no dia 26/03/2020, e agora temos a versão ampliada.  De qualquer forma, acredito que ele cumpre seu papel principal de mostrar algumas possibilidades, já com algumas recomendações técnicas aos formuladores. A idéia do trabalho foi do Hamilton Santos, da Tecnopress, a quem agradeço por ter confiado a mim esta importante tarefa.

 

Colaborações de outras pessoas feitas após a publicação do artigo

Contribuições para esta seção devem ser encaminhadas para: sac@tecnopress-editora.com.br
 

Polysilicone-34 (and) Isononyl Isononanoate (and) Water

O Silsoft EAU Microgel tem a capacidade de inchar e desinchar por meio do controle de pH e de atuar como um agente estruturante único e emulsificante. Esse produto permite a incorporação de óleos, esteres, filtros solares, silicones, microesferas, pigmentos e álcool 70%. A flexibilidade do Silsoft EAU Microgel ajuda a enriquecer as fórmulas para cuidados com a pele, acentuando sua beleza única e proporcionando uma sensação refrescante, úmida e de quebra rápida. 
Aplicações: tratamento de pele, maquiagem, proteção solar e álcool em gel
Concentração de uso: 2-5%
Nome comercial: SILSOFT EAU MICROGEL

 
PEG-10 Dimethicone

O Silsoft 860 é um silicone poliéter solúvel em álcool e água. O produto pode ser usado em formulações de álcool em gel como substituto da glicerina. Este silicone melhora o sensorial, dando um efeito condicionante e protetivo para a pele, sem deixá-la pegajosa. Em formulações de espuma sanitizante, promove a estabilidade. Neste caso, a concentração deve ser 4,5% de Silsoft 860, sendo que a válvula da embalagem deve ser especial para possibilitar a formação de espuma. Aplicações:  álcool em gel, espuma sanitizante para as mãos, álcool 70% em aerossol, shampoo, shower gel, sabonete líquido facial, etc.
Concentração de uso: 1-5%
Nome comercial: SILSOFT 860

 

O autor

Wallace César Porto Magalhães é farmacêutico e atua há mais de 30 anos na indústria de cosméticos. É o responsável pelo desenvolvimento e pela coordenação de suporte do sistema RTC, na Pró G9 Tecnologia da Informação. Assina a coluna “Gestão em P&D” na revista Cosmetics & Toiletries Brasil.

 

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