Emulsiones de Pickering por ultrasonidos

  • Las emulsiones Pickering están estabilizadas por partículas sólidas.
  • Las emulsiones Pickering convencen por su carácter "sin emulsionantes" y su mayor estabilidad.
  • Los ultrasonidos son la herramienta perfecta para crear emulsiones Pickering, en primer lugar dispersando las partículas estabilizadoras en la fase acuosa y, en segundo lugar, emulsionando la fase aceite/agua.

Emulsiones Pickering

Las emulsiones Pickering se estabilizan mediante partículas sólidas adsorbidas en lugar de un emulsionante o tensioactivo. De este modo, las emulsiones Pickering pueden considerarse "sin emulsionante" o “sin tensioactivos” ya que están estabilizadas por partículas sólidas. Si se mezclan aceite y agua y se forman pequeñas gotas de aceite que se dispersan por el agua, con el tiempo las gotas se fusionarán y disminuirá la cantidad de energía del sistema. Sin embargo, si se añaden partículas sólidas a la mezcla, se unirán a la superficie de la interfaz e impedirán que las gotas se fusionen, lo que hará que la emulsión sea más estable.
La formación sin emulsionante es especialmente interesante para la formulación de productos para los que el uso de tensioactivos tiene efectos negativos, por ejemplo, para productos farmacéuticos y cosméticos. Además, las emulsiones Pickering muestran una mayor estabilidad en comparación con las emulsiones estabilizadas con emulsionantes convencionales. El recubrimiento de las gotas de partículas sólidas funciona como una barrera rígida contra la coalescencia. Esto significa que incluso las emulsiones muy concentradas pueden estabilizarse eficazmente como emulsiones Pickering. Las nanopartículas sólidas, que se adsorben entre la interfase aceite-agua, se sumergen parcialmente en el agua y el medio oleoso, de modo que las nanopartículas estabilizadoras pueden tener propiedades hidrófilas, hidrófobas o anfifílicas. La forma y el tamaño de las partículas también influyen en la estabilidad de la emulsión.

Célula de flujo ultrasónica para homogeneización en línea, dispersión, emulsificación y reacciones sonoquímicas mediante ondas ultrasónicas de alta intensidad.

Reactor ultrasónico para emulsiones

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Las elevadas fuerzas mecánicas de cizallamiento de la homogeneización ultrasónica superan la barrera energética entre las interfaces de fase. Además, la sonicación rompe los agregados y aglomerados de nanopartículas y crea una emulsión altamente polidispersa.

La sonicación se utiliza en las dos etapas de la preparación de una emulsión de pickering:

  1. dispersar las partículas adsorbidas en la fase acuosa
  2. emulsionar la mezcla o/w

Emulsión Pickering con sílice

En primer lugar, se dispersaron polvos de sílice pirógena hidrófila (como Aerosil® 200 o Aerosil® 380) como aglomerados de 100 nm en agua utilizando un dispositivo ultrasónico.
En el segundo paso, se prepararon por sonicación unas emulsiones o/w estables con un 20% en peso de aceite y un tamaño de gota de 2-10 nm de diámetro.
Para obtener emulsiones estables y transparentes de butanol, acetato de etilo, lactato de butilo y dietil adipato en la fase acuosa se requiere un 6% de sílice. En el caso del adipato de diisobutilo, se requiere al menos un 8% de sílice para obtener una emulsión estable.
Todas las emulsiones preparadas han demostrado ser estables durante al menos 6 meses.
 

Nanoemulsiones ultrasónicas: Este vídeo demuestra la rápida producción de una nano-emulsión de aceite en agua. El UP200Ht homogeneiza el aceite y el agua en segundos.

Emulsionado por ultrasonidos con UP200Ht con sonda S26d14

Vídeo en miniatura

 

Mientras que la sílice desnuda y la funcionalizada (SiO2) es una de las partículas más utilizadas, otras partículas como

  • Fe3O4,
  • hidroxiapatita,
  • poliestireno monodisperso partículas de látex,
  • ciclodextrina y maltodextrina,
  • nanotubos de halloysita,
  • hematites (α-Fe2O3),
  • poli(metacrilato de metilo) (PMMA),
  • partículas insolubles de complejo quitosano/gelatina-B

entre muchas otras partículas sólidas se han utilizado con éxito para crear emulsiones Pickering estables.

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Literatura / Referencias

Información interesante

Emulsiones de aceite en agua (o/w) Pickering

La emulsión Pickering de aceite en agua se refiere a una emulsión en la que gotitas de aceite están dispersas en agua como fase continua. Este tipo de emulsiones Pickering se estabiliza generalmente mediante nanopartículas cuyo ángulo de contacto es inferior a 90º. Las emulsiones Pickering o/w pueden estabilizarse, por ejemplo, mediante el uso de sílice pirógena, Fe3O4 nano partículas. La fase oleosa de estas emulsiones Pickering puede consistir, por ejemplo, en dodecano, anhídrido octadecenil succínico (ODSA), tolueno y butirato de butilo en agua, respectivamente.

Emulsiones de agua en aceite (w/o) Pickering

Las emulsiones Pickering de agua en aceite contienen gotitas de agua como fase dispersa y aceite como fase continua. Las nano partículas con ángulo de contacto superior a 90º son los mejores agentes estabilizadores para este tipo de emulsiones. Las emulsiones Pickering o/w pueden estabilizarse mediante el uso de nano partículas magnéticas.

Emulsiones complejas de Pickering

Las emulsiones Pickering dobles o múltiples (w/o/w u o/w/o) son sistemas polidispersos complejos en los que pequeñas gotas están suspendidas dentro de gotas más grandes que, además, están suspendidas en una fase continua. Para las emulsiones múltiples de Pickering, se lleva a cabo un proceso de emulsificación en dos pasos: Para una emulsión w/o/w, en el primer paso de emulsificación, la emulsión w/o se estabiliza mediante nanopartículas hidrofóbicas; en el segundo paso de emulsificación, se utilizan nanopartículas hidrofílicas como estabilizador. Las emulsiones múltiples pueden formarse como agua-en-aceite-en-agua (w/o/w) o aceite-en-agua-en-aceite (o/w/o).
Las emulsiones w/o/w se utilizan frecuentemente como vehículos / portadores de diversos compuestos activos hidrofílicos y fármacos (por ejemplo, vitaminas, antioxidantes, enzimas, vacunas, hormonas), que se liberan lentamente. Como algunas sustancias activas también migran de la fase externa a la interna de una emulsión múltiple, dichas emulsiones w/o/w funcionan perfectamente para la liberación retardada / liberación sostenida de las sustancias activas.

Puenteo de gotas

Un fenómeno único que se produce en algunos sistemas de emulsión Pickering es la formación de puentes entre gotas. Los coloides que sobresalen de la superficie de una gota pueden adsorberse simultáneamente a otra interfaz, formando puentes entre dos gotitas. Los puentes están formados por monocapas de partículas coloidales y las gotas sólo están separadas por una fina película de fase continua.

Dispersión ultrasónica de sílice pirógena: El homogeneizador ultrasónico UP400S de Hielscher dispersa el polvo de sílice de forma rápida y eficiente en nano partículas individuales.

Dispersión de sílice pirogénica en agua con el UP400S

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