Pickeringi emulsioonid võimsa ultraheliga

• Pickeringi emulsioone stabiliseerivad tahked osakesed.
• Pickeringi emulsioonid veenavad oma „emulgaatorivaba“ olemuse ja suurema stabiilsusega.
• Ultraheli on ideaalne vahend Pickeringi emulsioonide valmistamiseks: esmalt dispergeeritakse stabiliseerivad osakesed veefaasi ja seejärel emulgeeritakse õli/vee faas.

Pickeringi emulsioonid

Pickeringi emulsioone stabiliseerivad emulgaatori või pindaktiivse aine asemel adsorbeerunud tahked osakesed. Seetõttu võib Pickeringi emulsioone pidada „emulgaatorivabadeks“ või „pindaktiivsetest ainetest vabadeks“, kuna neid stabiliseerivad tahked osakesed. Kui õli ja vett segada ning moodustuvad väikesed õlipiisad, mis on vees hajutatud, siis lõpuks piisad koaleseeruvad, et vähendada süsteemi energiahulka. Kui segule aga lisada tahkeid osakesi, seonduvad need faasidevahelise piirpinna pinnaga ning takistavad piisku koaleseerumast, muutes emulsiooni seeläbi stabiilsemaks.
Emulgaatorita moodustumine pakub erilist huvi selliste toodete koostise väljatöötamisel, mille puhul pindaktiivsete ainete kasutamisel on negatiivne mõju, nt farmaatsia- ja kosmeetikatoodete puhul. Lisaks on Pickeringi emulsioonid stabiilsemad kui tavaliste emulgaatoritega stabiliseeritud emulsioonid. Piiskade tahkete osakeste kate toimib jäiga tõkkena koalestsentsi vastu. See tähendab, et isegi kõrgelt kontsentreeritud emulsioone saab Pickeringi emulsioonidena tõhusalt stabiliseerida. Tahked nanoosakesed, mis on adsorbeerunud õli–vee piirpinnale, on osaliselt vee- ja osaliselt õlikeskkonda sukeldunud, mistõttu võivad stabiliseerivad nanoosakesed olla hüdrofiilsed, hüdrofoobsed või amfifiilsed. Ka osakeste kuju ja suurus mõjutavad emulsiooni stabiilsust.

Ultraheli homogeniseerimise suured mehaanilised nihkejõud ületavad faasidevaheliste piirpindade energiabarjääri. Lisaks lõhub ultraheli töötlus nanoosakeste agregaadid ja aglomeraadid ning tekitab väga polüdispersse emulsiooni.

Ultraheli töötlust kasutatakse Pickeringi emulsiooni valmistamise mõlemas etapis:

1. adsorbeerunud osakeste dispergeerimiseks veefaasi
2. o/w segu emulgeerimiseks

Pickeringi emulsioon ränidioksiidiga

Esmalt dispergeeriti hüdrofiilsed pürogeensed ränidioksiidi pulbrid (nt Aerosil® 200 või Aerosil® 380) ultraheliseadme abil vette 100nm aglomeraatidena.
Teises etapis valmistati ultraheli töötlusega stabiilsed o/w emulsioonid, mis sisaldasid 20 wt% õli ja mille piiskade läbimõõt oli 2–10nm.
Stabiilsete, läbipaistvate butanooli, etüülatsetaadi, butüüllaktaadi ja dietüüladipaadi emulsioonide saamiseks vesifaasis oli vaja 6% ränidioksiidi. Diisobutüüladipaadi puhul on stabiilse emulsiooni saamiseks vaja vähemalt 8% ränidioksiidi.
Kõik valmistatud emulsioonid olid stabiilsed vähemalt 6 kuud.

Kuigi paljas ja funktsionaliseeritud ränidioksiid (SiO₂) on üks enim kasutatavaid osakesi, on stabiilsete Pickeringi emulsioonide loomiseks edukalt kasutatud ka muid osakesi, näiteks

• Fe₃O₄,
• hüdroksüapatiit,
• monodisperssed polüstüreeni lateksiosakesed,
• tsüklodekstriin ja maltodekstriin,
• halloysiit-nanotorud,
• hematiidi (α-Fe₂O₃) mikroosakesed,
• polü(metüülmetakrülaat) (PMMA),
• lahustumatud kitosaani/želatiin-B kompleksosakesed

ja paljusid teisi tahkeid osakesi.

Kirjandus / viited

• Xu, Yayuan; Song, Jiangfeng; Dai, Zhuqing; Niu, Liying; Dajing, Li; Wu, Caie (2022): Study on physicochemical characteristics of lutein nanoemulsions stabilized by chickpea protein isolate-stevioside complex. Journal of the Science of Food and Agriculture 102; 2022. 1872-1882.
• Xiao-Yan Wang and Marie-Claude Heuzey (2016): Chitosan-Based Conventional and Pickering Emulsions with Long-Term Stability. Langmuir 32, 4; 2016. 929–936.
• Bordes, C.; Bolzinger, M.-A.; El Achak, M.; Pirot, F.; Arquier, D.; Agusti, G.; Chevalier, Y. (2021): Formulation of Pickering emulsions for the development of surfactant-free sunscreen creams. International Journal of Cosmetic Science 43, 2021. 432-445.