امولسیون‌های پیکرینگ با فراصوت پرتوان

• امولسیون‌های پیکرینگ به‌وسیلهٔ ذرات جامد پایدار می‌شوند.
• امولسیون‌های پیکرینگ به‌دلیل ماهیت «فاقد امولسیفایر» و پایداری بیشتر خود، گزینه‌ای جذاب هستند.
• فراصوت ابزاری ایدئال برای تولید امولسیون‌های پیکرینگ است؛ ابتدا ذرات پایدارکننده را در فاز آبی پراکنده می‌کند و سپس فاز روغن/آب را امولسیون می‌کند.

امولسیون‌های پیکرینگ

امولسیون‌های پیکرینگ به‌جای امولسیفایر یا سورفکتانت، به‌وسیلهٔ ذرات جامدی که جذب سطحی شده‌اند پایدار می‌شوند. بنابراین، می‌توان امولسیون‌های پیکرینگ را «فاقد امولسیفایر» یا «فاقد سورفکتانت» دانست، زیرا ذرات جامد آن‌ها را پایدار می‌کنند. اگر روغن و آب مخلوط شوند و قطرات کوچک روغن تشکیل و در سراسر آب پراکنده شوند، این قطرات در نهایت به هم می‌پیوندند تا میزان انرژی سامانه کاهش یابد. اما اگر ذرات جامد به مخلوط اضافه شوند، به سطح مشترک متصل می‌شوند و از هم‌جوشی قطرات جلوگیری می‌کنند؛ در نتیجه، امولسیون پایدارتر می‌شود.
تشکیل امولسیون بدون امولسیفایر به‌ویژه برای فرمولاسیون محصولاتی جذاب است که استفاده از سورفکتانت‌ها در آن‌ها اثرات منفی دارد؛ برای مثال، محصولات دارویی و آرایشی. افزون بر این، امولسیون‌های پیکرینگ در مقایسه با امولسیون‌هایی که با امولسیفایرهای متداول پایدار می‌شوند، پایداری بیشتری دارند. پوشش ذرات جامد روی قطرات، همچون سدی صلب در برابر هم‌جوشی عمل می‌کند. این بدان معناست که حتی امولسیون‌های بسیار غلیظ را نیز می‌توان به‌طور مؤثر به‌صورت امولسیون‌های پیکرینگ پایدار کرد. نانوذرات جامدی که در سطح مشترک روغن–آب جذب سطحی می‌شوند، بخشی در آب و بخشی در محیط روغنی غوطه‌ورند؛ ازاین‌رو، نانوذرات پایدارکننده می‌توانند خواص آب‌دوست، آب‌گریز یا آمفی‌فیلیک داشته باشند. شکل و اندازهٔ ذرات نیز بر پایداری امولسیون اثر می‌گذارند.

نیروهای برشی مکانیکی بالای همگن‌سازی فراصوتی بر سد انرژی میان سطوح مشترک فازها غلبه می‌کنند. افزون بر این، فراصوت‌دهی تجمع‌ها و کلوخه‌های نانوذرات را می‌شکند و امولسیونی با چندپراکندگی بسیار بالا ایجاد می‌کند.

فراصوت‌دهی در هر دو مرحلهٔ تهیهٔ امولسیون پیکرینگ به کار می‌رود:

1. برای پراکنده‌سازی ذرات جذب‌شده بر سطح در فاز آبی
2. برای امولسیون‌سازی مخلوط o/w

امولسیون پیکرینگ با سیلیس

ابتدا پودرهای سیلیس دودزای آب‌دوست (مانند Aerosil® 200 یا Aerosil® 380) با استفاده از دستگاه فراصوتی به‌صورت کلوخه‌های 100nm در آب پراکنده شدند.
در مرحلهٔ دوم، امولسیون‌های پایدار o/w با 20 wt% روغن و قطر قطرات 2–10nm به روش فراصوت‌دهی تهیه شدند.
برای دستیابی به امولسیون‌های پایدار و شفاف بوتانول، اتیل استات، بوتیل لاکتات و دی‌اتیل آدیپات در فاز آبی، 6% سیلیس مورد نیاز بود. برای دی‌ایزوبوتیل آدیپات، دستیابی به امولسیون پایدار به حداقل 8% سیلیس نیاز دارد.
تمام امولسیون‌های تهیه‌شده دست‌کم به‌مدت 6 ماه پایدار مانده‌اند.
 

اگرچه سیلیس بدون اصلاح سطحی و نیز سیلیس عامل‌دارشده (SiO₂) از پرکاربردترین ذرات هستند، ذرات دیگری مانند

• Fe₃O₄,
• هیدروکسی‌آپاتیت,
• ذرات لاتکس پلی‌استایرن تک‌پراکن,
• سیکلودکسترین و مالتودکسترین،
• نانولوله‌های هالویزیت،
• هماتیت (α-Fe₂O₃) به‌صورت میکروذرات،
• پلی(متیل متاکریلات) (PMMA)،
• ذرات کمپلکس نامحلول کیتوسان/ژلاتین-B

در کنار بسیاری دیگر از ذرات جامد، با موفقیت برای تولید امولسیون‌های پیکرینگ پایدار به کار رفته‌اند.

منابع / مراجع

• 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.