Pickering-emulsiot Power Ultrasonicsilla
- Pickering-emulsiot stabiloidaan kiinteillä hiukkasilla.
- Pickering-emulsiot vakuuttavat "emulgointiaineettomalla" luonteellaan ja parannetulla stabiiliudellaan.
- Ultraääni on täydellinen työkalu Pickering-emulsioiden luomiseen ensinnäkin dispergoimalla stabiloivat hiukkaset vesifaasiin ja toiseksi emulgoimalla öljy / vesifaasi.
Pickering-emulsiot
Pickering-emulsiot stabiloidaan adsorboiduilla kiinteillä hiukkasilla emulgointiaineen tai pinta-aktiivisen aineen sijasta. Näin ollen Pickering-emulsioita voidaan pitää "emulgointiaineettomina" tai “pinta-aktiivinen” koska ne stabiloidaan kiinteillä hiukkasilla. Jos öljyä ja vettä sekoitetaan ja pieniä öljypisaroita muodostuu ja leviää koko veteen, lopulta pisarat sulautuvat yhteen vähentäen energian määrää järjestelmässä. Jos seokseen kuitenkin lisätään kiinteitä hiukkasia, ne sitoutuvat rajapinnan pintaan ja estävät pisaroiden sulautumisen, jolloin emulsio on vakaampi.
Muodostuminen ilman emulgointiainetta on erityisen mielenkiintoista sellaisten tuotteiden formuloinnissa, joihin pinta-aktiivisten aineiden käytöllä on kielteisiä vaikutuksia, esimerkiksi farmaseuttisissa ja kosmeettisissa valmisteissa. Lisäksi Pickering-emulsioilla on parannettu stabiilisuus verrattuna emulsioihin, jotka stabiloidaan tavanomaisilla emulgointiaineilla. Kiinteiden hiukkasten pisarapinnoite toimii jäykkänä esteenä yhteensulautumiselle. Tämä tarkoittaa, että jopa erittäin konsentroidut emulsiot voidaan stabiloida tehokkaasti Pickering-emulsioina. Kiinteät nanohiukkaset, jotka adsorboituvat öljyn ja veden rajapinnan väliin, upotetaan osittain veteen ja öljyväliaineeseen, joten stabiloivilla nanohiukkasilla voi olla hydrofiilisiä, hydrofobisia tai amfifiilisiä ominaisuuksia. Hiukkasen muoto ja hiukkaskoko vaikuttavat myös emulsion stabiilisuuteen.
Ultraäänireaktori emulsioille
Ultraäänihomogenisoinnin suuret mekaaniset leikkausvoimat voittavat vaiherajapintojen välisen energiaesteen. Lisäksi sonikaatio rikkoo nanohiukkasten aggregaatit ja agglomeraatit ja luo erittäin polydispersisen emulsion.
Sonikaatiota käytetään pickering-emulsion valmistuksen molemmissa vaiheissa:
- adsorboituneiden hiukkasten hajottamiseksi vesifaasiin
- O/W-seoksen emulgoimiseksi
Pickering-emulsio piidioksidilla
Aluksi hydrofiiliset savuavat piidioksidijauheet (kuten Aerosil® 200 tai Aerosil® 380) dispergoitiin 100 nm: n agglomeraatteina veteen ultraäänilaitteen avulla.
Toisessa vaiheessa valmistettiin sonikaatiolla stabiili o / w-emulsio, jossa oli 20 paino-% öljyä ja halkaisijaltaan 2–10 nm pisarakoko.
Butanolin, etyyliasetaatin, butyylilaktaatin ja dietyyliadipaatin stabiilien, läpinäkyvien emulsioiden saamiseksi vesifaasissa tarvittiin 6% piidioksidia. Di-isobutyyliadipaattia varten tarvitaan vähintään 8% piidioksidia stabiilin emulsion saamiseksi.
Kaikki valmistetut emulsiot ovat osoittautuneet stabiileiksi vähintään 6 kuukauden ajan.
Vaikka paljas ja funktionalisoitu piidioksidi (SiO2) on yksi yleisimmin käytetyistä hiukkasista, muut hiukkaset, kuten
- Fe3O4,
- hydroksiapatiitti,
- monodispersinen polystyreeni lateksihiukkaset,
- syklodekstriini ja maltodekstriini,
- halloysiittinanoputket,
- hematiitti (α-Fe2O3) mikrohiukkaset,
- poly(metyylimetakrylaatti) (PMMA),
- liukenemattomat kitosaani/gelatiini-B-kompleksihiukkaset
monien muiden kiinteiden hiukkasten joukossa on käytetty menestyksekkäästi stabiilien Pickering-emulsioiden luomiseen.
Kirjallisuus / Viitteet
- 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.
Faktoja, jotka kannattaa tietää
Öljy vedessä (o / w) Pickering-emulsiot
Öljy vedessä Pickering-emulsiolla tarkoitetaan emulsiota, jossa öljypisarat dispergoidaan veteen jatkuvana faasina. Tämän tyyppiset Pickering-emulsiot stabiloidaan yleensä nanohiukkasilla, joiden kosketuskulma on alle 90º. o / w Pickering-emulsiot voidaan stabiloida esimerkiksi käyttämällä savuavaa piidioksidia, Fe3O4 nano-hiukkaset. Näiden Pickering-emulsioiden öljyfaasi voi koostua esimerkiksi dodekaanista, oktadekenyylimeripihkahappoanhydridistä (ODSA), tolueenista ja butyylibutyraatista vedessä.
Vesi öljyssä (w/o) Pickering-emulsiot
Water-in-oil Pickering -emulsiot sisältävät vesipisaroita dispergoituneena faasina ja öljyä jatkuvana faasina. Nanohiukkaset, joiden kosketuskulma on yli 90º, ovat parhaita stabilointiaineita tämän tyyppisille emulsioille. o / w Pickering-emulsiot voidaan stabiloida käyttämällä magneettisia nanohiukkasia.
Monimutkaiset Pickering-emulsiot
Kaksinkertaiset tai useat Pickering-emulsiot (w / o / w tai o / w / o) ovat monimutkaisia polydispersiojärjestelmiä, joissa pienet pisarat suspendoidaan suurempiin pisaroihin, jotka lisäksi suspendoidaan jatkuvassa vaiheessa. Useille Pickering-emulsioille suoritetaan kaksivaiheinen emulgointiprosessi: W / o / w-emulsiolle ensimmäisessä emulgointivaiheessa emulsio stabiloidaan hydrofobisilla nanohiukkasilla; Toisessa emulgointivaiheessa stabilointiaineena käytetään hydrofiilisiä nanohiukkasia. Useita emulsioita voidaan muodostaa vesi-öljy-vedessä (w / o / w) tai öljy vedessä-öljyssä (o / w / o).
w / o / w-emulsioita käytetään usein ajoneuvoina / kantajina erilaisille hydrofiilisille aktiivisille yhdisteille ja lääkkeille (esim. vitamiinit, antioksidantit, entsyymit, rokotteet, hormonit), jotka sitten vapautuvat hitaasti. Koska jotkut vaikuttavat aineet siirtyvät myös moninkertaisen emulsion ulommasta sisäfaasiin, tällaiset w / o / w-emulsiot toimivat täydellisesti vaikuttavien aineiden viivästyneen vapautumisen / pitkävaikutteisen vapautumisen toimittamisessa.
Pisaroiden silloitus
Joissakin Pickering-emulsiojärjestelmissä esiintyvä ainutlaatuinen ilmiö on pisarasilta. Pisaran pinnasta ulkonevat kolloidit voivat samanaikaisesti adsorboitua toiseen rajapintaan yhdistämällä kaksi pisaraa. Sillat koostuvat kolloidisten hiukkasten yksikerroksisista kerroksista ja pisarat erotetaan vain ohuella jatkuvan faasin kalvolla.
