Émulsions de Pickering par ultrasons de puissance
- Les émulsions de Pickering sont stabilisées par des particules solides.
- Les émulsions de Pickering séduisent par leur caractère « sans émulsifiant » et leur stabilité accrue.
- Les ultrasons constituent l’outil idéal pour créer des émulsions de Pickering, en dispersant d’abord les particules stabilisantes dans la phase aqueuse, puis en émulsionnant le mélange huile/eau.
Émulsions de Pickering
Les émulsions de Pickering sont stabilisées par des particules solides adsorbées plutôt que par un émulsifiant ou un tensioactif. Elles peuvent donc être considérées comme « sans émulsifiant » ou « sans tensioactif », puisqu’elles sont stabilisées par des particules solides. Lorsque l’huile et l’eau sont mélangées et que de petites gouttelettes d’huile se forment et se dispersent dans l’eau, ces gouttelettes finissent par coalescer pour réduire la quantité d’énergie du système. Toutefois, si des particules solides sont ajoutées au mélange, elles se fixent à l’interface et empêchent les gouttelettes de coalescer, ce qui rend l’émulsion plus stable.
La formation sans émulsifiant présente un intérêt particulier pour la formulation de produits dans lesquels l’utilisation de tensioactifs a des effets négatifs, par exemple les produits pharmaceutiques et cosmétiques. De plus, les émulsions de Pickering présentent une stabilité accrue par rapport aux émulsions stabilisées par des émulsifiants conventionnels. La couche de particules solides qui recouvre les gouttelettes agit comme une barrière rigide contre la coalescence. Cela signifie que même des émulsions très concentrées peuvent être efficacement stabilisées sous forme d’émulsions de Pickering. Les nanoparticules solides adsorbées à l’interface huile–eau sont partiellement immergées dans les milieux aqueux et huileux ; les nanoparticules stabilisantes peuvent ainsi présenter des propriétés hydrophiles, hydrophobes ou amphiphiles. La forme et la taille des particules influencent également la stabilité de l’émulsion.
Réacteur ultrasonore pour les émulsions
Les forces mécaniques de cisaillement élevées produites par l’homogénéisation ultrasonore permettent de franchir la barrière énergétique entre les interfaces des phases. De plus, la sonication brise les agrégats et les agglomérats de nanoparticules et crée une émulsion fortement polydisperse.
La sonication est utilisée pour les deux étapes de préparation d’une émulsion de Pickering :
- disperser les particules adsorbées dans la phase aqueuse
- émulsionner le mélange o/w
Émulsion de Pickering à la silice
Dans un premier temps, des poudres de silice pyrogénée hydrophile (telles qu’Aerosil® 200 ou Aerosil® 380) ont été dispersées dans l’eau sous forme d’agglomérats de 100nm à l’aide d’un appareil à ultrasons.
Dans un second temps, des émulsions o/w stables contenant 20 wt% d’huile et présentant des gouttelettes de 2–10nm de diamètre ont été préparées par sonication.
Pour obtenir des émulsions stables et transparentes de butanol, d’acétate d’éthyle, de lactate de butyle et d’adipate de diéthyle dans la phase aqueuse, 6% de silice étaient nécessaires. Pour l’adipate de diisobutyle, au moins 8% de silice sont nécessaires pour obtenir une émulsion stable.
Toutes les émulsions préparées se sont révélées stables pendant au moins 6 mois.
Bien que la silice non fonctionnalisée ou fonctionnalisée (SiO2) soit l’un des types de particules les plus couramment utilisés, d’autres particules telles que
- Fe3O4,
- l’hydroxyapatite,
- les particules monodisperses de polystyrène sous forme de latex,
- la cyclodextrine et la maltodextrine,
- les nanotubes d’halloysite,
- les microparticules d’hématite (α-Fe2O3),
- le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA),
- les particules insolubles de complexes chitosane/gélatine-B
ont été utilisées avec succès, parmi de nombreuses autres particules solides, pour créer des émulsions de Pickering stables.
Bibliographie / Références
- 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.
Informations utiles
Émulsions de Pickering huile dans eau (o/w)
Une émulsion de Pickering huile dans eau désigne une émulsion dans laquelle des gouttelettes d’huile sont dispersées dans l’eau, qui constitue la phase continue. Ce type d’émulsion de Pickering est généralement stabilisé par des nanoparticules dont l’angle de contact est inférieur à 90º. Les émulsions de Pickering o/w peuvent être stabilisées, par exemple, à l’aide de silice pyrogénée ou de nanoparticules de Fe3O4 comme agents stabilisants. La phase huileuse de ces émulsions de Pickering peut être constituée, par exemple, de dodécane, d’anhydride octadécénylsuccinique (ODSA), de toluène ou de butyrate de butyle, respectivement dispersés dans l’eau.
Émulsions de Pickering eau dans huile (w/o)
Les émulsions de Pickering eau dans huile contiennent des gouttelettes d’eau comme phase dispersée et de l’huile comme phase continue. Les nanoparticules dont l’angle de contact est supérieur à 90º sont les meilleurs agents stabilisants pour ces types d’émulsions. Les émulsions de Pickering o/w peuvent être stabilisées à l’aide de nanoparticules magnétiques.
Émulsions de Pickering complexes
Les émulsions de Pickering doubles ou multiples (w/o/w ou o/w/o) sont des systèmes polydisperses complexes dans lesquels de minuscules gouttelettes sont en suspension à l’intérieur de gouttelettes plus grosses, elles-mêmes en suspension dans une phase continue. Pour les émulsions de Pickering multiples, un procédé d’émulsification en deux étapes est mis en œuvre : pour une émulsion w/o/w, l’émulsion w/o est stabilisée par des nanoparticules hydrophobes lors de la première étape d’émulsification ; lors de la seconde étape, des nanoparticules hydrophiles sont utilisées comme stabilisant. Les émulsions multiples peuvent se présenter sous forme d’eau dans huile dans eau (w/o/w) ou d’huile dans eau dans huile (o/w/o).
Les émulsions w/o/w sont fréquemment utilisées comme véhicules / supports pour divers composés actifs hydrophiles et médicaments (par exemple des vitamines, des antioxydants, des enzymes, des vaccins et des hormones), qui sont ensuite libérés lentement. Comme certaines substances actives migrent également de la phase externe vers la phase interne d’une émulsion multiple, ces émulsions w/o/w conviennent parfaitement à la libération retardée / prolongée des substances actives.
Pontage entre gouttelettes
Le pontage entre gouttelettes est un phénomène particulier qui se produit dans certains systèmes d’émulsions de Pickering. Des particules colloïdales dépassant de la surface d’une gouttelette peuvent simultanément s’adsorber à une autre interface, formant ainsi un pont entre deux gouttelettes. Ces ponts sont constitués de monocouches de particules colloïdales, et les gouttelettes ne sont séparées que par un mince film de la phase continue.