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Décapage d'émulsions avec des ultrasons de puissance

  • Les émulsions de Pickering sont stabilisées par des particules solides.
  • Les émulsions Pickering convainquent par leur caractère "sans émulsifiant" et leur stabilité accrue.
  • Les ultrasons sont l'outil idéal pour créer des émulsions de Pickering en dispersant d'abord les particules stabilisantes dans la phase aqueuse et en émulsionnant ensuite la phase huile/eau.

Émulsions de Pickering

Les émulsions de Pickering sont stabilisées par des particules solides adsorbées au lieu d'un émulsifiant ou d'un surfactant. Les émulsions de Pickering peuvent donc être considérées comme "sans émulsifiant" ou "sans agent de surface". “sans surfactant” car elles sont stabilisées par des particules solides. Si l'huile et l'eau sont mélangées et que de petites gouttelettes d'huile se forment et se dispersent dans l'eau, ces gouttelettes finiront par coalescer, ce qui diminuera la quantité d'énergie dans le système. Toutefois, si des particules solides sont ajoutées au mélange, elles se lient à la surface de l'interface et empêchent les gouttelettes de coalescer, ce qui rend l'émulsion plus stable.
La formation sans émulsifiant est particulièrement intéressante pour la formulation de produits pour lesquels l'utilisation de tensioactifs a des effets négatifs, par exemple pour les produits pharmaceutiques et cosmétiques. En outre, les émulsions de Pickering présentent une stabilité accrue par rapport aux émulsions stabilisées par des émulsifiants conventionnels. Le revêtement des gouttelettes de particules solides fonctionne comme une barrière rigide contre la coalescence. Cela signifie que même des émulsions très concentrées peuvent être stabilisées efficacement comme des émulsions de Pickering. Les nanoparticules solides, qui sont adsorbées entre l'interface huile-eau, sont partiellement immergées dans l'eau et l'huile, de sorte que les nanoparticules stabilisantes peuvent avoir des propriétés hydrophiles, hydrophobes ou amphiphiles. La forme et la taille des particules influencent également la stabilité de l'émulsion.

Cellule d'écoulement à ultrasons pour l'homogénéisation, la dispersion, l'émulsification et les réactions sonochimiques en ligne à l'aide d'ondes ultrasonores de haute intensité.

Réacteur à ultrasons pour émulsions

Demande d'information







Les forces de cisaillement mécaniques élevées de l'homogénéisation ultrasonique surmontent la barrière énergétique entre les interfaces de phase. En outre, la sonication brise les agrégats et les agglomérats de nanoparticules et crée une émulsion hautement polydispersée.

La sonication est utilisée pour les deux étapes de la préparation d'une émulsion de pickering :

  1. disperser les particules adsorbées dans la phase aqueuse
  2. pour émulsifier le mélange o/w

Emulsion de Pickering avec de la silice

Dans un premier temps, des poudres de silice pyrogénée hydrophile (telles que Aerosil® 200 ou Aerosil® 380) ont été dispersées sous forme d'agglomérats de 100 nm dans l'eau à l'aide d'un appareil à ultrasons.
Dans un deuxième temps, des émulsions stables de type o/w avec 20 % en poids d'huile et des gouttelettes de 2 à 10 nm 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, il faut 6 % de silice. Pour l'adipate de diisobutyle, il faut au moins 8 % de silice pour obtenir une émulsion stable.
Toutes les émulsions préparées se sont révélées stables pendant au moins 6 mois.
 

Nano-émulsions ultrasoniques : Cette vidéo montre la production rapide d'une nano-émulsion d'huile dans l'eau. L'UP200Ht homogénéise l'huile et l'eau en quelques secondes.

Emulsification par ultrasons avec UP200Ht avec sonde S26d14

Vignette vidéo

 

Tandis que la silice nue et la silice fonctionnalisée (SiO2) est l'une des particules les plus couramment utilisées, d'autres particules telles que

  • fe3O4,
  • hydroxyapatite,
  • polystyrène monodispersé particules de latex,
  • cyclodextrine et maltodextrine,
  • nanotubes d'halloysite,
  • hématite (α-Fe2O3),
  • le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA),
  • particules insolubles du complexe chitosane/gélatine-B

parmi de nombreuses autres particules solides ont été utilisées avec succès pour créer des émulsions Pickering stables.

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Littérature / Références

Qu'il faut savoir

Émulsions Pickering huile dans eau (o/w)

L'émulsion Pickering huile dans eau est une émulsion dans laquelle des gouttelettes d'huile sont dispersées dans l'eau, qui est la phase continue. Ce type d'émulsions de Pickering est généralement stabilisé par des nanoparticules dont l'angle de contact est inférieur à 90º. Les émulsions de Pickering en sens inverse peuvent être stabilisées, par exemple, par l'utilisation de silice pyrogénée, de Fe3O4 nanoparticules. La phase huileuse de ces émulsions de Pickering peut être constituée, par exemple, de dodécane, d'anhydride succinique d'octadécényle (ODSA), de toluène et de butylbutyrate dans l'eau, respectivement.

Émulsions de Pickering eau dans huile (w/o)

Les émulsions de Pickering eau dans huile contiennent des gouttelettes d'eau en tant que phase dispersée et de l'huile en tant que 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 eau dans huile peuvent être stabilisées par l'utilisation de nanoparticules magnétiques.

Émulsions complexes de Pickering

Les émulsions doubles ou multiples de Pickering (w/o/w ou o/w/o) sont des systèmes polydisperses complexes dans lesquels de minuscules gouttelettes sont suspendues dans des gouttelettes plus grosses, elles-mêmes suspendues dans une phase continue. Pour les émulsions multiples de Pickering, un processus d'émulsification en deux étapes est mis en œuvre : Pour une émulsion eau/matière, dans la première étape d'émulsification, l'émulsion eau/matière est stabilisée par des nanoparticules hydrophobes ; dans la seconde étape d'émulsification, des nanoparticules hydrophiles sont utilisées comme stabilisateurs. Des émulsions multiples peuvent être formées comme eau dans huile dans eau (w/o/w) ou huile dans eau dans huile (o/w/o).
Les émulsions eau/eau sont fréquemment utilisées comme véhicules/supports pour divers composés actifs hydrophiles et médicaments (par exemple, vitamines, antioxydants, enzymes, vaccins, hormones), qui sont ensuite libérés lentement. Comme certaines substances actives migrent également de la phase externe à la phase interne d'une émulsion multiple, de telles émulsions eau/matière conviennent parfaitement à la libération retardée/à la libération prolongée des substances actives.

Pontage de gouttelettes

Un phénomène unique se produit dans certains systèmes d'émulsion de Pickering : le pontage des gouttelettes. Les colloïdes qui dépassent de la surface d'une gouttelette peuvent simultanément s'adsorber sur une autre interface, formant ainsi un pont entre deux gouttelettes. Les ponts sont constitués de monocouches de particules colloïdales et les gouttelettes ne sont séparées que par une fine pellicule de phase continue.

Dispersion ultrasonique de la silice pyrogénée : L'homogénéisateur ultrasonique UP400S de Hielscher disperse rapidement et efficacement la poudre de silice en nanoparticules individuelles.

Disperser la silice pyrogénée dans l'eau avec l'UP400S

Vignette vidéo

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