פיקרינג אמולסיות עם אולטרסאונד כוח
- תחליבים פיקרינג מיוצבים על ידי חלקיקים מוצקים.
- אמולסיות פיקרינג משכנעות על ידי אופיים "נטול המתחלבים" ויציבותם המשופרת.
- אולטרסאונד הוא הכלי המושלם ליצירת תחליב פיקרינג על ידי פיזור החלקיקים המייצבים לשלב המים ושנית להתחלב לשלב השמן/מים.
אמולסיות פיקרינג
תחליבים פיקרינג מיוצבים על ידי חלקיקים מוצקים נספגים במקום מתחלב או פעילי שטח. לפיכך, תחליב פיקרינג יכול להיחשב כ"נטול מתחלב" או “ללא חומרים פעילי שטח” מכיוון שהם מיוצבים על ידי חלקיקים מוצקים. אם שמן ומים מעורבבים וטיפות שמן קטנות נוצרות ומתפזרות ברחבי המים, בסופו של דבר הטיפות יתמזגו כדי להפחית את כמות האנרגיה במערכת. עם זאת, אם מוסיפים חלקיקים מוצקים לתערובת, הם ייקשרו לפני השטח של הממשק וימנעו מהטיפות להתמזג, ובכך לגרום לתחליב להיות יציב יותר.
היווצרות ללא מתחלב מעניינת במיוחד עבור ניסוח של מוצרים שעבורם לשימוש בחומרים פעילי שטח יש השפעות שליליות, למשל עבור מוצרים פרמצבטיים וקוסמטיים. יתר על כן, תחליבים פיקרינג מראים יציבות משופרת בהשוואה לאמולזיות המיוצבות על ידי מתחלבים קונבנציונליים. ציפוי הטיפות של חלקיקים מוצקים מתפקד כמחסום קשיח מפני התמזגות. משמעות הדבר היא כי אפילו תחליבים מרוכזים מאוד ניתן לייצב ביעילות כמו תחליבים פיקרינג. הננו-חלקיקים המוצקים, הנספחים בין ממשק שמן-מים, שקועים בחלקם בתווך מים ושמן, כך שהננו-חלקיקים המייצבים יכולים להיות בעלי תכונות הידרופיליות, הידרופוביות או אמפיפיליות. צורת החלקיק וגודל החלקיק משפיעים גם על יציבות התחליב.
כור קולי לאמולסיות
כוחות הגזירה המכניים הגבוהים של הומוגניזציה קולית מתגברים על מחסום האנרגיה בין ממשקי הפאזה. יתר על כן, סוניקציה שוברת את האגרגטים והאגלומרטים של ננו-חלקיקים ויוצרת תחליב רב-פיזור מאוד.
סוניקציה משמשת לשני השלבים של הכנת תחליב פיקרינג:
- כדי לפזר את החלקיקים נספגים לתוך פאזת המים
- כדי לתחלב את תערובת O/W
תחליב פיקרינג עם סיליקה
בתחילה, אבקות סיליקה הידרופיליות (כגון Aerosil® 200 או Aerosil® 380) פוזרו כאגולומרטים של 100 ננומטר למים באמצעות מכשיר על-קולי.
בשלב השני, תחליבים יציבים של o/w עם 20 wt% של שמן וגודל טיפות בקוטר 2-10nm הוכנו על ידי סוניקציה.
כדי להשיג תחליבים יציבים ושקופים של בוטנול, אתיל אצטט, בוטיל לקטט ודיאתיל אדיפט בשלב המימי נדרשו 6% סיליקה. עבור diisobutyl adipate לפחות 8% סיליקה נדרשים כדי לקבל תחליב יציב.
כל האמולסיות המוכנות הוכיחו יציבות במשך 6 חודשים לפחות.
בעוד סיליקה חשופה כמו גם פונקציונלית (SiO2) הוא אחד החלקיקים הנפוצים ביותר, חלקיקים אחרים כגון
- פ3O4,
- הידרוקסיאפטיט,
- פוליסטירן מונודיזר חלקיקי לטקס,
- ציקלודקסטרין ומלטודקסטרין,
- ננו-צינוריות הלויזיט,
- המטיט (α-פה2O3) מיקרו-חלקיקים,
- פולי(מתיל מתקרילט) (PMMA),
- חלקיקים מורכבים בלתי מסיסים של צ'יטוזן/ג'לטין-B
בין חלקיקים מוצקים רבים אחרים שימשו בהצלחה ליצירת תחליב פיקרינג יציב.
ספרות / מקורות
- 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.
עובדות שכדאי לדעת
שמן במים (o/w) אמולסיות פיקרינג
תחליב פיקרינג שמן במים מתייחס לתחליב שבו טיפות שמן מפוזרות במים כשלב הרציף. סוג זה של תחליב פיקרינג מיוצב בדרך כלל על ידי ננו-חלקיקים שזווית המגע שלהם קטנה מ-90 מעלות. o/w ניתן לייצב תחליבים פיקרינג למשל על ידי שימוש בסיליקה fumed, Fe3O4 חלקיקי ננו. שלב השמנים של תחליבי פיקרינג אלה יכול לכלול למשל דודקן, אוקטדצניל סוקציניק אנהידריד (ODSA), טולואן ובוטיל בוטיראט במים, בהתאמה.
מים בשמן (w/o) תחליבים פיקרינג
תחליב פיקרינג מים בשמן מכיל טיפות מים כפאזה המפוזרת ושמן כפאזה הרציפה. חלקיקי ננו עם זווית מגע גדולה מ -90º הם החומרים המייצבים הטובים ביותר עבור סוגים אלה של תחליבים. o/w ניתן לייצב תחליבים פיקרינג על ידי שימוש בננו-חלקיקים מגנטיים.
תחליב פיקרינג מורכב
תחליב פיקרינג כפול או מרובה (w/o/w או o/w/o) הן מערכות רב-פיזור מורכבות שבהן טיפות זעירות מרחפות בתוך טיפות גדולות יותר שמרחפות בפאזה רציפה. עבור תחליב פיקרינג מרובים, מתבצע תהליך תחליב דו-שלבי: עבור תחליב w/o/w, בשלב התחליב הראשון, תחליב w/o מיוצב על ידי ננו-חלקיקים הידרופוביים; בשלב התחליב השני, ננו-חלקיקים הידרופיליים משמשים כמייצבים. תחליבים מרובים יכולים להיווצר כמים בשמן במים (w/o/w) או כשמן-במים-בשמן (o/w/o).
תחליב w/o/w משמש לעתים קרובות ככלי רכב / נשאים עבור תרכובות פעילות הידרופיליות שונות ותרופות (כגון ויטמינים, נוגדי חמצון, אנזימים, חיסונים, הורמונים), אשר לאחר מכן משתחררים לאט. מכיוון שחומרים פעילים מסוימים נודדים גם מהשלב החיצוני לשלב הפנימי של תחליב מרובה, תחליבים מסוג w / o / w כאלה פועלים באופן מושלם עבור שחרור מפגר / שחרור מתמשך של החומרים הפעילים.
גישור טיפתי
תופעה ייחודית המתרחשת בחלק ממערכות תחליב פיקרינג היא גישור טיפתי. קולואידים הבולטים משטח טיפה יכולים בו זמנית לספוח לממשק אחר, ולגשר בין שתי טיפות. הגשרים מורכבים מחד-שכבות של חלקיקים קולואידים והטיפות מופרדות רק על ידי סרט דק של הפאזה הרציפה.
