고출력 초음파를 이용한 피커링 에멀전

• 피커링 에멀전은 고체 입자로 안정화됩니다.
• 피커링 에멀전은 “유화제 무첨가” 특성과 향상된 안정성으로 주목받습니다.
• 초음파는 먼저 안정화 입자를 수상에 분산시킨 다음 오일/물 상을 유화하여 피커링 에멀전을 만드는 데 완벽한 도구입니다.

피커링 에멀전

피커링 에멀전은 유화제나 계면활성제 대신 흡착된 고체 입자로 안정화됩니다. 따라서 피커링 에멀전은 고체 입자로 안정화되므로 “유화제 무첨가” 또는 “계면활성제 무첨가”로 간주할 수 있습니다. 오일과 물을 혼합하여 작은 오일 액적이 형성되고 물 전체에 분산되면, 결국 액적은 시스템의 에너지량을 줄이기 위해 합일됩니다. 그러나 혼합물에 고체 입자를 첨가하면 입자가 계면 표면에 결합하여 액적의 합일을 방지하므로 에멀전의 안정성이 높아집니다.
유화제를 사용하지 않는 형성 방식은 계면활성제 사용이 부정적인 영향을 미치는 제품, 예를 들어 의약품 및 화장품의 제형 개발에 특히 흥미롭습니다. 또한 피커링 에멀전은 기존 유화제로 안정화된 에멀전에 비해 향상된 안정성을 나타냅니다. 액적을 덮는 고체 입자층은 합일을 막는 견고한 장벽으로 작용합니다. 이는 고농도 에멀전도 피커링 에멀전으로 효율적으로 안정화할 수 있음을 의미합니다. 오일–물 계면에 흡착된 고체 나노입자는 물과 오일 매질에 부분적으로 잠겨 있으므로, 안정화 나노입자는 친수성, 소수성 또는 양친매성 특성을 가질 수 있습니다. 입자 형상과 입자 크기도 에멀전의 안정성에 영향을 미칩니다.

초음파 균질화의 높은 기계적 전단력은 상 계면 사이의 에너지 장벽을 극복합니다. 또한 초음파 처리는 나노입자의 집합체와 응집체를 해체하고 다분산성이 매우 높은 에멀전을 만듭니다.

초음파 처리는 피커링 에멀전 제조의 두 단계 모두에 사용됩니다:

1. 흡착된 입자를 수상에 분산
2. o/w 혼합물을 유화

실리카를 이용한 피커링 에멀전

먼저 초음파 장치를 사용하여 친수성 흄드 실리카 분말(예: Aerosil® 200 또는 Aerosil® 380)을 100nm 응집체 형태로 물에 분산시켰습니다.
두 번째 단계에서는 초음파 처리로 오일 함량이 20 wt%이고 액적 직경이 2–10nm인 안정적인 o/w 에멀전을 제조했습니다.
수상에서 부탄올, 아세트산 에틸, 젖산 부틸 및 아디프산 디에틸의 안정적이고 투명한 에멀전을 얻으려면 실리카 6%가 필요했습니다. 아디프산 디이소부틸의 경우 안정적인 에멀전을 얻으려면 최소 8%의 실리카가 필요합니다.
제조된 모든 에멀전은 최소 6개월 동안 안정적인 것으로 나타났습니다.
 

비기능화 실리카와 기능화 실리카(SiO₂)는 가장 흔히 사용되는 입자 중 하나이며, 다음과 같은 다른 입자들도

• Fe₃O₄,
• 하이드록시아파타이트,
• 단분산 폴리스티렌 라텍스 입자,
• 사이클로덱스트린 및 말토덱스트린,
• 할로이사이트 나노튜브,
• 적철석(α-Fe₂O₃) 미세입자,
• 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA),
• 불용성 키토산/젤라틴-B 복합 입자

그 밖의 여러 고체 입자와 함께 안정적인 피커링 에멀전을 만드는 데 성공적으로 사용되었습니다.

문헌 / 참고문헌

• 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.