Pickering emulsijas ar Power Ultrasonics
- Pickering emulsijas stabilizē cietas daļiņas.
- Pickering emulsijas pārliecina ar to "emulgatoru nesaturošo" raksturu un uzlaboto stabilitāti.
- Ultraskaņa ir ideāls līdzeklis, lai izveidotu Pickering emulsijas, pirmkārt, izkliedējot stabilizējošās daļiņas ūdens fāzē un, otrkārt, emulģējot eļļas / ūdens fāzi.
Pickering emulsijas
Pickering emulsijas stabilizē adsorbētas cietas daļiņas, nevis emulgators vai virsmaktīvā viela. Tādējādi Pickering emulsijas var uzskatīt par "emulgatoru nesaturošām" vai “virsmaktīvās vielas nesatur” jo tos stabilizē cietas daļiņas. Ja eļļa un ūdens tiek sajaukti un veidojas mazi eļļas pilieni, kas izkliedēti visā ūdenī, galu galā pilieni saplūst, lai samazinātu enerģijas daudzumu sistēmā. Tomēr, ja maisījumam tiek pievienotas cietas daļiņas, tās saistīsies ar saskarnes virsmu un novērsīs pilienu saplūšanu, tādējādi izraisot emulsijas stabilitāti.
Veidošanās bez emulgatora ir īpaši interesanta tādu produktu pagatavošanai, kuriem virsmaktīvo vielu lietošana negatīvi ietekmē, piemēram, farmaceitiskiem un kosmētiskiem līdzekļiem. Turklāt Pickering emulsijām ir uzlabota stabilitāte salīdzinājumā ar emulsijām, kuras stabilizē parastie emulgatori. Cieto daļiņu pilienu pārklājums darbojas kā stingra barjera pret saplūšanu. Tas nozīmē, ka pat ļoti koncentrētas emulsijas var efektīvi stabilizēt kā Pickering emulsijas. Cietās nanodaļiņas, kas adsorbējas starp eļļas un ūdens saskarni, ir daļēji iegremdētas ūdenī un eļļas vidē, lai stabilizējošajām nanodaļiņām varētu būt hidrofilas, hidrofobas vai amfifiliskas īpašības. Daļiņu forma un daļiņu izmērs ietekmē arī emulsijas stabilitāti.
Ultraskaņas reaktors emulsijām
Ultraskaņas homogenizācijas augstie mehāniskie bīdes spēki pārvar enerģijas barjeru starp fāzes saskarnēm. Turklāt ultraskaņas apstrāde izjauc nanodaļiņu agregātus un aglomerātus un rada ļoti polidispersu emulsiju.
Ultraskaņas apstrāde tiek izmantota abiem pickering emulsijas sagatavošanas posmiem:
- izkliedēt adsorbētās daļiņas ūdens fāzē
- lai emulģētu o/w maisījumu
Pickering emulsija ar silīcija dioksīdu
Sākumā hidrofilie kūpinātie silīcija dioksīda pulveri (piemēram, Aerosil® 200 vai Aerosil® 380) tika izkliedēti kā 100nm aglomerāti ūdenī, izmantojot ultraskaņas ierīci.
Otrajā solī ar ultraskaņu tika sagatavotas stabilas o/w emulsijas ar 20 masas% eļļas un 2–10 nm diametra pilienu izmēru.
Lai iegūtu stabilas, caurspīdīgas butanola, etilacetāta, butillaktāta un dietiladipāta emulsijas ūdens fāzē, bija nepieciešami 6% silīcija dioksīda. Diizobutila adipātam ir nepieciešami vismaz 8% silīcija dioksīda, lai iegūtu stabilu emulsiju.
Visas sagatavotās emulsijas ir izrādījušās stabilas vismaz 6 mēnešus.
Kaut arī tukšs, kā arī funkcionalizēts silīcija dioksīds (SiO2) ir viena no visbiežāk izmantotajām daļiņām, citām daļiņām, piemēram,
- Fe3O4,
- hidroksiapatīts,
- monodisperss polistirols lateksa daļiņas,
- ciklodekstrīns un maltodekstrīns, t
- halloysite nanocaurules,
- hematīts (α-Fe2O3) mikrodaļiņas,
- poli(metilmetakrilāts) (PMMA),
- nešķīstošas hitozāna/želatīna-B kompleksās daļiņas
starp daudzām citām cietām daļiņām ir veiksmīgi izmantotas, lai izveidotu stabilas Pickering emulsijas.
Literatūra / Atsauces
- 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.
Fakti, kurus ir vērts zināt
Eļļa-ūdenī (o / w) Pickering emulsijas
Oil-in-water Pickering emulsija attiecas uz emulsiju, kurā eļļas pilieni tiek izkliedēti ūdenī kā nepārtrauktā fāze. Šāda veida Pickering emulsijas parasti stabilizē nano daļiņas, kuru saskares leņķis ir mazāks par 90º. o/w Pickering emulsijas var stabilizēt, piemēram, izmantojot kūpinātu silīcija dioksīdu, Fe3O4 nano daļiņas. Šo Pickering emulsiju eļļu fāze var sastāvēt, piemēram, no dodekāna, oktadecenilsukcīna anhidrīda (ODSA), toluola un butilbutirāta ūdenī.
Ūdens eļļā (w / o) Pickering emulsijas
Pickering emulsijas "Ūdens eļļā" satur ūdens pilienus kā disperģēto fāzi un eļļu kā nepārtraukto fāzi. Nano daļiņas, kuru saskares leņķis ir lielāks par 90º, ir labākie stabilizējošie līdzekļi šāda veida emulsijām. o / w Pickering emulsijas var stabilizēt, izmantojot magnētiskās nano daļiņas.
Kompleksās Pickering emulsijas
Divkāršās vai vairākas Pickering emulsijas (w / o / w vai o / w / o) ir sarežģītas polidispersu sistēmas, kurās sīki pilieni tiek suspendēti lielākos pilienos, kas turklāt tiek suspendēti nepārtrauktā fāzē. Vairākām Pickering emulsijām tiek veikts divpakāpju emulgācijas process: w / o / w emulsijai pirmajā emulgācijas posmā w / o emulsija tiek stabilizēta ar hidrofobām nanodaļiņām; Otrajā emulgācijas posmā kā stabilizatoru izmanto hidrofilās nanodaļiņas. Vairākas emulsijas var veidoties kā ūdens-in-oil-in-water (w / o / w) vai eļļa ūdenī eļļā (o / w / o).
W / O / W emulsijas bieži izmanto kā nesējus dažādiem hidrofīliem aktīviem savienojumiem un zālēm (piemēram, vitamīniem, antioksidantiem, fermentiem, vakcīnām, hormoniem), kas pēc tam tiek lēnām atbrīvoti. Tā kā dažas aktīvās vielas arī migrē no vairāku emulsiju ārējās uz iekšējo fāzi, šādas w / o / w emulsijas lieliski darbojas aktīvo vielu palēninātai atbrīvošanai / ilgstošai atbrīvošanai.
Pilienu savienošana
Unikāla parādība, kas sastopama dažās Pickering emulsijas sistēmās, ir pilienu savienošana. Koloīdi, kas izvirzās no pilienu virsmas, vienlaikus var adsorbēties uz citu saskarni, savienojot divus pilienus. Tilti sastāv no koloidālo daļiņu monoslāņiem, un pilienus atdala tikai ar plānu nepārtrauktās fāzes plēvi.
