Emulsões Pickering com ultra-sons de potência
- As emulsões Pickering são estabilizadas por partículas sólidas.
- Pickering emulsions convince by their “emulsifier-free” character and their enhanced stability.
- O ultrassom é a ferramenta perfeita para criar emulsões Pickering, em primeiro lugar dispersando as partículas estabilizadoras na fase aquosa e, em segundo lugar, para emulsionar a fase óleo/água.
Emulsões Pickering
Pickering emulsions are stabilized by adsorbed solid particles instead of an emulsifier or surfactant. Thereby, Pickering emulsions can be considered as “emulsifier-free” OU “sem tensioactivos” uma vez que são estabilizadas por partículas sólidas. Se o óleo e a água forem misturados e pequenas gotículas de óleo forem formadas e dispersas na água, eventualmente as gotículas irão coalescer para diminuir a quantidade de energia no sistema. No entanto, se forem adicionadas partículas sólidas à mistura, estas ligar-se-ão à superfície da interface e impedirão a coalescência das gotículas, tornando assim a emulsão mais estável.
A formação sem emulsionante é especialmente interessante para a formulação de produtos para os quais a utilização de surfactantes tem efeitos negativos, por exemplo, para produtos farmacêuticos e cosméticos. Além disso, as emulsões Pickering mostram uma estabilidade melhorada em comparação com as emulsões que são estabilizadas por emulsionantes convencionais. O revestimento de gotículas de partículas sólidas funciona como uma barreira rígida contra a coalescência. Isto significa que mesmo as emulsões altamente concentradas podem ser estabilizadas eficientemente como emulsões Pickering. As nanopartículas sólidas, que são adsorvidas entre a interface óleo-água, estão parcialmente imersas no meio de água e óleo, pelo que as nanopartículas estabilizadoras podem ter propriedades hidrofílicas, hidrofóbicas ou anfifílicas. A forma e o tamanho das partículas também afectam a estabilidade da emulsão.
Reator ultrassónico para emulsões
As elevadas forças de cisalhamento mecânico da homogeneização ultra-sónica ultrapassam a barreira de energia entre as interfaces de fase. Além disso, a sonicação quebra os agregados e aglomerados de nanopartículas e cria uma emulsão altamente polidispersa.
A sonicação é utilizada em ambas as etapas da preparação de uma emulsão de decapagem:
- para dispersar as partículas adsorvidas na fase aquosa
- para emulsionar a mistura o/w
Emulsão de Pickering com sílica
Em primeiro lugar, os pós de sílica pirogénica hidrofílica (tais como Aerosil® 200 ou Aerosil® 380) foram dispersos como aglomerados de 100 nm em água utilizando um dispositivo ultrassónico.
Na segunda etapa, foram preparadas por sonicação emulsões o/w estáveis com 20% em peso de óleo e gotículas de 2-10 nm de diâmetro.
Para obter emulsões estáveis e transparentes de butanol, acetato de etilo, lactato de butilo e adipato de dietilo na fase aquosa, é necessário 6% de sílica. Para o adipato de diisobutilo, são necessários pelo menos 8% de sílica para obter uma emulsão estável.
Todas as emulsões preparadas demonstraram ser estáveis durante pelo menos 6 meses.
Enquanto que a sílica nua e a sílica funcionalizada (SiO2) é uma das partículas mais utilizadas, outras partículas como
- fe3O4,
- hidroxiapatite,
- poliestireno monodisperso partículas de látex,
- ciclodextrina e maltodextrina,
- nanotubos de halloysite,
- hematite (α-Fe2O3) micropartículas,
- poli(metacrilato de metilo) (PMMA),
- partículas insolúveis de complexo quitosano/gelatina-B
entre muitas outras partículas sólidas foram utilizadas com sucesso para criar emulsões Pickering estáveis.
Literatura / Referências
- 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.
Fatos, vale a pena conhecer
Emulsões Pickering de óleo em água (o/w)
A emulsão de Pickering óleo em água refere-se a uma emulsão em que as gotículas de óleo estão dispersas em água como fase contínua. Este tipo de emulsões Pickering é geralmente estabilizado por nano partículas cujo ângulo de contacto é inferior a 90º. As emulsões Pickering o/w podem ser estabilizadas, por exemplo, pela utilização de sílica pirogénica, Fe3O4 nano partículas. A fase oleosa destas emulsões Pickering pode consistir, por exemplo, em dodecano, anidrido octadecenil succínico (ODSA), tolueno e butirato de butilo em água, respetivamente.
Emulsões de Pickering de água em óleo (w/o)
As emulsões de Pickering água-em-óleo contêm gotículas de água como fase dispersa e óleo como fase contínua. As nano partículas com ângulo de contacto superior a 90º são os melhores agentes estabilizadores para este tipo de emulsões. As emulsões o/w Pickering podem ser estabilizadas através da utilização de nano partículas magnéticas.
Emulsões complexas de Pickering
As emulsões Pickering duplas ou múltiplas (p/p ou o/p/p/p) são sistemas polidispersos complexos em que gotículas minúsculas estão suspensas em gotículas maiores que, além disso, estão suspensas numa fase contínua. Para emulsões Pickering múltiplas, é efectuado um processo de emulsificação em duas etapas: Para uma emulsão p/p, na primeira fase de emulsificação, a emulsão p/p é estabilizada por nanopartículas hidrofóbicas; na segunda fase de emulsificação, são utilizadas nanopartículas hidrofílicas como estabilizador. As emulsões múltiplas podem ser formadas como água-em-óleo-em-água (w/o/w) ou óleo em água-em-óleo (o/w/o).
As emulsões p/p são frequentemente utilizadas como veículos/transportadores para vários compostos activos hidrofílicos e medicamentos (por exemplo, vitaminas, antioxidantes, enzimas, vacinas, hormonas), que são depois libertados lentamente. Como algumas substâncias activas também migram da fase exterior para a fase interior de uma emulsão múltipla, estas emulsões p/p funcionam perfeitamente para a libertação retardada / libertação sustentada das substâncias activas.
Ligação em ponte de gotículas
Um fenómeno único que ocorre em alguns sistemas de emulsão Pickering é a formação de pontes entre gotículas. Os colóides que sobressaem da superfície de uma gota podem adsorver-se simultaneamente noutra interface, formando uma ponte entre duas gotas. As pontes consistem em monocamadas de partículas coloidais e as gotículas são separadas apenas por uma fina película da fase contínua.