Betning emulsioner med Power Ultrasonics
- Betningsemulsioner stabiliseras av fasta partiklar.
- Pickering emulsions convince by their “emulsifier-free” character and their enhanced stability.
- Ultraljud är det perfekta verktyget för att skapa Pickering-emulsioner genom att för det första dispergera de stabiliserande partiklarna i vattenfasen och för det andra emulgera olja/vatten-fasen.
Emulsioner för betning
Pickering emulsions are stabilized by adsorbed solid particles instead of an emulsifier or surfactant. Thereby, Pickering emulsions can be considered as “emulsifier-free” eller “Utan tensider” eftersom de stabiliseras av fasta partiklar. Om olja och vatten blandas och små oljedroppar bildas och sprids i vattnet, kommer dropparna så småningom att smälta samman för att minska mängden energi i systemet. Men om fasta partiklar tillsätts till blandningen kommer de att binda till ytan av gränssnittet och förhindra dropparna från att sammansmälta, vilket gör att emulsionen blir mer stabil.
Bildningen utan emulgeringsmedel är särskilt intressant för formuleringen av produkter för vilka användningen av ytaktiva ämnen har negativa effekter, t.ex. för farmaceutiska och kosmetiska produkter. Dessutom uppvisar Pickering-emulsioner en ökad stabilitet i jämförelse med emulsioner som stabiliseras av konventionella emulgeringsmedel. Droppbeläggningen av fasta partiklar fungerar som en styv barriär mot koalescens. Detta innebär att även högkoncentrerade emulsioner effektivt kan stabiliseras som Pickering-emulsioner. De fasta nanopartiklarna, som adsorberas mellan gränsytan mellan olja och vatten, är delvis nedsänkta i vatten och oljemedium, så att de stabiliserande nanopartiklarna kan ha hydrofila, hydrofoba eller amfifila egenskaper. Partikelform och partikelstorlek påverkar också emulsionens stabilitet.
Ultraljudsreaktor för emulsioner
De höga mekaniska skjuvkrafterna vid ultraljudshomogenisering övervinner energibarriären mellan fasgränssnitten. Dessutom bryter ultraljudsbehandling aggregat och agglomerat av nanopartiklar och skapar en mycket polydispersiv emulsion.
Ultraljudsbehandling används för båda stegen i beredningen av en pickering emulsion:
- för att dispergera de adsorberade partiklarna i vattenfasen
- För att emulgera O/W-blandningen
Plockning Emulsion med kiseldioxid
Till en början spreds hydrofila rökta kiseldioxidpulver (som Aerosil® 200 eller Aerosil® 380) som 100 nm agglomerat i vatten med hjälp av en ultraljudsanordning.
I det andra steget framställdes en stabil o/w-emulsioner med 20 viktprocent olja och en droppstorlek med en diameter på 2–10 nm genom ultraljudsbehandling.
För att erhålla stabila, transparenta emulsioner av butanol, etylacetat, butyllaktat och dietyladipat, i vattenfasen krävdes 6 % kiseldioxid. För diisobutyladibat krävs minst 8 % kiseldioxid för att erhålla en stabil emulsion.
Alla beredda emulsioner har visat sig vara stabila i minst 6 månader.
Även om kal såväl som funktionaliserad kiseldioxid (SiO2) är en av de mest använda partiklarna, men andra partiklar, t.ex.
- Fe3O4,
- hydroxiapatit,
- monodispers polystyren Latex partiklar,
- cyklodextrin och maltodextrin,
- nanorör av halloysit,
- hematit (α-Fe2O3) mikropartiklar,
- poly(metylmetakrylat) (PMMA),
- olösliga partiklar av kitosan/gelatin-B-komplex
bland många andra fasta partiklar har framgångsrikt använts för att skapa stabila Pickering-emulsioner.
Litteratur? Referenser
- 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.
Fakta som är värda att veta
Emulsioner av olja-i-vatten (o/w)
Olja-i-vatten-pickeringemulsion avser en emulsion där droppar av olja sprids i vatten som den kontinuerliga fasen. Denna typ av Pickering-emulsioner stabiliseras i allmänhet av nanopartiklar vars kontaktvinkel är mindre än 90º. o/w Betningsemulsioner kan stabiliseras t.ex. genom användning av rökt kiseldioxid, Fe3O4 nanopartiklar. Oljefasen av dessa Pickering-emulsioner kan bestå av t.ex. dodekan, oktadecenylbärnstensanhydrid (ODSA), toluen respektive butylbutyrat i vatten.
Vatten-i-olja (w/o) Betning emulsioner
Vatten-i-olja Betningsemulsioner innehåller vattendroppar som den dispergerade fasen och olja som den kontinuerliga fasen. Nanopartiklar med en kontaktvinkel större än 90º är de bästa stabiliseringsmedlen för dessa typer av emulsioner. Ow Pickering-emulsioner kan stabiliseras med hjälp av magnetiska nanopartiklar.
Komplexa pickering-emulsioner
Dubbla eller multipla pickeringemulsioner (w/o/w eller o/w/o) är komplexa polydispersiva system där små droppar suspenderas i större droppar som dessutom är suspenderade i en kontinuerlig fas. För flera Pickering-emulsioner utförs en tvåstegs emulgeringsprocess: För en w/o/w-emulsion, i det första emulgeringssteget, stabiliseras w/o-emulsionen av hydrofoba nanopartiklar; I det andra emulgeringssteget används hydrofila nanopartiklar som stabilisator. Flera emulsioner kan bildas som vatten-i-olja-i-vatten (w/o/w) eller olja-i-vatten-i-olja (o/w/o).
W/o/W-emulsioner används ofta som vehikel/bärare för olika hydrofila aktiva föreningar och läkemedel (t.ex. vitaminer, antioxidanter, enzymer, vacciner, hormoner), som sedan frisätts långsamt. Eftersom vissa aktiva substanser också migrerar från den yttre till den inre fasen av en multipel emulsion, fungerar sådana w/o/w-emulsioner perfekt för fördröjd frisättning? fördröjd frisättning av de aktiva substanserna.
Överbryggning av droppar
Ett unikt fenomen som förekommer i vissa Pickering-emulsionssystem är droppöverbryggning. Kolloider som sticker ut från en droppyta kan samtidigt adsorbera till ett annat gränssnitt och överbrygga två droppar. Bryggorna består av monolager av kolloidala partiklar och dropparna separeras endast av en tunn film av den kontinuerliga fasen.
