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Wie wählt man die besten Partikel aus, um die Stabilität der Emulsion zu verbessern? Verstehen Sie den Einfluss des Kontaktwinkels auf die Stabilität!
Mit dem steigenden Umweltbewusstsein werden herkömmliche Emulgatoren zunehmend in Frage gestellt, was Wissenschaftler dazu veranlasste, die Stabilität von Flüssigkeiten neu zu untersuchen. Eine Technik namens „Ramsden-Emulsion“ oder „Pickering-Emulsion“ hat Aufmerksamkeit erregt, weil sie feste Partikel zur Stabilisierung der Emulsion verwendet. Diese Technologie verbessert nicht nur die Stabilität der Emulsion, sondern berücksichtigt auch Umweltschutz und Kosten und entwickelt sich zu einem neuen Forschungsschwerpunkt.
Eine Ramsden-Emulsion ist eine durch Feststoffpartikel an der Wasser-Öl-Grenzfläche stabilisierte Emulsion. Durch die Adsorption der Partikel zwischen den beiden Phasen können diese die Aggregation von Öltröpfchen wirksam verhindern und so die Stabilität der Emulsion verbessern.
Herkömmliche Emulsionen bestehen aus Wasser und Öl. Wenn Öl mit Wasser vermischt wird, um eine Öl-in-Wasser-Emulsion (O/W) zu bilden, aggregieren die Öltröpfchen schließlich aufgrund der Energiereduzierung. Wenn jedoch feste Partikel hinzugefügt werden, können sich diese an die Oberfläche der Öltröpfchen binden und so verhindern, dass diese sich miteinander aggregieren. Dadurch wird die Emulsion stabiler.
Die Eigenschaften der Partikel, wie Hydrophilie, Form und Größe, sowie die Elektrolytkonzentration in der kontinuierlichen Phase und das Volumenverhältnis der beiden Phasen beeinflussen die Stabilität der Emulsion. Der Kontaktwinkel zwischen Partikeln und Öltröpfchen ist ein wichtiger Indikator zur Beschreibung der Hydrophilie von Partikeln. Wenn der Kontaktwinkel zwischen dem Partikel und der Schnittstelle gering ist, wird das Partikel größtenteils von den Öltröpfchen benetzt, wodurch es schwierig wird, die Aggregation der Öltröpfchen zu verhindern. Idealer sind daher partiell hydrophile Partikel, da diese von beiden Flüssigkeiten gleichzeitig partiell benetzt werden können und sich so besser an der Oberfläche des Öltröpfchens binden.
Die beste Emulsionsstabilität kann erreicht werden, wenn der Kontaktwinkel zwischen den Partikeln und den beiden Phasen 90° beträgt. An diesem Punkt ist die erforderliche Stabilisierungsenergie am geringsten.
In den meisten Fällen wird die bevorzugte Benetzungsphase für die Partikel die kontinuierliche Phase in einem Emulsionssystem sein. Nehmen wir beispielsweise Milch, eine Art Ramsden-Emulsion, bei der Milchproteineinheiten (Kasein) an der Oberfläche von Milchfettkügelchen adsorbieren und als Tenside wirken. Während des Emulgierungsprozesses ersetzt Kasein beschädigte Membranen der Milchfettkügelchen und verbessert so die Stabilität der Emulsion.
In den letzten 20 Jahren haben Ramsden-Emulsionen aufgrund der Probleme mit herkömmlichen Emulgatoren neue Aufmerksamkeit in der Forschung erlangt. Synthetische Nanopartikel gelten als Hauptforschungsobjekt der Ramsden-Emulsionsstabilisatoren, doch in letzter Zeit rücken auch natürliche organische Partikel zunehmend in den Fokus. Diese natürlichen Partikel sind nicht nur kostengünstig, sondern auch biologisch abbaubar und stammen aus nachwachsenden Rohstoffen.
Pickering-Emulsionen werden häufig bei der Ölförderung und Wassersanierung eingesetzt. Bestimmte Arten von Pickering-Emulsionen bleiben im Magen-Darm-Trakt stabil und zeigen eine überraschende Resistenz gegenüber Lipasen, was ihre Verwendung in oralen Arzneimittelverabreichungssystemen zur kontrollierten Fettverdauung und Bedarfsverabreichung erleichtert.
Tatsächlich kann die Stabilität von Ramsden-Emulsionen auch durch die Verwendung von „Januspartikeln“ mit unterschiedlicher Hydrophilie und Hydrophobie auf beiden Seiten verbessert werden. Diese Methode ist effektiver, da die Adsorptionsenergie der Partikel an der Flüssigkeit-Flüssigkeit-Grenzfläche höher ist. Darüber hinaus können Latexpartikel auch zur Stabilisierung von Ramsden-Emulsionen verwendet und zu durchlässigen Hüllen oder Kapseln verschmolzen werden. Diese Form der Verkapselung kann auch bei Wasser-in-Wasser-Emulsionen angewendet werden.
Diese Ramsden-Latexpartikel können nicht nur als Vorlagen für die Mikroverkapselung zur Bildung geschlossener, undurchlässiger Kapseln verwendet werden, sondern auch zur Herstellung von Wasser-in-Wasser-Emulsionen (d. h. einer Dispersion einer phasengetrennten wässrigen Polymerlösung). . Solche Kapselungstechniken können so gestaltet werden, dass sie in verschiedenen Umgebungen reversibel sind. Pickering-stabilisierte Mikrobläschen könnten sich auch bei der Anwendung von Ultraschallkontrastmitteln als nützlich erweisen.
Mit der Vertiefung der Forschung zur Emulsionsstabilität entdecken Wissenschaftler zunehmend die Bedeutung von Faktoren wie Partikelauswahl, Kontaktwinkelkontrolle und Oberflächeneigenschaften bei der Verbesserung der Emulsionsstabilität. Welche weiteren Durchbrüche und Anwendungen werden die Menschen in Zukunft erreichen?
