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Come scegliere le particelle migliori per migliorare la stabilità dell'emulsione? Comprendi l'impatto dell'angolo di contatto sulla stabilità!
Con la crescente consapevolezza ambientale, gli emulsionanti tradizionali sono stati sempre più messi in discussione, spingendo gli scienziati a riesplorare la stabilità dei liquidi. Una tecnologia chiamata "emulsione Ramsden" o "emulsione Pickering" ha attirato l'attenzione perché utilizza particelle solide per stabilizzare l'emulsione. Questa tecnologia può non solo migliorare la stabilità dell’emulsione, ma anche tenere conto della protezione ambientale e dei costi, rendendola un punto caldo emergente della ricerca.
L'emulsione Ramsden è un'emulsione che utilizza particelle solide per stabilizzare l'interfaccia acqua-olio. Adsorbendo le particelle tra le due fasi, le particelle possono prevenire efficacemente l'aggregazione delle goccioline d'olio, migliorando così la stabilità dell'emulsione.
Le emulsioni tradizionali sono composte da acqua e olio. Quando l'olio viene miscelato con l'acqua per formare un'emulsione acqua in olio (O/W), le goccioline di olio alla fine si aggregano a causa della riduzione dell'energia. Tuttavia, quando vengono aggiunte particelle solide, queste particelle sono in grado di legarsi alla superficie delle goccioline di olio, impedendo loro di aggregarsi tra loro, rendendo così l'emulsione più stabile.
Le caratteristiche delle particelle come l'idrofilicità, la forma e le dimensioni, nonché la concentrazione dell'elettrolita nella fase continua e il rapporto volumetrico delle due fasi, influiscono tutte sulla stabilità dell'emulsione. L'angolo di contatto all'interfaccia tra particelle e goccioline d'olio è un indicatore importante per descrivere l'idrofilicità delle particelle. Se l'angolo di contatto tra la particella e l'interfaccia è basso, la particella sarà prevalentemente bagnata dalle goccioline d'olio, rendendo difficile prevenire l'aggregazione delle goccioline d'olio. Pertanto, le particelle che sono parzialmente idrofile sono più desiderabili perché tali particelle sono in grado di essere parzialmente bagnate da entrambi i liquidi contemporaneamente, legandosi così meglio alla superficie delle goccioline d'olio.
La stabilità ottimale dell'emulsione si ottiene quando l'angolo di contatto tra le particelle e le due fasi è di 90°, il che richiede l'energia di stabilizzazione più bassa.
Nella maggior parte dei casi, la fase bagnante preferita dalle particelle sarà la fase continua in un sistema di emulsione. Prendendo ad esempio il latte, si tratta di un tipo di emulsione Ramsden. Le unità di proteine del latte (caseina) vengono adsorbite sulla superficie dei globuli di grasso del latte e agiscono come tensioattivi. Durante il processo di emulsione, la caseina sostituisce le membrane danneggiate dei globuli di grasso del latte, migliorando così la stabilità dell'emulsione.
Negli ultimi 20 anni, con l'attenzione ai problemi degli emulsionanti tradizionali, le emulsioni Ramsden hanno guadagnato nuova attenzione nella ricerca. Le nanoparticelle sintetiche sono considerate il principale oggetto di ricerca degli stabilizzanti di emulsione Ramsden, ma recentemente anche le particelle organiche naturali hanno gradualmente ricevuto attenzione. Queste particelle naturali non solo sono economiche, ma sono anche degradabili e possono essere ottenute da risorse rinnovabili.
Le emulsioni Pickering sono ampiamente utilizzate in settori quali il recupero del petrolio e il ripristino dell'acqua. Alcuni tipi di emulsioni Pickering rimangono stabili nel tratto gastrointestinale e mostrano una sorprendente resistenza alle lipasi, il che ne facilita l'uso nei sistemi di somministrazione orale per controllare la digestione dei lipidi e soddisfare la domanda.
In effetti, la stabilità dell'emulsione Ramsden può essere migliorata anche utilizzando "particelle Janus" con diversa idrofilicità e idrofobicità su entrambi i lati. Questo metodo è più efficace perché le particelle hanno una maggiore energia di adsorbimento all'interfaccia liquido-liquido. Inoltre, le particelle di lattice possono essere utilizzate anche per stabilizzare le emulsioni Ramsden ed essere fuse e stampate per formare gusci o capsule permeabili. Questa forma di intrappolamento può essere utilizzata anche nelle emulsioni acqua in acqua.
Queste particelle di emulsione Ramsden possono essere utilizzate non solo come modelli per la microincapsulazione, formando capsule chiuse e impermeabili, ma anche per produrre emulsioni acqua in acqua (ovvero una dispersione di soluzioni polimeriche acquose a fasi separate). Tali tecniche di incapsulamento possono essere progettate per essere reversibili in ambienti diversi. Le microbolle stabili di Pickering possono anche mostrare un potenziale valore nell'applicazione di agenti di contrasto ecografici.
Con l'approfondimento della ricerca sulla stabilità dell'emulsione, gli scienziati stanno scoprendo sempre più l'importanza di fattori come la selezione delle particelle, il controllo dell'angolo di contatto e le caratteristiche della superficie nel migliorare la stabilità dell'emulsione. Quindi, in futuro, in questa tecnologia, quali ulteriori scoperte e applicazioni la gente capirà?
