Mikroemulze - Microemulsion

Mikroemulze jsou čiré, termodynamicky stabilní izotropní kapalné směsi oleje, vody a vody povrchově aktivní látka, často v kombinaci s a kosurfaktant. Vodná fáze může obsahovat sůl oleje a / nebo jiné přísady a „olej“ může být ve skutečnosti složitou směsí různých látek uhlovodíky. Na rozdíl od obyčejných emulze, mikroemulze se tvoří po jednoduchém smíchání složek a nevyžadují vysokou hladinu stříhat podmínky obecně používané při tvorbě běžných emulzí. Tři základní typy mikroemulzí jsou přímé (olej dispergovaný ve vodě, o / w), reverzní (voda dispergovaná v oleji, w / o) a bikontinuální.

V ternárních systémech, jako jsou mikroemulze, kde jsou s povrchově aktivní látkou přítomny dvě nemísitelné fáze (voda a „olej“), povrchově aktivní látka molekuly může tvořit a jednovrstvá na rozhraní mezi olejem a vodou a hydrofobní konce molekul povrchově aktivní látky rozpuštěné v olejové fázi a hydrofilní skupiny hlav ve vodné fázi.

IUPAC definice
Mikroemulze: Disperze vyrobená z vody, oleje a povrchově aktivní látky (látek), což je izotropní a termodynamicky stabilní systém s průměrem dispergované domény v rozmezí přibližně od 1 do 100 nm, obvykle 10 až 50 nm.

Poznámka 1: V mikroemulzi byly domény domény dispergovaná fáze jsou buď kulovité, nebo vzájemně propojené (za účelem získání dvojčinné mikroemulze).

Poznámka 2: Průměrný průměr kapiček v makroemulzi (obvykle označovaný jako „emulze“) Se blíží jednomu milimetru (tj. 10−3 m). Proto, protože mikro- znamená 10−6a emulze znamená, že kapičky dispergované fáze mají průměry blízké 10−3 m, mikroemulze označuje systém s rozsahem velikostí dispergované fáze v 10−6 × 10−3 m = 10−9 m rozsah.

Poznámka 3: Pojem „mikroemulze“ začal mít zvláštní význam. Entity dispergované fáze jsou obvykle stabilizovány systémy povrchově aktivních látek a / nebo povrchově aktivních látek a kosurfaktantů (např. Alifatický alkohol).

Poznámka 4: Termín „olej“ označuje jakoukoli ve vodě nerozpustnou kapalinu.[1]

Mikroemulzní polymerace: Emulzní polymerace ve kterém je spouštěcí systém a mikroemulze a konečný latex obsahuje koloidní částice polymeru dispergované ve vodném médiu.

Poznámka: Průměry polymerních částic vytvořených při mikroemulzní polymeraci jsou obvykle mezi 10 a 50 nm.[2]

Použití

Mikroemulze mají mnoho komerčně důležitých použití:

Velká část práce provedené na těchto systémech byla motivována jejich možným využitím k mobilizaci ropy uvězněné v porézním pískovci pro lepší výtěžnost oleje. Základním důvodem pro použití těchto systémů je to, že fáze mikroemulze má někdy ultralow mezipovrchové napětí se samostatnou olejovou nebo vodnou fází, která je může uvolňovat nebo mobilizovat z pevných fází i za podmínek pomalého toku nebo nízkého tlaku.

Mikroemulze mají také průmyslové aplikace, jednou z nich je syntéza polymery. Mikroemulze polymerizace je složitý heterogenní proces, při kterém dochází k transportu monomerů, volných radikálů a dalších druhů (jako je činidlo pro přenos řetězce, povrchově aktivní látka a inhibitory) mezi vodnou a organickou fází.[4] Ve srovnání s jinými heterogenními polymeračními procesy (suspenzí nebo emulzí) je mikroemulzní polymerace složitější systém. Rychlost polymerace je řízena dělením monomeru mezi fázemi, nukleací částic a adsorpcí a desorpcí radikálů. Stabilita částic je ovlivněna množstvím a typem povrchově aktivní látky a pH dispergačního média.[5]Používá se také v procesu vytváření nanočástic.

Kinetika mikroemulzní polymerace má mnoho společného s kinetikou emulzní polymerace, jejíž nejcharakterističtější vlastností je kompartmentalizace, kdy jsou radikály rostoucí uvnitř částic odděleny od sebe navzájem, čímž do značné míry potlačují ukončení a v důsledku toho zajišťující vysokou rychlost polymerace.

Teorie

V průběhu let byly navrženy různé teorie týkající se tvorby mikroemulze, stability a fázového chování. Jedním z vysvětlení jejich termodynamické stability je například to, že disperze olej / voda je stabilizována přítomným povrchově aktivním činidlem a jejich tvorba zahrnuje elastické vlastnosti filmu povrchově aktivní látky na rozhraní olej / voda, což zahrnuje jako parametry, zakřivení a tuhost filmu. Tyto parametry mohou mít předpokládanou nebo naměřenou závislost na tlaku a / nebo teplotě (a / nebo slanosti vodné fáze), které lze použít k odvození oblasti stability mikroemulze nebo k vymezení oblasti, kde se vyskytují tři koexistující fáze , například. Výpočty mezifázového napětí mikroemulze s koexistující olejovou nebo vodnou fází jsou také často zvláštního zaměření a mohou být někdy použity jako vodítko pro jejich formulaci.

Historie a terminologie

Termín mikroemulze poprvé použili T. P. Hoar a J. H. Shulman, profesoři chemie na Cambridge University, v roce 1943. Pro tyto systémy se často používají alternativní názvy, například průhledná emulze, oteklé micely, micelární roztok, a solubilizovaný olej. Ještě více matoucí může termín mikroemulze označovat jedinou izotropní fázi, která je směsí oleje, vody a povrchově aktivní látky, nebo fázi, která je v rovnováze s koexistující převážně olejovou a / nebo vodnou fází, nebo dokonce s jinými neizotropními fázemi . Stejně jako v binárních systémech (voda / povrchově aktivní látka nebo olej / povrchově aktivní látka) mohou být vytvořeny samostatně sestavené struktury různých typů, například z (obrácené) sférické a válcové micely na lamelové fáze a bikontinuální mikroemulze, které mohou koexistovat s převážně olejovými nebo vodnými fázemi.[6]

Fázové diagramy

Mikroemulzní domény jsou obvykle charakterizovány konstrukcí diagramů ternární fáze. Základním požadavkem pro vytvoření mikroemulze jsou tři složky: dvě nemísitelné kapaliny a povrchově aktivní látka. Většina mikroemulzí používá jako nemísitelné kapalné páry olej a vodu. Pokud se použije kosurfaktant, může být někdy zastoupen v pevném poměru k povrchově aktivní látce jako jedna složka a považováno za jednu „pseudosložku“. Relativní množství těchto tří složek lze vyjádřit ternárně fázový diagram. Gibbs fázové diagramy lze použít k ukázání vlivu změn objemových zlomků různých fází na fázové chování systému.

Tři komponenty tvořící systém se nacházejí na vrcholu trojúhelníku, kde jejich odpovídající objemový podíl je 100%. Oddálením od tohoto rohu se sníží objemový podíl dané konkrétní komponenty a zvýší se objemový podíl jedné nebo obou dvou dalších složek. Každý bod v trojúhelníku představuje možné složení směsi tří složek nebo pseudosložek, které mohou sestávat (ideálně podle Gibbsovo fázové pravidlo ) jedné, dvou nebo tří fází. Tyto body se spojí a vytvoří oblasti s hranicemi mezi nimi, které představují „fázové chování“ systému při konstantní teplotě a tlaku.

Gibbsův fázový diagram je však empirickým vizuálním pozorováním stavu systému a může, ale nemusí vyjadřovat skutečný počet fází v dané kompozici. Zjevně čiré jednofázové formulace mohou stále sestávat z více izotropických fází (např. Zjevně čirý heptan /AOT / voda mikroemulze sestává z několika fází). Vzhledem k tomu, že tyto systémy mohou být v rovnováze s jinými fázemi, lze mnoho systémů, zejména systémů s velkoobjemovými frakcemi obou nemísitelných fází, snadno destabilizovat čímkoli, co tuto rovnováhu změní, např. vysoká nebo nízká teplota nebo přidání činidel upravujících povrchové napětí.

Lze však nalézt příklady relativně stabilních mikroemulzí. Předpokládá se, že mechanismus pro odstraňování kyseliny nahromaděné v motorových olejích automobilů zahrnuje mikroemulze s nízkým objemem vodní fáze a vodou v oleji. Teoreticky by měl být přenos vodných kapiček kyseliny motorovým olejem na mikrodispergované částice uhličitanu vápenatého v oleji nejúčinnější, pokud jsou vodné kapičky dostatečně malé na to, aby transportovaly jediný vodíkový iont (čím menší kapičky, tím větší počet kyselých vod kapičky, tím rychlejší je neutralizace). Takové mikroemulze jsou pravděpodobně velmi stabilní v přiměřeně širokém rozsahu zvýšených teplot.

Poznámky

  1. ^ Slomkowski, Stanislaw (2011). „Terminologie polymerů a polymeračních procesů v dispergovaných systémech (doporučení IUPAC 2011)“ (PDF). Čistá a aplikovaná chemie. 83 (12): 2229–2259. doi:10.1351 / PAC-REC-10-06-03.
  2. ^ Slomkowski, Stanislaw (2011). „Terminologie polymerů a polymeračních procesů v dispergovaných systémech (doporučení IUPAC 2011)“ (PDF). Čistá a aplikovaná chemie. 83 (12): 2229–2259. doi:10.1351 / PAC-REC-10-06-03.
  3. ^ Gibaud, Stéphane (2012). "Mikroemulze pro orální podání a jejich terapeutické aplikace" (PDF). Znalecký posudek na dodávku drog. 9: 937–951. doi:10.1517/17425247.2012.694865. PMID  22663249.
  4. ^ „Mikroemulzní proces výroby akrylamid-alkyl-akrylamidových kopolymerů“, S. R. Turner, D. B. Siano a J. Bock, patent USA č. 4 521 580, červen 1985.
  5. ^ Ovando V.M. Polymer Bulletin 2005, 54, 129-140
  6. ^ T. P. Hoar a kol., Nature, 1943, (152), 102-103.

Reference

  • Princ, Leon M., Mikroemulze v teorii a praxi Academic Press (1977) ISBN  0-12-565750-1.
  • Rosano, Henri L a Clausse, Marc, eds., Mikroemulzní systémy (Surfactant Science Series) Marcel Dekker, Inc. (1987) ISBN  0-8247-7439-6