Pickering-Emulsionen sind Emulsionen, bei denen die Phasengrenzfläche durch feste Partikel stabilisiert wird.
Geschichte Der Namensgeber S.U. Pickering war der zweite, der diesen Effekt beschrieben hat. Im Jahr 1903 beschrieb W. Ramsden erstmals Oberflächeneffekte, die die Stabilisierung von Grenzflächen durch feste Partikel, z. B. Tierkohle, kolloidalen Schwefel oder suspendierte Pikrinsäure, einschließt. Pickering beschrieb 1907 Emulsionen von Kerosin oder Paraffin, die mit Feststoffen wie Brandkalk, gefälltem Kalk, gefällter Kieselsäure oder gebranntem Gips stabilisiert werden.
Grundprinzip mini|Kontaktwinkel unterschiedlicher FeststoffeBei Pickering-Emulsionen werden klassische Tenside – die durch einen hydrophoben und hydrophilen Teil im Molekül charakterisiert sind –, durch Partikel ersetzt, die irreversibel an den Grenzflächen adsorbiert werden und dadurch besonders koaleszenzstabile Emulsionen bilden können. Während bei klassischen Emulgatoren die Frage, ob sie eher zu Öl oder zu Wasser tendieren, von der Balance zwischen Hydrophilie und Lipophilie (ausgedrückt durch den HLB-Wert) abhängt, bestimmt bei Partikeln der Kontaktwinkel, ob das Partikel mehr von der Ölphase oder mehr von der Wasserphase benetzt wird, daraus bestimmt sich auch die Krümmung der Phasengrenzfläche. Die Phase, die die Partikel schlechter benetzt, wird zur dispersen (inneren) Phase. Die Viskosität von Pickering-Emulsionen kann durch den Zusatz von Elektrolyten gesteuert werden.
alternativtext=Phasengrenzfläche|mini|Krümmung der Phasengrenzfläche in Abhängigkeit vom Kontaktwinkel
Nichtwässrige Emulsionen mit z. B. PEG 300 als kontinuierliche Phase und Paraffinöl als disperse Phase werden mit partiell hydrophobierten Kieselsäurepartikeln formuliert. Multiple Emulsionen können ebenfalls durch Partikel stabilisiert werden.
Herstellungsverfahren Für die Herstellung von Pickering-Emulsionen sind verschiedene Verfahren und Geräte vorgeschlagen bzw. beschrieben worden:
Einfaches Rühren „Buttern“ Schütteln Anwendung von Rotor-Stator-Homogenisatoren wie z. B. Ultra-Turrax Anwendung von Hochdruckhomogenisatoren z. B. APV-Homogenisatoren Ultraschall Membranemulgierung Microfluidizer
Geeignete Stabilisatoren Beispiele für geeignete Stabilisatoren:
Partiell hydrophobierte Kieselsäuren Polystyrenpartikel Lignin-Nanopartikel Tonerden, Bentonite Kaolinite Laponite Aluminiumoxide Titandioxide Eisenoxide Cellulose Hydroxyapatite Stärke Chitin Proteine Chitosanpartikel bei optimierten pH Organische Pigmente Cyclodextrine
Mit partiell hydrophobierten Kieselsäuren kann man durch den Grad der Oberflächenmodifizierung die Eigenschaften zur Stabilisierung von Emulsionen anpassen und steuern, ob eine Öl in Wasser oder Wasser in Öl Emulsion gebildet wird. Durch die Verwendung von Kieselsäuren mit unterschiedlichem Hydrophobierungsgrad sind multiple Emulsionen zugänglich.
Disperse Phasen in Pickering-Emulsionen Als disperse Phasen können praktisch alle mit Wasser (oder einen andern kontinuierlichen Phase) nicht mischbaren Flüssigkeiten dienen. Beispiele sind Paraffine Polydimethylsiloxane härtbare Epoxide Triglyceride, Pflanzenöl Teebaumöl
Anwendungen Beispiele für Anwendungen von Pickering-Emulsionen: Agrochemie, Pflanzenschutzmittel z. B. in Verbindung mit Kupfersalzen Pharmazie Medizin, z. B. Tumorbehandlung Lebensmittel Tiernahrung KosmetikNovel Insight into Pickering Emulsion and Colloidal Particle Network Construction of Basil Extract for Enhancing Antioxidant and UV-BInduced Antiaging Activities Rizzqi Septiprajaamalia Rosdianto, Nurul Zakiyah, Rafiqah Nur Viviani, Fortunata Saesarria Deisberanda, Tantri Liris Nareswari, Satrialdi, Irda Fidrianny, Damar Rastri Adhika, William Xaveriano Waresindo, Unang Supratman, and Tri Suciati* ACS Omega 2023, 8, 15932−15950, https://doi.org/10.1021/acsomega.2c07657 Chemische Katalyse Biokatalyse 3D-Druck
Literatur Bernard P. Binks, Tommy S. Horozov (Hrsg.): Colloidal Particles at Liquid Interfaces. University of Hull, Cambridge University Press, Cambridge, New York, Melbourne, Madrid, Cape Town, Singapore, São Paulo, ISBN 978-0-511-33191-6
Einzelnachweise
Kategorie:Dispersion (Stoffgemisch) Kategorie:Physik der weichen Materie