Mikroemulsion

Mikroemulsioner är klara, termodynamiskt stabila isotropa flytande blandningar av olja, vatten och ytaktivt ämne , ofta i kombination med ett co-ytaktivt ämne. Vattenfasen kan innehålla salt (er) och/eller andra ingredienser, och "oljan" kan faktiskt vara en komplex blandning av olika kolväten . I motsats till vanliga emulsioner bildas mikroemulsioner vid enkel blandning av komponenterna och kräver inte de höga skjuvningsförhållanden som vanligtvis används vid bildning av vanliga emulsioner. De tre grundläggande typerna av mikroemulsioner är direkta (olja dispergerad i vatten, o/v), omvänd (vatten dispergerad i olja, w/o) och bikontinuerliga.

I ternära system som mikroemulsioner, där två oblandbara faser (vatten och "olja") är närvarande med ett ytaktivt ämne, kan de ytaktiva molekylerna bilda ett monolager vid gränsytan mellan oljan och vattnet, med de hydrofoba svansarna av de ytaktiva molekylerna lösta i oljefasen och de hydrofila huvudgrupperna i vattenfasen.

IUPAC definition

Mikroemulsion : Dispersion gjord av vatten, olja och ytaktiva ämnen som är ett isotropiskt och termodynamiskt stabilt system med en dispergerad domändiameter som varierar ungefär från 1 till 100 nm, vanligtvis 10 till 50 nm.

Anmärkning 1 : I en mikroemulsion är domänerna i den dispergerade fasen antingen globulära eller sammankopplade (för att ge en bikontinuerlig mikroemulsion).

Anmärkning 2 : Medeldiametern för droppar i makroemulsion (vanligen kallad " emulsion ") är nära en millimeter (dvs. 10 ⁻³ m). Därför, eftersom mikro- betyder 10 ⁻⁶ och emulsion innebär att droppar av den dispergerade fasen har diametrar nära 10 ⁻³ m, betecknar mikroemulsionen ett system med storleksintervallet för den dispergerade fasen i 10 ⁻⁶ × 10 ^{− 3} m = 10 ⁻⁹ m räckvidd.

Not 3 : Termen "mikroemulsion" har kommit att få en speciell innebörd. Enheter av den dispergerade fasen stabiliseras vanligtvis av ytaktivt medel och/eller ytaktivt medel-samytaktivt medel (t.ex. alifatisk alkohol) system.

Anmärkning 4 : Termen "olja" avser alla vattenolösliga vätska.

---

Mikroemulsionspolymerisation : Emulsionspolymerisation där utgångssystemet är en mikroemulsion och den slutliga latexen innefattar kolloidala partiklar av polymer dispergerade i ett vattenhaltigt medium.

Obs : Diametrar på polymerpartiklar som bildas i mikroemulsionspolymerisationen är vanligtvis mellan 10 och 50 nm.

Används

Mikroemulsioner har många kommersiellt viktiga användningsområden:

• - olja mikroemulsioner för vissa kemtvättsprocesser
• Golvpolerare och rengöringsmedel _
• Personliga vårdprodukter
• Bekämpningsmedelsformuleringar _
• Skärande oljor
• Läkemedel

Mycket av arbetet med dessa system har motiverats av deras möjliga användning för att mobilisera petroleum som fångas i porös sandsten för ökad oljeutvinning . En grundläggande anledning till användningen av dessa system är att en mikroemulsionsfas ibland har en ultralåg gränsytspänning med en separat olje- eller vattenfas, som kan frigöra eller mobilisera dem från fasta faser även under förhållanden med långsamt flöde eller låga tryckgradienter.

Mikroemulsioner har också industriella tillämpningar, en av dem är syntesen av polymerer . Mikroemulsionspolymerisation ( såsom kedjeöverföringsmedel, co-surfactant och inhibitorer) mellan vattenfasen och den organiska fasen sker. Jämfört med andra heterogena polymerisationsprocesser (suspension eller emulsion) är mikroemulsionspolymerisation ett mer komplicerat system. Polymerisationshastigheten styrs av monomerfördelning mellan faserna, partikelkärnbildning och adsorption och desorption av radikaler. Partikelstabiliteten påverkas av mängden och typen av ytaktivt ämne och pH hos dispergeringsmediet. Det används också i processen att skapa nanopartiklar.

Kinetiken för mikroemulsionspolymerisation har mycket gemensamt med emulsionspolymerisationskinetik, vars mest karakteristiska särdrag är kompartmentaliseringen, där radikalerna som växer inuti partiklarna separeras från varandra, vilket i hög grad undertrycker terminering och, som en konsekvens, ger höga polymerisationshastigheter.

Teori

Olika teorier om mikroemulsionsbildning, stabilitet och fasbeteende har föreslagits under åren. Till exempel är en förklaring till deras termodynamiska stabilitet att olja/vatten-dispersionen stabiliseras av det närvarande ytaktiva ämnet och att deras bildning involverar de elastiska egenskaperna hos den ytaktiva filmen vid gränsytan mellan olja och vatten, vilket som parametrar involverar krökningen och styvheten av filmen. Dessa parametrar kan ha ett antaget eller uppmätt tryck- och/eller temperaturberoende (och/eller salthalten i vattenfasen), som kan användas för att sluta sig till stabilitetsområdet för mikroemulsionen, eller för att avgränsa området där tre samexisterande faser förekommer , till exempel. Beräkningar av gränsytspänningen för mikroemulsionen med en samexisterande olja eller vattenfas är också ofta av särskilt fokus och kan ibland användas för att vägleda deras formulering.

Historia och terminologi

Termen mikroemulsion användes först av TP Hoar och JH Shulman, professorer i kemi vid Cambridge University , 1943. Alternativa namn för dessa system används ofta, såsom transparent emulsion , svälld micelle , micellär lösning och solubiliserad olja . Ännu mer förvirrande kan termen mikroemulsion hänvisa till den enda isotropiska fasen som är en blandning av olja, vatten och ytaktivt ämne, eller till en som är i jämvikt med samexisterande övervägande olje- och/eller vattenfaser, eller till och med andra icke-isotropa faser. . Liksom i de binära systemen (vatten/ytaktivt ämne eller olja/ytaktivt ämne) kan självmonterade strukturer av olika typer bildas, allt från till exempel (omvända) sfäriska och cylindriska miceller till lamellära faser och bikontinuerliga mikroemulsioner, som kan samexistera med övervägande olje- eller vattenfaser.

Fasdiagram

Mikroemulsionsdomäner karaktäriseras vanligtvis genom att konstruera ternära fasdiagram. Tre komponenter är grundkravet för att bilda en mikroemulsion: två oblandbara vätskor och ett ytaktivt ämne. De flesta mikroemulsioner använder olja och vatten som oblandbara vätskepar. Om ett samytaktivt ämne används kan det ibland representeras i ett fast förhållande till ytaktivt ämne som en enda komponent och behandlas som en enda "pseudokomponent". De relativa mängderna av dessa tre komponenter kan representeras i ett ternärt fasdiagram . Gibbs fasdiagram kan användas för att visa påverkan av förändringar i volymfraktionerna för de olika faserna på systemets fasbeteende.

De tre komponenterna som utgör systemet återfinns var och en i en spets av triangeln, där deras motsvarande volymfraktion är 100 %. Att flytta sig bort från det hörnet minskar volymfraktionen av den specifika komponenten och ökar volymfraktionen för en eller båda av de två andra komponenterna. Varje punkt i triangeln representerar en möjlig sammansättning av en blandning av de tre komponenterna eller pseudokomponenterna, som kan bestå (helst, enligt Gibbs fasregel) av en, två eller tre faser. Dessa punkter kombineras för att bilda regioner med gränser mellan dem, som representerar systemets "fasbeteende" vid konstant temperatur och tryck.

Gibbs fasdiagram är emellertid en empirisk visuell observation av systemets tillstånd och kan, eller kanske inte, uttrycka det verkliga antalet faser inom en given komposition. Tydligen klara enfasformuleringar kan fortfarande bestå av flera isotropiska faser (t.ex. består de till synes klara heptan/ AOT /vatten-mikroemulsionerna i flera faser). Eftersom dessa system kan vara i jämvikt med andra faser, kan många system, särskilt de med höga volymfraktioner av båda de två oblandbara faserna, lätt destabiliseras av allt som förändrar denna jämvikt, t.ex. hög eller låg temperatur eller tillsats av ytspänningsmodifierande medel.

Exempel på relativt stabila mikroemulsioner kan dock hittas. Man tror att mekanismen för att avlägsna syrauppbyggnad i bilmotoroljor involverar låg vattenfasvolym, vatten-i-olja (w/o) mikroemulsioner. Teoretiskt sett bör transporten av de vattenhaltiga syradropparna genom motoroljan till mikrodispergerade kalciumkarbonatpartiklar i oljan vara mest effektiv när de vattenhaltiga dropparna är tillräckligt små för att transportera en enda vätejon (ju mindre droppar, desto större antal surt vatten droppar, desto snabbare neutralisering). Sådana mikroemulsioner är troligen mycket stabila över ett rimligt brett område av förhöjda temperaturer.

Bibliografi

•   Prince, Leon M., Microemulsions in Theory and Practice Academic Press (1977) ISBN 0-12-565750-1 .
•   Rosano, Henri L och Clausse, Marc, red., Microemulsion Systems (Surfactant Science Series) Marcel Dekker, Inc. (1987) ISBN 0-8247-7439-6