Miniemulsão: - fase dispersa, fase contínua,emulsificante, co-emulsificante - Goticulas com diametro variando de 50 nm a 400 nm

Transcrição

1 Emulsão de óleo em água O/A Emulsão de água em óleo A/O O A A O Nanoemulsão: - Goticulas com diametro < 100 nm -Termodinamicamente instável - transparente Miniemulsão: - fase dispersa, fase contínua,emulsificante, co-emulsificante - Goticulas com diametro variando de 50 nm a 400 nm Microemulsão: - fase dispersa entre 100 nm e 1000 μm -Termodinamic. Estável -opaca

2 coalescência floculação Separação de fases Formação de nata Creaming Diferenças entre densidade e índice de refração das fases da emulsão

3 Estabilidade Mecanismo de Aspecto Diâmetro Distribuição de termodinâmica separação de médio das tamanho de gotas fases gotas (nm) microemulsão estável coalescência opaca Entre 100 e estreita 1000 nanoemulsão instável Envelhecimento transparente < 100 larga de Ostwald

4 Por que as emulsões desestabilizam? Forças atrativas entre as gotas (van der Waals) Movimento Browniano, Difusão, Colisões Diferença de densidade entre as fases (tendência a flotar ou sedimentar) Instabilidade mecânica do filme interfacial Maior solubilidade da fase dispersa em gotas menores - envelhecimento de Ostwald ( Ostwald Ripening ), mais pronunciado em fases mais miscíveis

5 = envelhecimento de Ostwald

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7 Movimento Browniano das partículas causa flutuações de densidade e de índice de refração (n). Consequência: Flutuações de I em função do tempo. Partículas pequenas produzem flutuaçõess de maiores frequências. Para tempo de observação t curto, a variação de posição de uma dada partícula varia pouco, e a correlação entre I(0) e I(t) será grande, ou seja, I(0) I(t). Porem, se o tempo de observação for longo, a correlação entre I(0) e I(t) será pequena, ou seja, I(0) I(t).

8 Intensidade Nanoemulsões e o mecanismo de envelhecimento de Ostwald Espalhamento dinâmico de luz (DLS) Diâmetro / nm R H

9 Nanoemulsões e o mecanismo de envelhecimento de Ostwald Para aumentar a area interfacial de dr, tem que realizar dw

10 Mecanismo de envelhecimento de Ostwald φ i = fração molar volumétrica da fase óleo na emulsão Quanto menor for a gotícula, maior será a pressão interna e o potencial químico nesta fase Se houver uma miscibilidade mínima do componente das gotículas no meio dispersante, as moléculas difundem através do meio para encontrar gotas maiores, onde o potencial químico é menor. gotas grandes crescem as custas das pequenas

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12 Como estabilizar as emulsões? 1. Abaixar a tensão interfacial (tensoativo) 2. Formar barreira por repulsão eletrostática ou estérica (tensoativo) 3. Obter gotas pequenas e uniformes (ultrassom) 4. Filme interfacial mecanicamente estável (tensoativo, co-tensoativo ou partículas solidas) Pickering emulsion 5. Alta viscosidade da fase contínua ( coef difusão da fase dispersa)

13 Estabilização da emulsão pela adição de um ou mais tensoativos Escala HLB (Balanço hidrofílico-lipofílico) Arbitrária Griffin (1949) para tensoativos não-iônicos HLB = 20(MM hidrofilico )/ Mmtotal Varia de 0 (mais hidrofóbico) a 20 (mais hidrofílico) Ajuda a escolher o melhor tensoativo para estabilizar uma emulsão

14 Escala empírica HLB ca. 1 to 3: Anti-espumantes / micelas reversas HLB ca. 3 to 8: emulsificantes de emulsões A/O HLB ca. 7 to 9: agentes molhantes (wetting and spreading agents), aumentam a molhabilidade HLB ca. 8 to 16: emulsificantes de emulsões O/A HLB ca. 13 to 16: Detergentes HLB ca. >15: Solubilizantes Hidrofóbicos Hidrofílicos

15 Escala empírica HLB por Davies somatória das contribuições dos grupos HLB = 7 + hidrofílicos - hidrofóbicos Grupo HLB SO 4 Na 38.7 COOK 21.1 COONa 19.1 Sorbitan(ester) 6.8 COOH 2.1 -OH 1.9 (CH 2 CH 2 O) 0.3 (CH 2 CH 2 CH 2 O) CH 2, CH CF 2, CF A. W. Adamson, Physical Chemisty of Surfaces, 5th ed. pag. 539

16 preparar emulsões O/A e A/O Identificar as fases através do corante Testar Tween 40, Span 40 e misturas dos dois na estabilização das emulsões Com base nas estruturas químicas dos tensoativos, calcular os valores de HLB pelo regra empírica de Griffin HLB = 20(MM hidrofilico )/ Mmtotal Escolher o melhor estabilizante para cada emulsão com base nos efeitos observados com os valores de HLB

17 DW =Água destilada POE = óleo de palma esterificado

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20 Efeito do uso de radiação ultrassônica na estabilização de emulsões Quando ondas de ultrassom (frequência > 20 khz) interagem com um meio líquido e com as moléculas de gás ali dissolvidas, ocorre um fenômeno de excitação chamado de cavitação acústica. Os núcleos de gás oscilam sob influência do campo acústico, devido a flutuações de pressão ao redor deles. Durante as oscilações, moléculas de gás e de vapor do liquido difundem para dentro e para fora das bolhas oscilantes. Entretanto, a quantidade de gás/vapor que entra nas bolhas durante a fase de expansão é maior que a que sai durante a fase de compressão. Isto leva ao crescimento contínuo das bolhas oscilantes até atingirem o tamanho máximo e colapsarem, liberando grande energia, a qual pode causar aumento de temperatura local de ~ 2000 K a K., diminuindo a tensão interfacial. Ashokkumar, M., Ultrason. Sonochem., (2011), v.18, p

21 Efeito do uso de radiação ultrassônica na estabilização de emulsões microemulsão US nanoemulsão Fryd, M. M. e Mason, T. G., Annu. Rev. Phys. Chem., (2012), v.63, p

22 Efeito do uso de partículas sólidas na estabilização de emulsões (Pickering emulsion) Partículas sólidas finamente divididas podem estabilizar emulsões porque quando adsorvidas na superfície das gotas, cria uma barreira física, que dificulta a coalescência. Partículas com hidrofobicidade intermediária são ideais (particulas de Janus) porque são molháveis tanto pela fase dispersa como pela fase contínua da emulsão.

23 Efeito do uso de partículas sólidas na estabilização de emulsões (Pickering emulsion) Problema da Petrobras: A/O estabilizada por asfaltenos Colloid Stability and Application in Pharmacy, T. F. Tadros, Ed., Wiley-VCH Publ. Weinheim, 2007, pp Binks, B. P., Particles, Curr. Opin. Colloid Interface Sci., (2009), v.14, p

24 Aumento da viscosidade da fase continua Adição de um espessante Retarda a coalescência Dificulta o carregamento da emulsão

25 Advanced Nanoemulsions Michael M. Fryd and Thomas G. Mason Annu. Rev. Phys. Chem : The Annual Review of Physical Chemistry is online at physchem.annualreviews.org This article s doi: /annurev-physchem