Mikroemülsiyon - Microemulsion

Mikroemülsiyonlar , genellikle bir yardımcı yüzey aktif madde ile kombinasyon halinde, yağ, su ve yüzey aktif maddenin berrak, termodinamik olarak kararlı izotropik sıvı karışımlarıdır . Sulu faz tuz (lar) ve/veya başka bileşenler içerebilir ve "yağ" aslında farklı hidrokarbonların karmaşık bir karışımı olabilir . Sıradan emülsiyonların aksine , bileşenlerin basit bir şekilde karıştırılmasıyla mikroemülsiyonlar oluşur ve genellikle sıradan emülsiyonların oluşumunda kullanılan yüksek kesme koşullarını gerektirmez . Üç temel mikroemülsiyon türü, doğrudan (suda dağılmış yağ, o/w), ters (yağda dağılmış su, s/o) ve iki süreklidir.

Bir yüzey aktif madde ile iki karışmaz fazın (su ve 'yağ') mevcut olduğu mikroemülsiyonlar gibi üçlü sistemlerde, yüzey aktif madde molekülleri yağ ve su arasındaki arayüzde bir tek tabaka oluşturabilir , yüzey aktif madde moleküllerinin hidrofobik kuyrukları içinde çözünmüş halde bulunur. sulu fazda yağ fazı ve hidrofilik baş grupları.

IUPAC tanımı
Mikro emülsiyon : Yaklaşık 1 ila 100 nm, genellikle 10 ila 50 nm arasında değişen dağılmış alan çapına sahip izotropik ve termodinamik olarak kararlı bir sistem olan su, yağ ve yüzey aktif madde(ler)den oluşan dispersiyon.

Not 1 : Bir mikro emülsiyonda, dağılmış fazın alanları ya küreseldir ya da birbirine bağlıdır (iki sürekli bir mikro emülsiyon elde etmek için).

Not 2 : Makro emülsiyonda (genellikle “ emülsiyon ” olarak anılır) damlacıkların ortalama çapı bir milimetreye yakındır (yani 10 −3 m). Bu nedenle, mikro aracı 10 yana -6 emülsiyon dağılmış fazın damlacıkları yakın 10 çaplara sahip olduğunu gösterir -3 m, mikro-emülsiyon olarak dağılmış faz büyüklüğü aralığına sahip bir sistem anlamına gelir 10 -6 x 10 - 3 m = 10 -9 m menzil.

Not 3 : “Mikro emülsiyon” terimi özel bir anlam kazanmıştır. Dağılmış fazın varlıkları genellikle yüzey aktif madde ve/veya yüzey aktif madde-ortak yüzey aktif madde (örneğin, alifatik alkol) sistemleri ile stabilize edilir.

Not 4 : "Yağ" terimi, suda çözünmeyen herhangi bir sıvıyı ifade eder.

Mikro-emülsiyon polimerizasyon : emülsiyon polimerizasyonu da başlangıç sistemi olup , mikro-emülsiyon ve son lateks, sulu bir ortam içinde disperse polimerin koloidal parçacıklar içerir.

Not : Mikro emülsiyon polimerizasyonunda oluşan polimer parçacıklarının çapları genellikle 10 ile 50 nm arasındadır.

kullanır

Mikroemülsiyonların ticari olarak önemli birçok kullanımı vardır:

Bu sistemler üzerinde yapılan çalışmaların çoğu, gelişmiş petrol geri kazanımı için gözenekli kumtaşı içinde tutulan petrolü harekete geçirmek için olası kullanımları tarafından motive edilmiştir . Bu sistemlerin kullanılmasının temel bir nedeni, bir mikroemülsiyon fazının bazen ayrı bir yağ veya sulu faz ile ultra düşük bir ara yüzey gerilimine sahip olmasıdır; bu, yavaş akış veya düşük basınç gradyanları koşullarında bile onları katı fazlardan salabilir veya harekete geçirebilir.

Mikroemülsiyonların endüstriyel uygulamaları da vardır, bunlardan biri polimerlerin sentezidir . Mikroemülsiyon polimerizasyonu , sulu ve organik fazlar arasında monomerlerin, serbest radikallerin ve diğer türlerin (zincir transfer maddesi, yardımcı yüzey aktif madde ve inhibitörler gibi) taşınmasının gerçekleştiği karmaşık heterojen bir işlemdir. Diğer heterojen polimerizasyon işlemleriyle (süspansiyon veya emülsiyon) karşılaştırıldığında mikroemülsiyon polimerizasyonu daha karmaşık bir sistemdir. Polimerizasyon hızı, fazlar arasında monomer bölünmesi, partikül çekirdeklenmesi ve radikallerin adsorpsiyonu ve desorpsiyonu ile kontrol edilir. Partikül stabilitesi, sürfaktan miktarı ve tipinden ve dispersiyon ortamının pH'ından etkilenir. Nanopartiküller oluşturma sürecinde de kullanılır.

Mikroemülsiyon polimerizasyonunun kinetiği, en karakteristik özelliği partiküllerin içinde büyüyen radikallerin birbirinden ayrıldığı, böylece sonlandırmayı büyük ölçüde bastırdığı ve sonuç olarak, bölümlendirme olan emülsiyon polimerizasyon kinetiği ile çok ortak noktaya sahiptir. yüksek oranda polimerizasyon sağlar.

teori

Yıllar boyunca mikroemülsiyon oluşumu, stabilite ve faz davranışı ile ilgili çeşitli teoriler önerilmiştir. Örneğin, termodinamik kararlılıklarının bir açıklaması, yağ/su dağılımının mevcut yüzey aktif madde tarafından stabilize edilmesi ve bunların oluşumunun, parametre olarak eğriliği ve katılığı içeren yağ/su ara yüzeyindeki yüzey aktif madde filminin elastik özelliklerini içermesidir. filmin. Bu parametreler, varsayılan veya ölçülmüş bir basınç ve/veya sıcaklık bağımlılığına (ve/veya sulu fazın tuzluluğuna) sahip olabilir ve bu, mikroemülsiyonun stabilite bölgesini çıkarmak için veya bir arada bulunan üç fazın meydana geldiği bölgeyi tasvir etmek için kullanılabilir. , Örneğin. Birlikte var olan bir yağ veya sulu faz ile mikroemülsiyonun arayüzey geriliminin hesaplamaları da genellikle özel bir odak noktasıdır ve bazen formülasyonlarını yönlendirmek için kullanılabilir.

Tarih ve terminoloji

Mikroemülsiyon terimi ilk olarak 1943'te Cambridge Üniversitesi'nde kimya profesörleri olan TP Hoar ve JH Shulman tarafından kullanılmıştır . Bu sistemler için genellikle şeffaf emülsiyon , şişmiş misel , misel çözeltisi ve çözünür yağ gibi alternatif isimler kullanılır . Daha da kafa karıştırıcı bir şekilde, mikroemülsiyon terimi, bir yağ, su ve yüzey aktif madde karışımı olan tek izotropik faza veya bir arada bulunan ağırlıklı olarak yağ ve/veya sulu fazlar ile dengede olana veya hatta diğer izotropik olmayan fazlara atıfta bulunabilir. . (Su / yüzey aktif madde veya bir yağ / yüzey aktif madde) iki bileşenli sistemlerde olduğu gibi, farklı türde kendi kendini monte yapılar (ters) küresel ve silindirik, örneğin, değişen oluşturulabilir miseller için katmanlı bir arada olabilir fazlar ve iki-sürekli olmakta mikroemülsiyonlar, ağırlıklı olarak yağ veya sulu fazlar.

Faz diyagramları

Mikroemülsiyon alanları genellikle üçlü faz diyagramlarının oluşturulmasıyla karakterize edilir. Bir mikroemülsiyon oluşturmak için temel gereksinim üç bileşendir: iki karışmaz sıvı ve bir yüzey aktif madde. Mikroemülsiyonların çoğu, karışmaz sıvı çiftleri olarak yağ ve su kullanır. Bir yardımcı yüzey aktif madde kullanılırsa, bazen yüzey aktif maddeye sabit bir oranda tek bir bileşen olarak temsil edilebilir ve tek bir "sözde bileşen" olarak işlem görebilir. Bu üç bileşenin nispi miktarları bir üçlü faz diyagramında gösterilebilir . Gibbs faz diyagramları, farklı fazların hacim kesirlerindeki değişikliklerin sistemin faz davranışı üzerindeki etkisini göstermek için kullanılabilir.

Sistemi oluşturan üç bileşenin her biri, karşılık gelen hacim fraksiyonlarının %100 olduğu üçgenin tepesinde bulunur. Bu köşeden uzaklaşmak, o belirli bileşenin hacim oranını azaltır ve diğer iki bileşenden birinin veya her ikisinin hacim oranını arttırır. Üçgen içindeki her nokta , bir, iki veya üç fazdan (ideal olarak, Gibbs'in faz kuralına göre ) oluşabilen üç bileşenin veya sözde bileşenlerin bir karışımının olası bir bileşimini temsil eder . Bu noktalar, sabit sıcaklık ve basınçta sistemin "faz davranışını" temsil eden, aralarında sınırlar bulunan bölgeler oluşturmak üzere birleşir.

Bununla birlikte Gibbs faz diyagramı, sistemin durumunun ampirik bir görsel gözlemidir ve belirli bir bileşim içindeki gerçek faz sayısını ifade edebilir veya göstermeyebilir. Görünürde berrak tek fazlı formülasyonlar yine de birden çok izotropik fazdan oluşabilir (örneğin, görünüşte berrak heptan/ AOT /su mikroemülsiyonları birden çok fazdan oluşur). Bu sistemler diğer fazlar ile dengede olabildiğinden, birçok sistem, özellikle her iki karışmaz fazın yüksek hacim fraksiyonlarına sahip olanlar, bu dengeyi değiştiren herhangi bir şeyle, örneğin yüksek veya düşük sıcaklık veya yüzey gerilimi değiştirici ajanların eklenmesiyle kolayca kararsızlaştırılabilir.

Bununla birlikte, nispeten kararlı mikroemülsiyonların örnekleri bulunabilir. Araba motor yağlarında biriken asitin giderilmesine yönelik mekanizmanın, düşük su fazı hacmi, yağ içinde su (w/o) mikroemülsiyonlarını içerdiğine inanılmaktadır. Teorik olarak, sulu asit damlacıklarının motor yağı boyunca yağdaki mikro dağılmış kalsiyum karbonat parçacıklarına taşınması, sulu damlacıklar tek bir hidrojen iyonu taşıyacak kadar küçük olduğunda en verimli olmalıdır (damlacıklar ne kadar küçükse, asitli su sayısı o kadar fazladır) damlacıklar, daha hızlı nötralizasyon). Bu tür mikroemülsiyonlar, makul ölçüde geniş bir yüksek sıcaklık aralığında muhtemelen çok kararlıdır.

Referanslar

bibliyografya

  • Prince, Leon M., Teori ve Uygulama Akademik Basında Mikroemülsiyonlar (1977) ISBN  0-12-565750-1 .
  • Rosano, Henri L ve Clausse, Marc, eds., Mikroemülsiyon Sistemleri (Surfaktan Bilimi Serisi) Marcel Dekker, Inc. (1987) ISBN  0-8247-7439-6