Emulsja typu woda w wodzie - Water-in-water emulsion
Emulsja typu woda w wodzie (W / W) to układ składający się z kropelek cząsteczek solwatowanych w wodzie w innym ciągłym roztworze wodnym; zarówno faza kropelkowa, jak i ciągła zawierają różne cząsteczki, które są całkowicie rozpuszczalne w wodzie. W związku z tym, gdy miesza się dwa całkowicie wodne roztwory zawierające różne cząsteczki rozpuszczalne w wodzie, kropelki wody zawierające głównie jeden składnik są zdyspergowane w roztworze wodnym zawierającym inny składnik. Niedawno wykazano, że taka emulsja typu woda w wodzie istnieje i jest stabilna od koalescencji poprzez oddzielenie różnych rodzajów nieamfifilowych , ale rozpuszczalnych w wodzie oddziaływań molekularnych. Te interakcje molekularne obejmują wiązania wodorowe , układanie pi i mostkowanie solne . Ta emulsja w / w została wytworzona, gdy różne solwatowane wodą molekularne grupy funkcyjne rozdzielają się w wodnej mieszaninie składającej się z polimeru i cząsteczek ciekłokrystalicznych .
Ta emulsja typu woda w wodzie składa się z ciekłych kryształów zawieszonych w postaci solwatowanych w wodzie kropelek zdyspergowanych w roztworze polimeru, którego rozpuszczalnikiem jest również woda. Ciekłokrystalicznym składnikiem emulsji jest disodium cromolyn glycate (DSCG). Ta cząsteczka jest lekiem przeciwastmatycznym, ale istnieje również jako specjalny rodzaj ciekłego kryształu, gdy stężenie DSCG wynosi ~ 9-21% wag. W przeciwieństwie do konwencjonalnych liotropowych ciekłych kryształów, które składają się z olejowych cząsteczek, takich jak 5CB , cząsteczki DSCG nie są amfifilowe, ale całkowicie rozpuszczalne w wodzie. Zatem rozdzielenie grup hydrofobowych / hydrofilowych nie może być zastosowane do DSCG. Roztwór polimeru służy jako średnia lub ciągła faza emulsji w / w. Oprócz tego, że jest rozpuszczalny w wodzie, jednym z ważnych kryteriów tworzenia tego układu emulsji w / w jest to, że polimer nie może mieć grup funkcyjnych, które silnie oddziałują z DSCG. Jako taki, polimer jonowy po zmieszaniu z DSCG nie tworzy emulsji w / w, ale powoduje powstanie jednorodnego roztworu lub roztworu osadu. W konsekwencji, znane polimery, które dają emulsję w / w, obejmują poliakryloamidy i poliole . Zaskakujące jest, że niektóre z tych emulsji typu woda w wodzie mogą być wyjątkowo trwałe od koalescencji do 30 dni. Ponieważ cząsteczki ciekłego kryształu przyjmują między sobą preferowaną wspólną orientację, ogólna orientacja ciekłych kryształów w kropli jest stabilna tylko w pewnych konfiguracjach (ryc. 3). Jako solwatowane wodą kropelki w emulsji w / w, cząsteczki DSCG ustawiałyby się w preferowanym kierunku na powierzchni kropelki. Aby zminimalizować całkowitą energię układu, cząsteczki DSCG w kropli wolą ustawić równolegle lub prostopadle do powierzchni kropelek (Rys. 4A, B).
Stabilność tej emulsji typu woda w wodzie podczas koalescencji przypisuje się trzem siłom molekularnym:
1. Oddzielenie różnych sił molekularnych na początku tworzenia się kropelek. Podobne siły zwykle pozostają razem: pi-stacking i solne mostki to dwie dominujące siły w fazie ciekłokrystalicznej, podczas gdy wiązanie wodorowe rządzi w ciągłej fazie polimeru.
2. Wraz ze wzrostem wielkości kropel, oddziaływania molekularne na granicy faz fazy kropelkowej i fazy ciągłej stają się silniejsze w wyniku oddziaływań wielowartościowych . Wzmocnienie międzyfazowych oddziaływań molekularnych w emulsjach w / w powoduje utworzenie warstwy polimeru pokrywającej powierzchnię kropli, co w konsekwencji zapobiega zlepianiu się kropelek.
3. Ponadto proponuje się również, że gdy dwie krople ciekłokrystaliczne łączą się (koalescencja), orientacja cząsteczek ciekłokrystalicznych w dwóch łączących się kropelkach musi się zmienić, aby „dostosować się” do siebie, a tym samym ponieść karę energetyczną, która zapobiega występowanie koalescencji.
Ta emulsja w / w reprezentuje również nową klasę ciekłych kryształów zdyspergowanych w polimerach (PDLC). Tradycyjnie znany PDLC składa się z emulsji typu olej w wodzie, w której oleista kropelka jest termotropowym ciekłym kryształem, takim jak 4-pentylo-4'-cyjanobifenyl (5CB), a faza wodna zawiera pewne polimery. Dla porównania, ta emulsja typu woda w wodzie składa się z liotropowych ciekłych kryształów zdyspergowanych polimerowo , gdzie liotropowy ciekły kryształ to cząsteczki DSCG solwatowane w wodzie. Tradycyjne PDLC znalazły zastosowanie, od przełączalnych okien po wyświetlacze projekcyjne. Emulsja typu woda w wodzie liotropowych ciekłych kryształów zdyspergowanych w polimerze ma potencjał tworzenia wysoce biofunkcjonalnych materiałów ze względu na ich kompatybilność ze strukturą białek.
Inne znane typy emulsji typu woda w wodzie obejmują rozdzielanie różnych biopolimerów w roztworze wodnym.
Bibliografia
4. a) Terentjev, EM Europhys. Łotysz. 1995, 32, 607–612. (b) Poulin, P .; Stark, H .; Lubensky, TC; Weitz, DA Science 1997, 275, 1770-1773.
5. Scholten, E .; Sagis, LMC; Van der Linden, E., Effect of Bending Rigidity and Interfacial Permeability on the Dynamical Behavior of Water-in-Water Emulsions. Journal of Physical Chemistry B 2006, 110, (7), 3250–3256.
Linki zewnętrzne
1. Mosty solne i przykład mostów solnych http://www.cryst.bbk.ac.uk/PPS2/projects/day/TDayDiss/SaltBridges.html
2. Samouczek na temat ciekłych kryształów http://outreach.lci.kent.edu/
3. Wprowadzenie do ciekłych kryształów zdyspergowanych w polimerach (PDLC)
4. Konfiguracja kropli http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/files/pdlc/droplet/droplet.htm PDLC