Эмульсия вода-в-воде - Википедия - Water-in-water emulsion

Вода в воде (Вт / Вт) эмульсия представляет собой систему, состоящую из капель водосольватированных молекул в другом непрерывном водном растворе; как капельная, так и непрерывная фаза содержат разные молекулы, которые полностью растворимы в воде.[1] Таким образом, когда смешиваются два полностью водных раствора, содержащих разные водорастворимые молекулы, капли воды, содержащие преимущественно один компонент, диспергируются в водном растворе, содержащем другой компонент.[2] Недавно было продемонстрировано, что такая эмульсия вода-в-воде существует и устойчива к коалесценции путем разделения различных типов неорганических веществ.амфифильный, но водорастворимые молекулярные взаимодействия.[3] Эти молекулярные взаимодействия включают: водородная связь, пи стекинг, и солевой мостик. Эта в / в эмульсия была образована, когда различные водосольватированные молекулярные функциональные группы разделяются в водной смеси, состоящей из полимер и жидкокристаллический молекулы.

Структура динатрия кромолингликата, DSCG

Эта эмульсия вода-в-воде состоит из жидких кристаллов, взвешенных в виде водосольватированных капель, диспергированных в растворе полимера, растворителем которого также является вода. Жидкокристаллическим компонентом эмульсии является динатрий кромолингликат (DSCG). Эта молекула является противоастматическим препаратом, но также существует как особый тип жидких кристаллов, когда концентрация DSCG составляет ~ 9-21% масс. В отличие от обычных лиотропных жидких кристаллов, которые состоят из маслянистых молекул, таких как 5CB, Молекулы DSCG не являются амфифильными, но полностью водорастворимы. Таким образом, разделение гидрофобный /гидрофильный группы не могут быть применены к DSCG. Раствор полимера служит средней или непрерывной фазой эмульсии в / в. Помимо водорастворимости, одним из важных критериев создания этой эмульсионной системы является то, что полимер не может нести функциональные группы, которые сильно взаимодействуют с DSCG. Таким образом, ионный полимер при смешивании с DSCG не образует эмульсию в / в, но дает однородный раствор или раствор осадка. Следовательно, известные полимеры, которые дают в / в эмульсии, включают полиакриловые амиды и полиолы. Удивительно, но некоторые из этих эмульсий вода-в-воде могут быть исключительно стабильными после коалесценции до 30 дней. Поскольку молекулы жидкого кристалла принимают между собой предпочтительную общую ориентацию, общая ориентация жидких кристаллов в капле стабильна только в определенных конфигурациях (рис. 3). Как капельки, сольватированные водой в эмульсии в / в, молекулы DSCG выстраиваются в предпочтительном направлении на поверхности капли. Чтобы минимизировать общую энергию системы, молекулы DSCG в капле предпочитают выстраиваться либо параллельно, либо перпендикулярно поверхностям капель (рис. 4A, B).

Ww1c.png

Стабильность этой эмульсии вода-в-воде от коалесценции объясняется тремя молекулярными силами:

1. Разделение различных молекулярных сил в начале образования капли. Подобные силы имеют тенденцию оставаться вместе: пи-стекинг и образование солевых мостиков являются двумя доминирующими силами в капельной фазе жидкого кристалла, в то время как водородная связь управляет в непрерывной полимерной фазе.

Wwf4a.png
Wwf4b.png

2. По мере увеличения размера капли молекулярные взаимодействия на границе раздела фаз капли и непрерывной фазы усиливаются за счет многовалентный взаимодействия. Усиление межфазных молекулярных взаимодействий в эмульсиях в / в приводит к образованию слоя полимера, который покрывает поверхность капли, что, следовательно, предотвращает слипание капель вместе.

3. Кроме того, также предлагается, чтобы при слиянии двух жидких кристаллических капель (коалесценции) ориентация молекул жидких кристаллов в двух сливающихся каплях должна изменяться, чтобы «адаптироваться» друг к другу, и, таким образом, вызывать потерю энергии, которая предотвращает возникновение коалесценции.

Эта эмульсия w / w также представляет новый класс жидких кристаллов с дисперсией полимеров (PDLC). Традиционно известный PDLC состоит из эмульсии масло-в-воде, где масляная капля представляет собой термотропный жидкий кристалл, такой как 4-пентил-4'-цианобифенил (5CB), а водная фаза содержит определенные полимеры. Для сравнения, эта эмульсия вода-в-воде состоит из полимерно-дисперсной Лиотропный Жидкие кристаллы, где лиотропный жидкий кристалл представляет собой молекулы DSCG, сольватированные в воде. Традиционные PDLC нашли свое применение, от переключаемых окон до проекционных дисплеев. Эмульсия вода-в-воде лиотропных жидких кристаллов, диспергированных в полимере, имеет потенциал для создания высокобио-функциональных материалов из-за ее совместимости со структурой белка.

Другие известные типы эмульсий вода-в-воде включают разделение различных биополимеров в водном растворе.

Рекомендации

  1. ^ Б. Т. Нгуен; Т. Николай и Л. Беняхиа (2013). «Стабилизация эмульсий вода-в-воде путем добавления частиц белка». Langmuir. 23 (3): 1453–1458. Дои:10.1021 / la402131e. PMID  23895275.
  2. ^ И. Капрон; С. Косте и М. Джабуров (2001). «Вода в водных эмульсиях: разделение фаз и реология растворов биополимеров». Rheologica Acta. 40 (5): 441–456. Дои:10.1007 / s003970100161.
  3. ^ К. А. Саймон; П. Сейвал; Р. Б. Герехт и Ю.-Й. Лук (2007). «Эмульсии вода-в-воде, стабилизированные неамфифильными взаимодействиями: лиотропные жидкие кристаллы, диспергированные в полимере». Langmuir. 40 (5): 441–456. Дои:10.1021 / la062203s.

4. (а) Терентьев, Э. М. Europhys. Lett. 1995, 32, 607–612. (b) Poulin, P .; Старк, H .; Любенский, Т. С .; Вайц, Д. А. Наука 1997, 275, 1770–1773.

5. Scholten, E .; Sagis, L.M.C .; Ван дер Линден Э. Влияние жесткости на изгиб и межфазной проницаемости на динамическое поведение эмульсий вода-в-воде. Журнал физической химии B 2006, 110, (7), 3250–3256.

внешняя ссылка

1. Солевые мосты и пример солевых мостиков. http://www.cryst.bbk.ac.uk/PPS2/projects/day/TDayDiss/SaltBridges.html

2. Учебное пособие по жидким кристаллам. http://outreach.lci.kent.edu/

3. Введение в полимерные диспергированные жидкие кристаллы (PDLC)

4. Конфигурация капель PDLC. http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/files/pdlc/droplet/droplet.htm