Pickering-Emulsion

Pickering-Emulsionen sind Emulsionen, bei denen die Phasengrenzfläche durch feste Partikel stabilisiert wird.

Geschichte

Der Namensgeber S.U. Pickering war der zweite, der diesen Effekt beschrieben hat. Im Jahr 1903 beschrieb W. Ramsden erstmals Oberflächeneffekte, die die Stabilisierung von Grenzflächen durch feste Partikel, z. B. Tierkohle, kolloidalen Schwefel oder suspendierte Pikrinsäure, einschließt. Pickering beschrieb 1907 Emulsionen von Kerosin oder Paraffin, die mit Feststoffen wie Brandkalk, gefälltem Kalk, gefällter Kieselsäure oder gebranntem Gips stabilisiert werden.

Grundprinzip

Kontaktwinkel unterschiedlicher Feststoffe

Bei Pickering-Emulsionen werden klassische Tenside – die durch einen hydrophoben und hydrophilen Teil im Molekül charakterisiert sind –, durch Partikel ersetzt, die irreversibel an den Grenzflächen adsorbiert werden und dadurch besonders koaleszenzstabile Emulsionen bilden können. Während bei klassischen Emulgatoren die Frage, ob sie eher zu Öl oder zu Wasser tendieren, von der Balance zwischen Hydrophilie und Lipophilie (ausgedrückt durch den HLB-Wert) abhängt, bestimmt bei Partikeln der Kontaktwinkel, ob das Partikel mehr von der Ölphase oder mehr von der Wasserphase benetzt wird, daraus bestimmt sich auch die Krümmung der Phasengrenzfläche. Die Phase, die die Partikel schlechter benetzt, wird zur dispersen (inneren) Phase. Die Viskosität von Pickering-Emulsionen kann durch den Zusatz von Elektrolyten gesteuert werden.

Phasengrenzfläche
Krümmung der Phasengrenzfläche in Abhängigkeit vom Kontaktwinkel

Nichtwässrige Emulsionen mit z. B. PEG 300 als kontinuierliche Phase und Paraffinöl als disperse Phase werden mit partiell hydrophobierten Kieselsäurepartikeln formuliert. Multiple Emulsionen können ebenfalls durch Partikel stabilisiert werden.

Herstellungsverfahren

Für die Herstellung von Pickering-Emulsionen sind verschiedene Verfahren und Geräte vorgeschlagen bzw. beschrieben worden:

Geeignete Stabilisatoren

Beispiele für geeignete Stabilisatoren:

Mit partiell hydrophobierten Kieselsäuren kann man durch den Grad der Oberflächenmodifizierung die Eigenschaften zur Stabilisierung von Emulsionen anpassen und steuern, ob eine Öl in Wasser oder Wasser in Öl Emulsion gebildet wird. Durch die Verwendung von Kieselsäuren mit unterschiedlichem Hydrophobierungsgrad sind multiple Emulsionen zugänglich.

Disperse Phasen in Pickering-Emulsionen

Als disperse Phasen können praktisch alle mit Wasser (oder einen andern kontinuierlichen Phase) nicht mischbaren Flüssigkeiten dienen. Beispiele sind

Anwendungen

Beispiele für Anwendungen von Pickering-Emulsionen:

Literatur

Einzelnachweise

  1. 1 2 W. Ramsden: Separation of solids in the surface-layers of solutions and ‘suspensions’ (observations on surface-membranes, bubbles, emulsions, and mechanical coagulation).—Preliminary account. In: Proceedings of the Royal Society of London. Band 72, Nr. 477-486, 31. Januar 1904, S. 156–164, doi:10.1098/rspl.1903.0034 (englisch).
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