Emulsja typu woda w wodzie
Emulsja woda w wodzie (W/W) to układ składający się z kropelek solwatowanych w wodzie cząsteczek w innym ciągłym roztworze wodnym; zarówno faza kropelkowa, jak i ciągła zawierają różne cząsteczki, które są całkowicie rozpuszczalne w wodzie. Jako takie, gdy miesza się dwa całkowicie wodne roztwory zawierające różne cząsteczki rozpuszczalne w wodzie, kropelki wody zawierające głównie jeden składnik są rozpraszane w wodnym roztworze zawierającym inny składnik. Ostatnio wykazano, że taka emulsja typu woda w wodzie jest stabilna od koalescencji poprzez oddzielenie różnych typów nieamfifilowych , ale rozpuszczalne w wodzie interakcje molekularne. Te interakcje molekularne obejmują wiązanie wodorowe , układanie pi i mostkowanie soli . Ta emulsja w/w powstała, gdy różne solwatowane w wodzie molekularne grupy funkcyjne zostały segregowane w wodnej mieszaninie składającej się z polimeru i ciekłych kryształów .
Ta emulsja typu woda w wodzie składa się z ciekłych kryształów zawieszonych w postaci solwatowanych w wodzie kropelek rozproszonych w roztworze polimeru, którego rozpuszczalnikiem jest również woda. Ciekłokrystalicznym składnikiem emulsji jest glikolan disodowy kromoliny (DSCG). Ta cząsteczka jest lekiem przeciwastmatycznym, ale istnieje również jako specjalny rodzaj ciekłego kryształu, gdy stężenie DSCG wynosi ~9-21% wagowych. W przeciwieństwie do konwencjonalnych liotropowych ciekłych kryształów, które składają się z oleistych cząsteczek, takich jak 5CB , cząsteczki DSCG nie są amfifilowe, ale całkowicie rozpuszczalne w wodzie. Tak więc rozdział hydrofobowy / hydrofilowy grup nie można zastosować do DSCG. Roztwór polimeru służy jako faza pośrednia lub faza ciągła emulsji w/w. Oprócz tego, że jest rozpuszczalny w wodzie, jednym z ważnych kryteriów wytwarzania tego układu emulsji w/w jest to, że polimer nie może zawierać grup funkcyjnych, które silnie oddziałują z DSCG. Jako taki polimer jonowy po zmieszaniu z DSCG nie tworzy emulsji w/w, ale tworzy jednorodny roztwór lub roztwór osadu. W konsekwencji, znane polimery dające emulsję w/w obejmują poliakrylamidy i poliole . Nieoczekiwanie, niektóre z tych emulsji typu woda w wodzie mogą być wyjątkowo odporne na koalescencję przez okres 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 kropelki solwatowane wodą w emulsji aw/w, cząsteczki DSCG ustawiałyby się w preferowanym kierunku na powierzchni kropelki. Aby zminimalizować całkowitą energię układu, cząsteczki DSCG w kropli preferują ustawienie równoległe lub prostopadłe do powierzchni kropelek (ryc. 4A, B).
Stabilność tej emulsji woda w wodzie z koalescencji przypisuje się trzem siłom molekularnym:
1. Rozdzielenie różnych sił molekularnych na początku tworzenia się kropel. Podobne siły mają tendencję do pozostawania razem: pi-stacking i salt bridge to dwie dominujące siły w fazie kropelek ciekłokrystalicznych, podczas gdy wiązanie wodorowe rządzi w ciągłej fazie polimeru.
2. Wraz ze wzrostem wielkości kropel, interakcje molekularne na granicy faz kropelek i fazy ciągłej stają się silniejsze dzięki wielowartościowym interakcjom. Wzmocnienie międzyfazowych oddziaływań molekularnych w emulsjach w/w powoduje powstanie warstwy polimeru, która powleka powierzchnię kropelki, co w konsekwencji zapobiega zlepianiu się kropelek.
3. Ponadto sugeruje się również, że gdy dwie kropelki 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 kropla 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 dyspergowanego polimeru liotropowego Ciekłe kryształy, gdzie liotropowym ciekłym kryształem są cząsteczki DSCG solwatowane w wodzie. Tradycyjne PDLC znalazły zastosowanie, od przełączanych okien po wyświetlacze projekcyjne. Emulsja woda-w-wodzie liotropowych ciekłych kryształów rozproszonych w polimerze ma potencjał do tworzenia wysoce biofunkcjonalnych materiałów ze względu na zgodność ze strukturą białek.
Inne znane typy emulsji typu woda w wodzie obejmują rozdzielanie różnych biopolimerów w roztworze wodnym.
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., Wpływ sztywności zginania i przepuszczalności międzyfazowej na dynamiczne zachowanie emulsji typu woda w wodzie. Journal of Physical Chemistry B 2006, 110, (7), 3250–3256.
Linki zewnętrzne
1. Mosty solne i przykłady mostów solnych http://www.cryst.bbk.ac.uk/PPS2/projects/day/TDayDiss/SaltBridges.html
2. Samouczek dotyczący ciekłych kryształów http://outreach.lci.kent.edu/
3. Wprowadzenie do polimerowych zdyspergowanych ciekłych kryształów (PDLC)
4. Konfiguracja dropletu PDLC http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/files/pdlc/droplet/droplet.htm