Veden ja öljyn sekoitus: pinta-aktiivisia aineita ei tarvita – Physics World

Öljy ja vesi eivät tunnetusti sekoitu – ainakaan ilman pinta-aktiivisen aineen, kuten saippuan, lisäämistä, jotta ne saadaan stabiiliksi yhdistelmäksi. Nyt ranskalaiset ja yhdysvaltalaiset tutkijat ovat kuitenkin kääntäneet tämän tavanomaisen viisauden päälaelleen osoittamalla, että he voivat itse asiassa sekoittaa ilman pinta-aktiivista ainetta. Löydöksellä voi olla laajakantoisia vaikutuksia teollisuuteen, joka käyttää runsaasti tällaisia ​​seoksia, mukaan lukien elintarvike-, kosmetiikka-, terveys-, maali- ja pakkaukset.

Kahden sekoittumattoman nesteen, kuten veden ja öljyn, seos tunnetaan emulsiona. Kun emulsiota ravistellaan voimakkaasti, yksi sen komponenteista voi dispergoida pieniksi pisaroiksi toisessa. Mutta jos emulsio jätetään seisomaan, sen komponentit erottuvat aina uudelleen.

Tämän erottamisen päätekijä on se, että kun kunkin nesteen pisarat siirtyvät lähemmäksi toisiaan, ne sulautuvat yhä suuremmiksi pisaroiksi. Tämän estämiseksi voidaan lisätä kolmas komponentti, joka on amfifiilinen, mikä tarkoittaa, että sillä on affiniteetti seoksen kahden komponentin väliseen rajapintaan. Nykypäivän teolliset emulsiot perustuvat tällaisten materiaalien käyttöön, joita kutsutaan pinta-aktiivisiksi aineiksi. Monet pinta-aktiiviset aineet ovat kuitenkin myrkyllisiä sekä ihmisille että ympäristölle. Niiden käytön vähentäminen (tai niistä luopuminen kokonaan) olisi siksi erittäin hyödyllistä.

Intuitiivisen vastainen ilmiö

Uusimmassa työssä tutkijat Colloïdes et Matériaux Divisés Laboratory klo ESPCI Pariisissa, Ranskassa; ranskalainen yritys Calyxia, joka on erikoistunut biohajoavien mikrokapseleiden suunnitteluun ja valmistukseen; ja Harvardin yliopisto Yhdysvalloissa tutkittiin seoksia, jotka koostuivat pelkästään vedestä ja erilaisista öljyistä. Näissä normaalisti sekoittumattomissa seoksissa he havaitsivat ultraohuita, mutta epänormaalin stabiileja öljykalvoja, jotka ilmestyivät spontaanisti dispergoituneiden vesipisaroiden väliin.

"Tämä ilmiö indusoi järjestelmällisesti pisaroiden välistä adheesiota ja estää niitä sulautumasta yhteen, jolloin voimme hajottaa suuria määriä vettä (80 tilavuusprosenttia tai enemmän) öljyyn", selittää. Jérôme Bibette, kemian fyysikko ja ESPCI-laboratorion johtaja, joka johti tutkimusta.

Vakaa useita viikkoja

Ilmiö, josta kerrotaan tarkemmin tiede, toimii parhaiten erittäin polaarisille öljyille, jotka sisältävät sekä hydrofiilisiä että hydrofobisia komponentteja ja joilla on korkea molekyylipaino. Nämä kriteerit eivät sisällä alifaattisia hiilivetyjä, kuten metaania ja polyeteeniä, mutta sisältävät öljyt, jotka sisältävät vuorotellen happi- ja hiiliatomeja – luokka, joka kattaa kaikki kasviöljyt.

Tutkijat havaitsivat, että nämä öljyt voivat muuttaa kokoonpanoaan heti, kun ne ovat suljettuina kahden vesipisaran väliin "valitsemalla" ensisijaisesti sijoittaakseen hydrofiiliset osansa vettä kohti ja hydrofobiset osat poispäin siitä. "Hydrofobisten osien affiniteetin aiheuttama ultraohut liimakalvo kehittyy spontaanisti heti, kun kaksi rajapintaa lähestyvät", Bibette sanoo. "Kalvo saavuttaa sitten valtavan viskositeetin samalla kun se vähentää rajapinnan vapaata energiaa - mikä ilmenee veden ja öljypisaroiden tarttuessa yhteen."

Tällaista spontaania geeliytymistä kahden sekoittumattoman nesteen välillä ei ollut koskaan ennen havaittu, hän lisää.

Koska useimmat kasviöljyt voidaan polymeroida, niiden yhdistäminen veteen voisi antaa tutkijoille mahdollisuuden valmistaa täysin biohajoavia polymeerimateriaaleja. Bibettelle yksi ilmeisimmistä mieleen jäävistä sovelluksista on biohajoavat kapselit esimerkiksi kosmetiikka- ja tuoksuteollisuudelle.

Tekniikka voisi myös antaa tutkijoille mahdollisuuden luoda uudentyyppisiä muoveja, jotka sisältävät biohajoavia polymeerejä ja jopa 90 tilavuusprosenttia vettä, hän kertoo. Fysiikan maailma. "Molemmat faasit voitaisiin tehdä (ja valvoa olevan) homogeenisia koko seoksessa, mikä voisi antaa meille mahdollisuuden tuottaa ainutlaatuista kaksijatkuvaa, rinnakkain hydrofiilistä ja hydrofobista materiaalia", hän sanoo. "Tällä voisi olla sovelluksia niinkin monipuolisilla aloilla kuin kudostekniikka, biohajoavat pakkaukset ja muovien korvaamiseen käytettävät materiaalit yleensä."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/mixing-water-and-oil-no-surfactants-needed/