การผสมน้ำและน้ำมัน: ไม่ต้องใช้สารลดแรงตึงผิว – Physics World

การผสมน้ำและน้ำมัน: ไม่ต้องใช้สารลดแรงตึงผิว – Physics World

ประทับเวลา: 24 เมษายน 2024 7:00 น


ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของคอลเลกชันของทรงกลมหลายแกน
การผสม: การใช้น้ำมันที่สามารถเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์ได้ทำให้สามารถสร้างวัสดุใหม่ที่มีความบริสุทธิ์สูงโดยไม่ต้องใช้ตัวทำละลายหรือสารลดแรงตึงผิวใดๆ ตัวอย่างเช่น ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของน้ำมันพืชถั่วเหลืองอะคริเลต แสดงกลุ่มของทรงกลมหลายแกน (เอื้อเฟื้อโดย: เจ บิเบตต์)

เป็นที่รู้กันว่าน้ำมันและน้ำไม่สามารถผสมกันได้ อย่างน้อยก็ไม่ต้องเติมสารลดแรงตึงผิว เช่น สบู่ เพื่อชักชวนให้เกิดส่วนผสมที่เสถียร อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน นักวิจัยในฝรั่งเศสและสหรัฐอเมริกาได้เปลี่ยนภูมิปัญญาดั้งเดิมนี้ด้วยการแสดงให้เห็นว่า จริงๆ แล้ว พวกเขาสามารถผสมได้โดยไม่ต้องใช้สารลดแรงตึงผิว การค้นพบนี้อาจมีผลกระทบในวงกว้างต่ออุตสาหกรรมที่ใช้ส่วนผสมดังกล่าวอย่างหนัก รวมถึงอาหาร เครื่องสำอาง สุขภาพ สี และบรรจุภัณฑ์ และอื่นๆ อีกมากมาย

ส่วนผสมของของเหลวสองชนิดที่ไม่สามารถผสมกันได้ เช่น น้ำและน้ำมัน เรียกว่าอิมัลชัน เมื่อเขย่าอิมัลชันแรงๆ ของเหลวที่เป็นส่วนประกอบของอิมัลชันอาจกระจายตัวเป็นหยดเล็กๆ ภายในอีกหยดหนึ่ง แต่หากปล่อยให้อิมัลชันคงอยู่ ส่วนประกอบต่างๆ ของอิมัลชันก็จะแยกออกจากกันอีกครั้ง

ปัจจัยขับเคลื่อนหลักของการแยกนี้คือเมื่อหยดของของเหลวแต่ละชนิดเคลื่อนเข้าใกล้กัน พวกมันจะรวมตัวกันเป็นหยดที่ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ เพื่อป้องกันสิ่งนี้ ส่วนประกอบที่สามอาจถูกเพิ่มเข้าไปซึ่งเป็นแอมฟิฟิลิก ซึ่งหมายความว่ามันมีความสัมพันธ์ต่อส่วนต่อประสานระหว่างส่วนประกอบทั้งสองของส่วนผสม อิมัลชันทางอุตสาหกรรมในปัจจุบันอาศัยการใช้วัสดุดังกล่าว ซึ่งเรียกว่าสารลดแรงตึงผิว อย่างไรก็ตาม สารลดแรงตึงผิวหลายชนิดเป็นพิษต่อทั้งมนุษย์และสิ่งแวดล้อม การลดการใช้ (หรือเลิกใช้ไปเลย) จึงจะเป็นประโยชน์อย่างมาก

ปรากฏการณ์ต่อต้านสัญชาตญาณ

ในงานล่าสุดนักวิจัยจาก ห้องทดลองของ Colloïdes และ Matériaux Divisés ที่ อีเอสพีไอ ในปารีส ประเทศฝรั่งเศส; บริษัทฝรั่งเศส คาลิเซียซึ่งเชี่ยวชาญด้านการออกแบบและการผลิตไมโครแคปซูลที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และ มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ ในสหรัฐอเมริกาได้ศึกษาส่วนผสมที่ประกอบด้วยน้ำและน้ำมันประเภทต่างๆ เท่านั้น ภายในสารผสมที่ไม่สามารถผสมรวมกันได้เหล่านี้ พวกเขาสังเกตเห็นฟิล์มน้ำมันที่บางเฉียบแต่มีความคงตัวผิดปกติปรากฏขึ้นตามธรรมชาติระหว่างหยดน้ำที่กระจัดกระจาย

“ปรากฏการณ์นี้ทำให้เกิดการยึดเกาะระหว่างหยดอย่างเป็นระบบ ในขณะเดียวกันก็ป้องกันไม่ให้หยดรวมตัวกัน ดังนั้นจึงช่วยให้เราสามารถกระจายน้ำในสัดส่วนขนาดใหญ่ (80% โดยปริมาตรหรือมากกว่า) ในน้ำมัน” อธิบาย เจอโรม บิเบตต์นักฟิสิกส์เคมีและผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการ ESPCI ซึ่งเป็นผู้นำการวิจัย

มีเสถียรภาพในช่วงหลายสัปดาห์

ปรากฏการณ์ซึ่งมีรายละเอียดอยู่ใน วิทยาศาสตร์ทำงานได้ดีที่สุดกับน้ำมันที่มีขั้วสูงซึ่งมีส่วนประกอบทั้งที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ และมีน้ำหนักโมเลกุลสูง เกณฑ์เหล่านี้ไม่รวมอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอน เช่น มีเทนและโพลีเอทิลีน แต่รวมถึงน้ำมันที่มีออกซิเจนสลับและอะตอมของคาร์บอน ซึ่งเป็นหมวดหมู่ที่ครอบคลุมน้ำมันพืชทั้งหมด

นักวิจัยพบว่าน้ำมันเหล่านี้สามารถเปลี่ยนโครงร่างได้ทันทีที่น้ำสองหยดถูกกักตัวไว้โดยการ "เลือก" เพื่อให้ส่วนที่ชอบน้ำหันไปทางน้ำและส่วนที่ไม่ชอบน้ำอยู่ห่างจากมันเป็นพิเศษ “ฟิล์มกาวบางเฉียบที่เกิดจากความสัมพันธ์ของชิ้นส่วนที่ไม่ชอบน้ำจะพัฒนาได้เองทันทีที่ส่วนต่อประสานทั้งสองเข้าใกล้” Bibette กล่าว “จากนั้นฟิล์มจะได้รับความหนืดมหาศาลในขณะที่ลดพลังงานอิสระของส่วนต่อประสาน ซึ่งเป็นสิ่งที่แสดงออกมาผ่านหยดน้ำและน้ำมันที่เกาะติดกัน”

เขาเสริมว่าการก่อเจลที่เกิดขึ้นเองระหว่างของเหลวที่ผสมไม่ได้สองชนิดนั้นไม่เคยมีใครสังเกตเห็นมาก่อน

เนื่องจากน้ำมันพืชส่วนใหญ่สามารถเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ได้ เมื่อรวมเข้ากับน้ำอาจทำให้นักวิจัยสามารถผลิตวัสดุโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพได้อย่างสมบูรณ์แบบ สำหรับ Bibette หนึ่งในการใช้งานที่ชัดเจนที่สุดที่นึกถึงคือแคปซูลที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพสำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น เครื่องสำอางและน้ำหอม

เทคนิคนี้ยังช่วยให้นักวิจัยสามารถสร้างพลาสติกชนิดใหม่ซึ่งประกอบด้วยโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและน้ำมากถึง 90% โดยปริมาตร เขากล่าว โลกฟิสิกส์- “ทั้งสองขั้นตอนสามารถสร้าง (และควบคุมให้เป็น) ให้เป็นเนื้อเดียวกันตลอดส่วนผสมทั้งหมด ซึ่งจะทำให้เราสามารถผลิตวัสดุที่มีลักษณะชอบน้ำและไม่ชอบน้ำร่วมกันได้ที่มีความต่อเนื่องสองทางซึ่งมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว” เขากล่าว “สิ่งนี้อาจมีการใช้งานในด้านต่างๆ เช่น วิศวกรรมเนื้อเยื่อ บรรจุภัณฑ์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และวัสดุสำหรับทดแทนพลาสติกโดยทั่วไป”

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์