Змішування води та олії: поверхнево-активні речовини не потрібні – Physics World

Олія та вода, як відомо, не змішуються – принаймні, без додавання поверхнево-активної речовини, наприклад мила, щоб створити стабільну комбінацію. Однак тепер дослідники у Франції та США перевернули цю загальноприйняту думку з ніг на голову, показавши, що вони насправді можуть змішувати без поверхнево-активної речовини. Це відкриття може мати широкомасштабні наслідки для галузей промисловості, які активно використовують такі суміші, включаючи продукти харчування, косметику, здоров’я, фарби та упаковку, щоб назвати лише деякі.

Суміш двох незмішуваних рідин, таких як вода та олія, відома як емульсія. Коли емульсію енергійно струшують, одна з рідин, що входять до її складу, може розсіятися на дрібні краплі в іншій. Але якщо емульсію залишити стояти, її компоненти незмінно знову відокремлюються.

Головним рушієм цього поділу є те, що коли краплі кожної рідини наближаються одна до одної, вони зливаються у все більші краплі. Щоб запобігти цьому, можна додати третій компонент, який є амфіфільним, що означає, що він має спорідненість до поверхні розділу між двома компонентами суміші. Сучасні промислові емульсії засновані на використанні таких матеріалів, які називають поверхнево-активними речовинами. Однак багато ПАР є токсичними як для людини, так і для навколишнього середовища. Тому скорочення їх використання (або повна відмова) було б дуже корисним.

Контрінтуїтивний феномен

В останній роботі дослідники з Лабораторія Colloïdes et Matériaux Divisés в ESPCI в Парижі, Франція; французька компанія Каліксія, яка спеціалізується на розробці та виробництві біорозкладаних мікрокапсул; і Гарвардський університет в США вивчали суміші, що складаються виключно з води і різних видів нафти. У цих сумішах, які зазвичай не змішуються, вони спостерігали надтонкі, але аномально стабільні плівки нафти, які спонтанно з’являлися між диспергованими краплями води.

«Це явище систематично викликає адгезію між краплями, не даючи їм злитися, що дозволяє нам диспергувати великі пропорції води (80% за об’ємом або більше) в олії», – пояснює Жером Бібетт, фізик-хімік і директор лабораторії ESPCI, який керував дослідженням.

Стабільний протягом кількох тижнів

Явище, яке детально описано в науканайкраще підходить для високополярних масел, які містять як гідрофільні, так і гідрофобні компоненти та мають високу молекулярну масу. Ці критерії виключають аліфатичні вуглеводні, такі як, наприклад, метан і поліетилен, але включають олії, що містять чергування атомів кисню та вуглецю – категорія, яка охоплює всі рослинні олії.

Дослідники виявили, що ці олії можуть змінювати свою конфігурацію, як тільки вони поміщаються між двома краплями води, «вибираючи» перевагу розташування своїх гідрофільних частин у воді, а гідрофобних частин — подалі від неї. «Ультратонка адгезивна плівка, спричинена спорідненістю гідрофобних частин, утворюється спонтанно, щойно два розділи наближаються», — каже Бібетт. «Тоді плівка набуває величезної в’язкості, одночасно зменшуючи вільну енергію поверхні розділу – те, що проявляється через злипання крапель води та олії».

Такого мимовільного гелеутворення між двома рідинами, які не змішуються, ніколи раніше не спостерігали, додає він.

Оскільки більшість рослинних олій можна полімеризувати, поєднання їх з водою може дозволити дослідникам створити ідеально біорозкладані полімерні матеріали. Для Бібетт одним із найбільш очевидних застосувань, яке спадає на думку, є біорозкладні капсули для таких галузей, як косметика та парфумерія.

Цей метод також може дозволити дослідникам створювати нові типи пластику, що містить біорозкладані полімери та до 90% води за об’ємом, розповідає він. Світ фізики. «Обидві фази можна було б зробити (і контролювати, щоб вони були) однорідними по всій суміші, що могло б дозволити нам виробляти унікальний двосуцільний, співіснуючий гідрофільний і гідрофобний матеріал», — говорить він. «Це може мати застосування в таких різноманітних сферах, як тканинна інженерія, біорозкладна упаковка та матеріали для заміни пластику в цілому».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/mixing-water-and-oil-no-surfactants-needed/