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Cosa sono le emulsioni: esempi, caratteristiche, preparazione e misurazione

Cosa sono le emulsioni?

Introduzione

Le emulsioni sono dispersioni di due liquidi immiscibili. Sono interessanti in molte importanti applicazioni pratiche nei settori alimentare, cosmetico, petrolifero, agricolo, chimico, petrolifero e del gas, farmaceutico e in molte altre industrie di processo.

Esistono due tipi di emulsioni: tipo olio in acqua (O / W), dove l'olio forma la fase dispersa (goccioline) e l'acqua forma la fase continua; e del tipo acqua in olio (W / O), dove l'acqua forma la fase dispersa (goccioline) e l'olio forma la fase continua. Senza un efficace stabilizzatore interfacciale, le emulsioni sono sistemi instabili e si separano facilmente in fasi olio e acqua quando l'agitazione meccanica viene interrotta.

Una delle più importanti emulsioni è la loro instabilità intrinseca. Sebbene le gocce disperse siano piccole, la gravità esercita su di esse una forza misurabile e nel tempo si uniscono per formare gocce più grandi che tendono a depositarsi sul fondo o salire alla sommità della miscela. Questo processo alla fine fa sì che le fasi interne ed esterne si separino nei due componenti originali. A seconda di come è formulata l'emulsione e dell'ambiente fisico a cui è esposta, questa separazione può richiedere minuti, mesi o millenni.

Settori e aree di applicazione - Emulsioni

  • Latte è un'emulsione di grasso di latte in una soluzione acquosa contenente molte proteine ​​diverse, lattosio e sali. Nel latte crudo il grasso è presente sotto forma di globuli di grasso del latte, che sono circondati da una membrana. Quando questo latte viene omogeneizzato in fabbrica, questi globuli si rompono e il grasso viene disperso in goccioline più piccole, stabilizzate anch'esse dalle proteine.
  • Margarina è un'emulsione di goccioline d'acqua nel grasso, stabilizzata da un impaccamento di cristalli aghiformi di grasso all'interno della fase grassa continua.
  • Crema è un'emulsione concentrata di grasso di latte in fase acquosa; la concentrazione dipende dal tipo di crema.
  • Gelato è un prodotto molto complesso; tra l'altro contiene goccioline di grasso di latte, ma contiene anche cristalli di zucchero, cristalli di ghiaccio e bolle d'aria.
  • Condimenti per l'insalata sono realizzati emulsionando olio vegetale in una miscela acquosa che contiene aceto. Quando è preparata in casa, questa emulsione è piuttosto instabile: le goccioline si uniscono in modo relativamente rapido, quindi è necessario agitarla prima dell'uso. Le varianti commerciali sono generalmente stabilizzate da altri componenti.
  • Maionese è un'emulsione molto concentrata di goccioline d'olio in acqua, stabilizzata dalle proteine ​​del tuorlo d'uovo. L'emulsione è così concentrata (70-80 vol.%) Che le goccioline d'olio vengono schiacciate insieme. Questa spremitura insieme provoca la bella consistenza della maionese.
  • Tuorlo d'uovo è un'emulsione di grasso d'uovo (e colesterolo) in soluzione acquosa, stabilizzata da una miscela di fosfolipidi.
  • Prodotti alimentari. Condimenti per insalata, sughi e altre salse, condimenti per dolci montati, burro di arachidi e gelato sono anche esempi di emulsioni di vari grassi e oli commestibili. Oltre ad influenzare la forma fisica dei prodotti alimentari, le emulsioni influiscono sul gusto perché gli oli emulsionati ricoprono la lingua, conferendo "sensazione in bocca".
  • Vernici a base d'acqua e rivestimenti sono solitamente emulsioni di particelle leganti a base di polimeri. Sono realizzati facendo un'emulsione di goccioline di monomeri in acqua, dopodiché i monomeri vengono polimerizzati per formare particelle solide. Una volta applicato, l'acqua e possibilmente altri solventi evaporano e le particelle di legante si fondono per formare uno strato solido.
  • Bitume, una frazione pesante prodotta nella raffinazione del petrolio, è solitamente troppo viscosa per essere applicata direttamente. Pertanto, il bitume viene emulsionato in acqua ad alta temperatura. Le emulsioni O / A risultanti hanno una viscosità molto inferiore, e quindi sono più facili da applicare. Quando viene applicata (sulla strada o su un tetto), l'emulsione si rompe e le particelle di bitume si fondono in uno strato.
  • Farmaci e droghe. Miscela di amido / gelatina Le microparticelle vengono preparate mediante il metodo di diffusione del solvente in emulsione acqua-in-olio. Il contenuto di rilascio del farmaco in vitro dipende in modo significativo dal rapporto di miscela di amido e dal rapporto di reticolante. Le microparticelle della miscela di amido / gelatina dovrebbero essere un utile vettore di rilascio controllato per i farmaci idrosolubili. Nell'industria farmaceutica, le emulsioni vengono utilizzate per rendere i farmaci più appetibili, per migliorare l'efficacia controllando il dosaggio dei principi attivi, i farmaci a rilascio ritardato e per fornire una migliore estetica per i farmaci topici come gli unguenti.
  • Oli e idrocarburi. Due terze parti dei greggi mondiali sono prodotte in modo emulsionato; queste emulsioni sono principalmente del tipo acqua in olio a causa dei processi di produzione.
  • Insetticidi e pesticidi. Nell'industria agricola, le emulsioni sono utilizzate come veicoli per la consegna di insetticidi, fungicidi e pesticidi e vengono solitamente applicate a spruzzo mediante apparecchiature meccaniche.
  • In cosmetici, le emulsioni sono il veicolo di consegna di molti agenti condizionanti per capelli e pelle. Le emulsioni anioniche e non ioniche vengono utilizzate per fornire vari oli e cere che forniscono idratazione, levigatezza e morbidezza a capelli e pelle. Altri esempi sono creme per il viso, lozioni per il corpo, shampoo, gel doccia, dentifrici e fragranze.
  • Lubrificanti, fanghi, additivi, oli per macchine, emulsioni polimeriche, colle, soluzioni di amido, fanghi di cariche minerali, emulsioni tessili, emulsioni submicroniche ed emulsioni siliconiche.
  • Materiali per Batterie  - I leganti a base d'acqua per batterie sono sviluppati utilizzando tecnologie polimeriche avanzate, per consentire la formazione di elettrodi negativi nelle batterie secondarie agli ioni di litio e nelle batterie secondarie al nichel-idrogeno. Rispetto ai leganti a batteria convenzionali (PVDF), questi leganti hanno eccellenti proprietà leganti, resistenza agli elettroliti e proprietà di ciclo.

Punti chiave e caratteristiche delle emulsioni

  • Un'emulsione è un tipo di colloide formato dalla combinazione di due liquidi che normalmente non si mescolano.
  • In un'emulsione, un liquido contiene una dispersione dell'altro liquido.
  • Il processo di miscelazione dei liquidi per formare un'emulsione è chiamato emulsificazione.
  • Anche se i liquidi che le formano possono essere limpidi, le emulsioni appaiono torbide o colorate perché la luce viene diffusa dalle particelle sospese nella miscela.
  • Sicurezza e compatibilità ambientale garantite dall'utilizzo dell'acqua come solvente
  • La viscosità può essere facilmente regolata
  • Idoneità per applicazioni di incollaggio e rivestimento derivate dalla proprietà dell'emulsione di formare una pellicola una volta essiccata
  • Eccellente miscibilità con pigmenti, solventi, additivi, ecc

Preparare le emulsioni

Si prepara un'emulsione agitando energicamente la miscela dei due liquidi o facendo passare la miscela attraverso un mulino colloidale noto come omogeneizzatore. Le emulsioni così preparate dai liquidi puri normalmente non sono stabili ed i due liquidi si separano a riposo. Per ottenere un'emulsione stabile, durante la preparazione vengono aggiunte piccole quantità di alcune altre sostanze. Le sostanze così aggiunte per stabilizzare le emulsioni sono chiamate emulsionanti o agenti emulsionanti. Le sostanze comunemente usate come agenti emulsionanti sono saponi di vario genere, acidi solfonici a catena lunga o colloidi liofili come proteine, gomma e agar.

Le emulsioni possono essere preparate con diversi metodi, a seconda della natura dei componenti e dell'apparecchiatura. Su piccola scala, come in laboratorio o in farmacia, le emulsioni possono essere preparate utilizzando un mortaio e un pestello Wedgwood o porcellana secco o un frullatore o miscelatore meccanico. Su larga scala, possono essere utilizzati grandi serbatoi di miscelazione per formare l'emulsione attraverso l'azione di una girante ad alta velocità.

Emulsioni - preparazione nelle industrie - serbatoi e miscelatori

Viscosità delle emulsioni

  • La viscosità delle emulsioni varia a seconda della temperatura.
  • Man mano che la temperatura diminuisce, la viscosità aumenta.
  • Aggiungendo acqua, la viscosità può essere regolata su una viscosità inferiore
  • Per aumentare la viscosità, possono essere utilizzati addensanti in emulsione

Misure di viscosità di emulsioni per il controllo di qualità

La misurazione della viscosità è una tecnica estremamente utile per il controllo della qualità.

  • Durante l'omogeneizzazione, molte emulsioni subiranno un sostanziale aumento della viscosità al diminuire della dimensione delle goccioline. La quantità di questo aumento sarà quindi un buon indicatore della qualità dell'emulsione.
  • La concentrazione dell'emulsione ha una forte correlazione con la viscosità dell'emulsione, quindi le informazioni sulla viscosità possono essere utilizzate efficacemente per prevedere le concentrazioni con modelli predefiniti o definiti dall'utente.
  • Durante il processo di miscelazione, la caratterizzazione della viscosità in linea può essere utile per determinare la stabilità dell'emulsione, il punto finale desiderato del sistema di miscelazione / miscelazione e per garantire la continuità. In caso di necessità, è possibile regolare l'intensità dell'agitazione, la velocità di rotazione e l'apparecchiatura in base ai dati di viscosità misurati e alle loro interpretazioni.
  • Le emulsioni sono sistemi complessi con un'ampia gamma di applicazioni e usi commerciali. La caratterizzazione accurata delle emulsioni con i dati di viscosità è fondamentale per garantire stabilità e prestazioni dell'emulsione.

La misurazione della viscosità ottenuta con un viscosimetro in linea può fornire un eccellente benchmark QC e garantire QA / QC del processo e del prodotto finale. Si prega di leggere la nostra nota applicativa.

Emulsioni - Nota applicativa per la gestione della viscosità in linea
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