Получение прямых наноэмульсий, стабилизированных смесью неионогенных ПАВ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 544.35+539.21

Т.Ю. Наговицына, Е.Ю. Фадеева, М.Ю. Королёва

Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева, Москва, Россия

ПОЛУЧЕНИЕ ПРЯМЫХ НАНОЭМУЛЬСИЙ, СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ СМЕСЬЮ НЕИОНОГЕННЫХ ПАВ

Вработебылиполученыпрямыенаноэмульсиивсистемеуглеводородноемасло - смесьнеионоген-ныхПАВ - водныйраствор№С1 (1 мас.%) методомтемпературнойинверсиифаз. Размер капель в нано-эмульсии зависел от температуры плавления смеси ПАВ. Если температура плавления была на 10-20 °С ниже температуры инверсии фаз, то получались наноэмульсии с более мелкими каплями внутренней фазы. Наиболее низкий диаметр капель, равный равен 22 нм, был в эмульсиях, стабилизированных смесью Tween 80 + Tween 60 + Span 60при суммарной концентрации ПАВ 1,25 об.%.

In this investigation O/W nanoemulsions were obtained in the systems hydrocarbon oil - nonionic surfactant mixture - aqueous NaCl solution (1 wt%) by the phaseinversiontemperaturemethod. The droplets size in nanoemulsion depended on themelting temperature of surfactant mixture. If the melting temperature was 10-20 °C below the phase inversion temperature, nanoemulsionswith smaller internal phase droplets were obtained.The minimum size of internal phase droplets was equal to 22 nm at the total surfactant concentration of 25 vol%. This diameter was received with Tween 80 + Tween 60 + Span 60 mixture.

Наноэмульсии могут использоваться в различных отраслях народного хозяйства, в полимерной, лакокрасочной промышленности, в фармацевтике и косметической промышленности. Благодаря малому размеру капель внутренней фазы такие дисперсные системы могут быть использованы для инкапсулирования и доставки биоактивных и лекарственных препаратов в организм человека.

Наноэмульсии - термодинамически неустойчивые системы. Основным механизмом, приводящим к расслаиванию наноэмульсий, является процесс оствальдова созревания. Существуют различные способы замедления скорости оствальдова созревания в таких дисперсных системах, одним из которых является создание твердой оболочки вокруг капель внутренней фазы - создание нанокапсул. Размер капель в наноэмульсиях не превышает 100 нм. Поэтому для получения нанокапсул, содержащих необходимо количество активного компонента во внутреннем ядре, необходимо чтобы твердая оболочка была очень тонкой. Этого можно добиться, если использовать в качестве поверхностно-активных веществ (ПАВ) соединения, образующие твердообразный адсорбционный слой на поверхности нанокапель.

В данной работе были получены прямые наноэмульсии в системе углеводородное масло - смесь неионогенных ПАВ - водный раствор NaCl (1 мас.%) методом температурной инверсии фаз.Доля внутренней фазы в исследованных прямых наноэмульсиях составляла 25 об.%. В качестве ПАВ использовали смеси Tween 80, Tween 60, Span 60 и Span 80, ГЛБ которых равны 15,0, 14,9, 4,7 и 4,3, соответственно.

Метод температурной инверсии фаз заключается в том, что сначала при повышенной температуре получают обратную эмульсию, затем при резком охлаждении и интенсивном перемешивании протекает инверсия фаз, и образуется прямая наноэмуль-сия. Для получения наноэмульсий использовали смеси неионогенных ПАВ с низким значением ГЛБ для стабилизации обратной эмульсии и с высоким значением ГЛБ для стабилизации прямой наноэмульсии - Tween 80 + Span 80; Tween 60 + Span 80; Tween 80 + Span 60, а также смесь трех ПАВ - Tween 80 + Tween 60 + Span 80.

Tween 80 и Span 80 при комнатной температуре являются жидкостями, Tween 60 и Span 60 - твердые вещества. Были определены температуры плавления твердых ПАВ и их смесей (табл. 1).

Для определения температуры, при которой происходит переход эмульсии из обратной в прямую были изучены зависимости электропроводности системы углеводородное масло - смесь ПАВ - водный раствор NaCl (1 мас.%) от температуры. В качестве примера на рис. 1 показана зависимость электропроводности системы, содержащей Tween 80 + Span60, от температуры.

Таблица 1. Температура плавления ПАВ и их смесей

Тип ПАВ (объемное соотношение) Т °c

Tween 60 27

Span 60 57

Tween 80 + Tween 60 (1 : 1) 20

Tween 60 + Span 80 (7 : 3) 20

Tween 80 + Span 60 (1 : 1) 54

Tween 80 + Tween 60 + Span 60 (3,5 : 3,5 : 3,0) 49

При высокой температуре эмульсия была обратная, и электропроводность системы была равна ~ 0,3 См/м. Увеличение электропроводности при снижении температуры свидетельствовало об инверсии фаз в системе и трансформации обратной эмульсии в прямую.

1,6

1,4 -

т с

о

н

ч о

в

о

р п

о

р

т

и

е

л

m

1,2

1,0

0,6 -

0,4

0,2

0,0

50

60

70 80

Температура, °С

90

100

0

Рис. 1. Зависимость электропроводности системы углеводородное масло - Tween 80 + Span 60 -водный раствор NaCl (1 мас.%). Мольное соотношение Tween 80 / Span 80 - 2,3. Суммарная концентрация ПАВ -1,25 об.%.

В таблице 2 представлены температурыокончания инверсии фаз в системах, содержащих смеси ПАВ. Суммарная концентрация ПАВ во всех смесях ПАВ была равна 1,25 об.%, концентрация углеводородного масла - 25 об.%, водная фаза - 1 мас.% №С1.

Таблица 2. Температура инверсии фаз в системах, содержащих смеси ПАВ

Тип ПАВ (объемное соотношение) Температура окончания инверсии фаз, °С

Tween 80 + Span 80 (7 : 3) 70

Tween 80 + Span 60 (7 : 3) 69

Tween 80 + Tween 60 + Span 60 (3,5 : 3,5 : 3,0) 60

Были получены прямые наноэмульсии, содержащие смесь неионогенных ПАВ: Tween 80 + Span 80; Tween 60 + Span 80; Tween 80 + Span 60; Tween 80 + Tween 60 + Span 80. Компоненты эмульсии нагревали до температуры 80 °С, а затем при интенсивном перемешивании охлаждали до комнатной температуры. На рис. 2 приведено распределение по размерам капель внутренней фазы в наноэмульсиях, содержащих смесь Tween 80 + Span 80.

25 п

£ 20 л

а

Я

Ч

О

(в

О 5

24

28

33

38

44

51

d, нм

Рис.2. Распределение по размерам капель внутренней фазы в наноэмульсии, стабилизированной Tween 80 + Span 80. Суммарная концентрация ПАВ - 1,25 об.%, концентрация углеводородного масла - 25 об.%

В таблице 3 представлены средние диаметры капель внутренней фазы в эмульсиях, стабилизированных различными смесями ПАВ.

Таблица 3. Размеры капель внутренней фазы в зависимости от смеси ПАВ

а 10

0

Тип ПАВ (объемное соотношение) ГЛБ смеси ПАВ d, нм

Tween 60 + Span 80 (7 : 3) 11,7 401 ± 50

Tween 80 + Span 80 (7 : 3) 11,8 34 ± 8

Tween 80 + Span 60 (7 : 3) 11,9 29 ± 5

Tween 80 + Tween 60 + Span 60 11,9 22 ± 4

(3,5 : 3,5 : 3,0)

Из таблицы 3 видно, что наименьший диаметр капель внутренней фазы был в наноэмульсиях, стабилизированных смесью ПАВ - Tween 80 + Tween 60 + Span60 и Tween 80 + Span 60. В таких системах температура затвердевания смеси ПАВ была на

10-20 °С ниже температуры окончания инверсии фаз. При инверсии фаз и формировании прямой эмульсии все ПАВ находились в жидком состоянии, вязкость системы была низкой, поэтому происходило формирование капель масла нанометрового размера. Дальнейшее охлаждение системы приводило к затвердеванию адсорбционного слоя на поверхности капель масла, что препятствовало их коалесценции. В эмульсиях, стабилизированных ПАВ с более низкой температурой плавления, протекала коалесценция, поэтому размер капель внутренней фазы был более высоким.

УДК 667.6+620.197.6

12 1 2 В.Н. Страполова , Е.В. Юртов , Л.В. Киселева , А.Г. Мурадова

1 ОАО «Композит», г. Королев, Московской области, Россия

2 РХТУ им. Д.И. Менделеева, г. Москва, Россия

ОЦЕНКА НАЧАЛЬНЫХ ОПТИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЧЕРНЫХ ПИГМЕНТОВ И НАПОЛНИТЕЛЕЙ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КЛАССА «ИСТИННЫЙ ПОГЛОТИТЕЛЬ»

Оценивался начальный коэффициент солнечного излучения a черных пигментов и наполнителей, в т.ч. наночастиц для применения их в составе рецептур высоконаполненных эмалей для терморегулирующих покрытий класса «истинный поглотитель»

Initial solar absorbtance a of black pigments and fillers, including the nanoparticle applying in high-filled enamels for "true absorber" thermal control coating was estimated

Терморегулирующие покрытия (ТРП) на внешней поверхности космического аппарата предназначаются для поддержания определенного теплового режима объекта за счет установления баланса между энергией, поглощаемой из окружающей среды, а также выделяемой внутренними источниками теплоты, и энергией, излучаемой его поверхностью в окружающую среду. ТРП принято характеризовать двумя основными оптическими параметрами: коэффициент поглощения солнечного излучения as; коэффициент теплового излучения (черноты) s. По этим параметрам все ТРП делятся на четыре класса: «солнечный отражатель» (as ^ 0, s ^ 1); «истинный отражатель» (as ^ 0, s ^ 0); «солнечный поглотитель» (as ^ 1, s ^ 0); «истинный поглотитель» (as ^ 1, s ^ 1).

ТРП класса «истинный поглотитель» («ИП») в конструкциях космических аппаратов (КА) применяются:

- на поверхности оптических приборов, обеспечивая высокое поглощение излучения Солнца и высокую излучательную способность (приемники излучений, модели абсолютно черного тела (АЧТ);

- для оправ линз, бленд и тубусов оптических приборов (фотоаппараты, телескопы, сканеры земной поверхности);

- на наружных поверхностях радиаторов-нагревателей систем терморегурования КА. Современные разрабатываемые ТРП класса «истинные поглотители» должны

иметь:

- стабильный коэффициент поглощения солнечного излучения as > 0,96;

- стабильный коэффициент теплового излучения s > 0,95;

- удельное объемное электрическое сопротивление pv < 106 Ом •м.;