Pickering-Emulsion

Der Namensgeber S.U. Pickering war der zweite, der diesen Effekt beschrieben hat. Im Jahr 1903 beschrieb W. Ramsden erstmals Oberflächeneffekte, die die Stabilisierung von Grenzflächen durch feste Partikel, z. B. Tierkohle, kolloidalen Schwefel oder suspendierte Pikrinsäure, einschließt.^[1] Pickering beschrieb 1907 Emulsionen von Kerosin oder Paraffin, die mit Feststoffen wie Brandkalk, gefälltem Kalk, gefällter Kieselsäure oder gebranntem Gips stabilisiert werden.^[2]

Bei Pickering-Emulsionen werden klassische Tenside – die durch einen hydrophoben und hydrophilen Teil im Molekül charakterisiert sind –, durch Partikel ersetzt, die irreversibel an den Grenzflächen adsorbiert werden und dadurch besonders koaleszenzstabile Emulsionen bilden können.^[4][3][5][6] Während bei klassischen Emulgatoren die Frage, ob sie eher zu Öl oder zu Wasser tendieren, von der Balance zwischen Hydrophilie und Lipophilie (ausgedrückt durch den HLB-Wert) abhängt, bestimmt bei Partikeln der Kontaktwinkel, ob das Partikel mehr von der Ölphase oder mehr von der Wasserphase benetzt wird, daraus bestimmt sich auch die Krümmung der Phasengrenzfläche. Die Phase, die die Partikel schlechter benetzt, wird zur dispersen (inneren) Phase.^[3] Die Viskosität von Pickering-Emulsionen kann durch den Zusatz von Elektrolyten gesteuert werden.^[7]

Nichtwässrige Emulsionen mit z. B. PEG 300 als kontinuierliche Phase und Paraffinöl als disperse Phase werden mit partiell hydrophobierten Kieselsäurepartikeln formuliert.^[8] Multiple Emulsionen können ebenfalls durch Partikel stabilisiert werden.^[3]

Für die Herstellung von Pickering-Emulsionen sind verschiedene Verfahren und Geräte vorgeschlagen bzw. beschrieben worden:

• Einfaches Rühren^[1]
• „Buttern“^[2]
• Schütteln^[9]
• Anwendung von Rotor-Stator-Homogenisatoren wie z. B. Ultra-Turrax^{[10][5][11][4]}
• Anwendung von Hochdruckhomogenisatoren z. B. APV-Homogenisatoren^[5][11][4]
• Ultraschall^[11][4]
• Membranemulgierung^[11][4]
• Microfluidizer^[11][4]

Beispiele für geeignete Stabilisatoren:

• Partiell hydrophobierte Kieselsäuren^[12]
• Polystyrenpartikel^[10]
• Lignin-Nanopartikel^[13]
• Tonerden, Bentonite^[4]
• Kaolinite^[4]
• Laponite^[4]
• Aluminiumoxide^[4]
• Titandioxide^[4]
• Eisenoxide^[4]
• Cellulose^[4][14]
• Hydroxyapatite^[15]
• Stärke^[14]
• Chitin^[14]
• Proteine^[14]
• Chitosanpartikel bei optimierten pH^[16][17]
• Organische Pigmente^[18]
• Cyclodextrine^[17]

Mit partiell hydrophobierten Kieselsäuren kann man durch den Grad der Oberflächenmodifizierung die Eigenschaften zur Stabilisierung von Emulsionen anpassen und steuern, ob eine Öl in Wasser oder Wasser in Öl Emulsion gebildet wird.^[12][9] Durch die Verwendung von Kieselsäuren mit unterschiedlichem Hydrophobierungsgrad sind multiple Emulsionen zugänglich.^[19]

Als disperse Phasen können praktisch alle mit Wasser (oder einen andern kontinuierlichen Phase) nicht mischbaren Flüssigkeiten dienen. Beispiele sind

• Paraffine^[2][12]
• Polydimethylsiloxane^[12]
• härtbare Epoxide^[12][7]
• Triglyceride^[19], Pflanzenöl^[15]
• Teebaumöl^[5]

Beispiele für Anwendungen von Pickering-Emulsionen:

• Agrochemie^[19.1], Pflanzenschutzmittel z. B. in Verbindung mit Kupfersalzen^[2]
• Pharmazie^[19][11]
• Medizin^[5], z. B. Tumorbehandlung^[11]
• Lebensmittel^[19][20][15]
• Tiernahrung^[19]
• Kosmetik^[19][21]
• Chemische Katalyse^{[19][22][23][24]}
• Biokatalyse^[11]
• 3D-Druck^[4][14]

• Bernard P. Binks, Tommy S. Horozov (Hrsg.): Colloidal Particles at Liquid Interfaces. University of Hull, Cambridge University Press, Cambridge, New York, Melbourne, Madrid, Cape Town, Singapore, São Paulo, ISBN 978-0-511-33191-6