Водно-водная эмульсия

Вода в воде (W / W) эмульсия - это система, состоящая из капель водосольватированных молекул в другом непрерывном водном растворе; как капельная, так и непрерывная фаза содержат разные молекулы, которые полностью растворимы в воде. Таким образом, когда смешиваются два полностью водных раствора, содержащих разные водорастворимые молекулы, капли воды, содержащие преимущественно один компонент, диспергируются в водном растворе, содержащем другой компонент. Недавно было продемонстрировано, что такая эмульсия вода-в-воде существует и устойчива от коалесценции путем разделения различных типов не- амфифильных, но растворимых в воде молекулярных взаимодействий. Эти молекулярные взаимодействия включают водородную связь, пи-стопку и солевой мостик. Эта в / в эмульсия была образована, когда различные водосольватированные молекулярные функциональные группы разделяются в водной смеси, состоящей из молекул полимера и жидких кристаллов.

Эта эмульсия вода-в-воде состоит из жидких кристаллов, взвешенных в виде водосольватированных капель, диспергированных в растворе полимера, растворителем которого также является вода. Жидкокристаллическим компонентом эмульсии является динатрий кромолингликат (DSCG). Эта молекула является противоастматическим препаратом, но также существует как особый тип жидких кристаллов, когда концентрация DSCG составляет ~ 9-21% масс. В отличие от обычных лиотропных жидких кристаллов, которые состоят из маслянистых молекул, таких как 5CB, молекулы DSCG не являются амфифильными, а полностью растворимы в воде. Таким образом, разделение гидрофобных / гидрофильных групп не может применяться к DSCG. Раствор полимера служит средней или непрерывной фазой эмульсии в / в. Помимо водорастворимости, одним из важных критериев создания этой эмульсионной системы является то, что полимер не может нести функциональные группы, которые сильно взаимодействуют с DSCG. По существу, ионный полимер при смешивании с DSCG не образует эмульсию в / в, а дает гомогенный раствор или раствор осадка. Следовательно, известные полимеры, которые дают в / в эмульсии, включают полиакриловые амиды и полиолы. Удивительно, но некоторые из этих эмульсий вода-в-воде могут быть исключительно стабильными после коалесценции до 30 дней. Поскольку молекулы жидкого кристалла принимают между собой предпочтительную общую ориентацию, общая ориентация жидких кристаллов в капле стабильна только в определенных конфигурациях (рис. 3). Как капельки, сольватированные водой в эмульсии в / в, молекулы DSCG будут выстраиваться в предпочтительном направлении на поверхности капли. Чтобы минимизировать общую энергию системы, молекулы DSCG в капле предпочитают выстраиваться либо параллельно, либо перпендикулярно поверхностям капель (рис. 4A, B).

Стабильность этой эмульсии вода-в-воде от коалесценции приписывается трем молекулярным силам:

1. Разделение различных молекулярных сил в начале образования капли. Подобные силы имеют тенденцию оставаться вместе: пи-стекинг и образование солевых мостиков являются двумя доминирующими силами в капельной фазе жидкого кристалла, в то время как водородная связь управляет в непрерывной полимерной фазе.

2. По мере увеличения размера капли молекулярные взаимодействия на границе раздела фаз капли и непрерывной фазы усиливаются за счет взаимодействий. Усиление межфазных молекулярных взаимодействий в эмульсиях в / в приводит к образованию слоя полимера, который покрывает поверхность капли, что, следовательно, предотвращает слипание капель вместе.

3. Кроме того, также предлагается, чтобы при слиянии двух жидких кристаллических капель (коалесценции) ориентация молекул жидкого кристалла в двух сливающихся каплях должна изменяться, чтобы «адаптироваться» друг к другу, и, таким образом, нести потери энергии, предотвращающие возникновение слияния.

Эта эмульсия в / в также представляет собой новый класс жидких кристаллов, диспергированных в полимере (PDLC). Традиционно известный PDLC состоит из эмульсии масло-в-воде, где масляная капля представляет собой термотропный жидкий кристалл, такой как 4-пентил-4'-цианобифенил (5CB), а водная фаза содержит определенные полимеры. Для сравнения, эта эмульсия вода-в-воде состоит из полимер-диспергированных лиотропных жидких кристаллов, где лиотропный жидкий кристалл представляет собой молекулы DSCG, сольватированные в воде. Традиционные PDLC нашли применение, от переключаемых окон до проекционных дисплеев. Эмульсия вода-в-воде лиотропных жидких кристаллов, диспергированных в полимере, имеет потенциал для создания высокобио-функциональных материалов из-за ее совместимости со структурой белка.

Другие известные типы эмульсий вода-в-воде включают разделение различных биополимеров в водном растворе.

4. (а) Терентьев, Э. М. Europhys. Lett. 1995, 32, 607–612. (b) Poulin, P.; Старк, H.; Любенский, Т. С.; Вайц, Д. А. Наука 1997, 275, 1770–1773.

5. Scholten, E.; Sagis, L.M.C.; Ван дер Линден Э. Влияние жесткости на изгиб и межфазной проницаемости на динамическое поведение эмульсий вода-в-воде. Журнал физической химии B 2006, 110, (7), 3250–3256.

1. Соляные мосты и пример соляных мостиков http://www.cryst.bbk.ac.uk/PPS2/projects/day/TDayDiss/SaltBridges.html

2. Учебник по жидким кристаллам http://outreach.lci.kent.edu/

3. Введение в полимерные диспергированные жидкие кристаллы (PDLC)

• http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/files/pdlc/intro/intro.htm

4. Конфигурация капель PDLC http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/files/pdlc/droplet/droplet.htm