CC BY
60
УДК 544.35+539.21
Е.Ю. Фадеева*, Т.Ю. Наговицына, М.Ю. Королева
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., 9 * e-mail: m.yu.kor@gmail.com
ВЛИЯНИЕ CARBOPOL 940 НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОЭМУЛЬСИЙ, СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ НЕИОНОГЕННЫМИ ПАВ
В работе были получены прямые наноэмульсии, стабилизированные смесью ПАВ - Tween 80, Tween 60 и Span 60 со средним размером капель дисперсной фазы 25-30 нм. Дисперсионная среда наноэмульсий представляла собой гель Carbopol 940. Показано, что с увеличением концентрации Carbopol 940 вязкость наноэмульсий резко возрастала. Формирование геля в дисперсионной среде наноэмульсий приводило к увеличению устойчивости наноэмульсий к агрегации.
Ключевые слова: прямые наноэмульсии, метод температурной инверсии фаз, Carbopol 940, Tween 80, Tween 60, Span 60
Наноэмульсии - это эмульсии с размером капель дисперсной фазы менее 100 нм. Такие дисперсные системы перспективны для использования в фармацевтике и косметической промышленности, в качестве носителя для доставки лекарственных и биологически актив ных соединений в организм человека. При трансдермальном способе доставки необходимо, чтобы композиция легко наносилась на кожу, обладала кремообразной текстурой. Поэтому в состав таких дисперсных систем необходимо включать различные "загустители" [1].
Наноэмульсии типа «масло в воде» с долей дисперсной фазы 20-30 об.% характеризуются невысокой вязкостью. Это легко текучая жидкость, внешний вид которой показан на рис. 1А.
Рис. 1. Вид наноэмульсий без (А) и с 0,5 мас.% Carbopol 940 (Б)
Вязкость таких наноэмульсий может быть значительно увеличена, например, при создании геля в дисперсионной среде наноэмульсий.
В данной работе в качестве гелеобразователя был использован Carbopol 940 (Acras organics, USA). Данное соединение относится к классу карбополов, которые представляют собой редкосшитые акриловые полимеры - производные акриловой кислоты. Гели, образованные карбополами используют в фармацевтике и косметическом производстве в качестве основ для мягких лекарственных форм. При концентрации Carbopol 940 в водном растворе 0,1-1,5% высоковязкий гель образуется при значениях pH 5,5-8,0 [2].
Для получения наноэмульсий были использованы следующие реактивы: Tween 60 (Sigma-Aldrich), Tween 80 (Sigma-Aldrich), Span 60 (Fluka), NaCl (Химмед, ХЧ), углеводородное масло (Britol 20, USP). Размеры капель дисперсной фазы в наноэмульсиях определяли с использованием лазерного анализатора Zetasizer Nano (Malvern), динамическую вязкость измеряли с помощью вискозиметра Rheotest 2. Все измерения проводили при постоянной температуре 25 °С.
Дисперсная фаза наноэмульсий состояла из углеводородного масла - 25 об.%. Дисперсионная среда - 0,15 М водный раствор NaCl. Суммарная концентрация ПАВ составляла 1,25 об.%. Объемное соотношение (Tween 80 + Tween 60) / Span 60 было равно 2,3.
Наноэмульсии, стабилизированные смесью неионогенных ПАВ (Tween 80 + Tween 60 + Span 60) получали методом температурной инверсии фаз.
16
14
Концентрация СагЬоро1 940, мас. %
И 12
10
50 100 150
Скорость сдвига, с-1
200
Рис. 2. Влияние скорости сдвига на динамическую вязкость наноэмульсий с различной концентрацией СагЬоро1 940
Компоненты эмульсии нагревались до 100°С, перемешивались и термостатировались в течение 5 мин. При этом происходило образование обратной эмульсии. Затем обратную эмульсию резко охлаждали в ледяной бане при интенсивном перемешивании (1000 об/мин) в течение 5 мин. При охлаждении протекала инверсия фаз, и происходило образование прямой наноэмульсии. Быстрое охлаждение было необходимо для
предотвращения коалесценции капель дисперснои фазы, и получения наноэмульсий с более мелкими каплями и с более узким распределением капель по размерам.
Водные растворы Carbopol 940 получали следующим образом: навеску Сarbopol 940 растворяли в бидистиллированной воде при перемешивании со скоростью 400 об/мин в течение 30 мин. Полученный раствор оставляли на 2 суток до полного растворения полимера.
Для получения наноэмульсий с гелеобразной дисперсионной средой наноэмульсию добавляли в водные растворы с различной концентрацией Carbopol 940 при перемешивании 400 об/мин. Затем в полученную наноэмульсию добавляли 18 мас.% водный раствор NaOH (Лаверна, ЧДА) при перемешивании (800 об/мин) до достижения значения pH 6,7.
При образовании геля в дисперсионной среде наноэмульсии становились нетекучими, непрозрачными, окрашенными в белый цвет системами (рис. 1 Б).
На рис. 2 представлены зависимости динамической вязкости наноэмульсий от скорости сдвига при различных концентрациях Carbopol 940. C увеличением концентрации гелеобразователя вязкость наноэмульсий резко возрастала.
Полученные в данной работе наноэмульсии были стабилизированы неионогенными ПАВ, которые обеспечивают необходимую
устойчивость к коалесцеции. Однако заряд на поверхности капель дисперсной фазы в таких системах достаточно низкий - не превышает 10 мВ. Поэтому наноэмульсии,
стабилизированные неионогенными ПАВ, как правило, неустойчивы к агрегации.
10 15 20 25 30 35 й, нм
Рис. 3. Распределение по размерам капель дисперсной фазы в наноэмульсиях без (А) и с 0,5 мас.% СагЪоро1 940 в дисперсионной среде (Б)
На рис. 3А приведено распределение капель по размерам в наноэмульсии без гелеобразователя в дисперсионной среде. На гистограмме имеется два
максимума: первый максимум при 20-25 нм соответствует отдельным каплям. Наличие второго пика (~ 300 нм) свидетельствует об
8
6
4
2
0
0
образовании флокул капель дисперсной фазы в наноэмульсиях.
Смешивание наноэмульсий с раствором гелеобразователя и последующее формирование геля в дисперсионной среде проводили при интенсивном перемешивании системы. В этих условиях подавлялась агрегация нанокапель, и происходило разрушение уже образовавшихся флокул. Как видно, на рис. 3Б второй максимум отсутствует. Имеется только один максимум, соответствующий отдельным каплям дисперсной фазы.
Полученные в работе дисперсные системы были устойчивы к агрегации в течение длительного времени.
Таким образом, образование геля Carbopol 940 в дисперсионной среде приводило не только к увеличению вязкости наноэмульсий, но и увеличивало устойчивость наноэмульсий к агрегации.
Данная работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках базовой части госзадания "Организация проведения научных исследований".
Фадеева Елена Юрьевна студент кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Наговицына Татьяна Юрьевна аспирант кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Королева Марина Юрьевна д.х.н, профессор кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Sonneville-Aubrun O., Simonnet J.-T., L'Alloret. F. Nanoemulsions: a new vehicle for skincare products // Adv. Colloid Interface Sci. - 2004, Vol. 108 - 109, P. 145 - 149
2. Gomez C., Derakhshandeh B., Hatzikiriakos S.G., Bennington C.P.J. Carbopol as a model fluid for studying mixing of pulp fibre suspensions // Chem. Eng. Sci. - 2010, Vol. 65, P. 1288-1295
Elena Yu. Fadeeva, Tat'ana Yu. Nagovitsina, Marina Yu. Koroleva*
Mendeleev University of Chemical Technology, Moscow, Russia * e-mail: m.yu.kor@gmail.com
INFLUENCE CARBOPOL 940 ON REOLOGICAL PROPERTIES OF NANOEMULSIONS STABILIZED BY NONIONIC SURFACTANTS
Abstract
In work were received direct nanoemusion, stable blend of surfactants Tween 80, Tween 60 and Span 60 with an average size of droplets dispersed phase 25-30 nm. Dispersive environment nanoemulsions was a gel Carbopol 940. It is shown, that with increased in concentration Carbopol 940 nanoemultion viscosity sharply increased. The formation of gel in the dispersive environment nanoemulsions has led to a sharp increase resistance to aggregation.
Key words: Oil in water nanoemulsion; Phase Inversion Temperature method; Tween 80; Tween 60; Span 60
