CC BY
6
УДК 544.421.42:536.755
Горелков О.П., Широких А.Д., Королёва М.Ю.
ВЛИЯНИЕ СТЕАРАТА ИТТРИЯ НА СТАБИЛЬНОСТЬ НАНОЭМУЛЬСИЙ С УГЛЕВОДОРОДНЫМ МАСЛОМ
Горелков Олег Павлович - бакалавр 4 года обучения кафедры наноматериалов и нанотехнологии; [email protected]
Широких Анастасия Дмитриевна - аспирант 3 года обучения кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева;
Королёва Марина Юрьевна - д.х.н., профессор кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, д. 9
Изучено влияние стеарата иттрия на агрегативную устойчивость наноэмульсий на основе углеводородного масла с Tween 80 и Span 80, полученных методом температурной инверсии фаз. Отмечено, что при увеличении концентрации стеарата иттрия средний размер капель и флокул увеличивается, однако, процесс агрегации протекает менее интенсивно.
Ключевые слова: наноэмульсия, стеарат иттрия, метод температурной инверсии фаз, устойчивость к агрегации.
THE EFFECT OF YTTRIUM STEARATE ON THE STABILITY OF NANOEMULSIONS OF PARAFFIN OIL
Gorelkov O.P., Shirokikh A.D., Koroleva M.Y.
Mendeleev University of Chemical Technology, Moscow, Russia
In this work, we studied the effect of yttrium stearate on stability of nanoemulsions with paraffin oil, Tween 80 and Span 80, obtained by the phase inversion temperature method. It was shown that with increasing concentration of yttrium stearate, the average diameter of drops was increased but the aggregation process was slowly. Keywords: nanoemulsion, yttrium stearate, phase inversion temperature method, aggregation stability.
Наноэмульсии - это гетерогенные системы, состоящие из двух несмешивающихся жидкостей, обычно из водной и масляной фазы, имеющие размеры капель дисперсной фазы менее 100 нм [1, 2]. Прямые наноэмульсии предлагают использовать в качестве средства доставки гидрофобных лекарственных соединений, применяют в пищевой промышленности, косметике, для получения полимерных наночастиц, нанокапсул и твердых липидных наночастиц [1, 2]. В литературе упоминается применение прямых наноэмульсий для поднятия тяжелых фракций нефти [1].
Наноэмульсии являются кинетическими стабильными системами. При их образовании изменение энергии Гиббса больше нуля, в связи с этим система стремится к уменьшению поверхностной энергии. Это приводит к протеканию таких процессов, как флокуляция, седиментация и обратная седиментация, коалесценция и оствальдово созревание
[3, 4].
В работе рассмотрено влияние стеарата иттрия на размеры капель и агрегативную устойчивость наноэмульсии на основе углеводородного масла. Неионогенные поверхностно-активные вещества (ПАВ) являются нетоксичными и биосовместимыми, поэтому их применяют для получения наноэмульсий в качестве средства доставки лекарственных препаратов [4-7]. Для стабилизации использовали смесь Tween 80 и Span 80 в количестве 12,5 об.%. В качестве дисперсионной среды применяли раствор NaCl с концентрацией 0,15 М. Содержание углеводородного масла составляло 25 об.%.
Содержание стеарата иттрия варьировали от 0 до 0,4 мас.%.
Для получения наноэмульсий использовали низкоэнергетический метод температурной инверсии фаз. Стеарат иттрия растворяли в углеводородном масле при нагревании и перемешивании. Смесь ПАВ, углеводородного масла с растворенным стеаратом иттрия и раствором NaCl нагревали до 95 °С, а затем резко охлаждали на ледяной бане при перемешивании. Размер капель измеряли при помощи метода динамического светорассеяния на приборе Zeta SizerNano (Malvern).
Распределения капель по размерам имели бимодальный характер (рис. 1). На гистограммах присутствовали пики, соответствующие одиночным каплям и их агрегатам (флокулам).
а)
10 ■ 1.5 □ 3
Рис. 1. Распределения по размерам капель и агрегатов в наноэмульсиях с концентрацией стеарата иттрия: 0 (а), 0,05 (б), 0,10 (в) и 0,40 мас.% (г)
В начальный момент времени размер одиночных капель наноэмульсии без стеарата иттрия составлял
70±10 нм, флокул - 480±80 нм. Введение в систему 0,05 мас.% стеарата иттрия приводило к увеличению их размеров до 130±10 нм и 755±80 нм, соответственно. При повышении концентрации до 0,1 мас.% диаметр капель увеличился до 135±10 нм, флокул - до 825±80 нм. При увеличении концентрации до 0,4 мас.% размеры одиночных капель и их агрегатов составили 220±10 нм и 955±80 нм, соответственно. Таким образом, с увеличением концентрации стеарата иттрия в наноэмульсии увеличивался средний размер капель и флокул сразу после получения.
В процессе хранения размер капель наноэмульсии без стеарата иттрия существенно увеличивался до 200±10 нм, флокул - 755±80 нм через 1,5 ч. При концентрации 0,05 мас.% диаметр капель достиг 165±10 нм, размер агрегатов составил 870±80 нм. При увеличении концентрации стеарата иттрия до 0,1 мас.% одиночные капли укрупнялись до 165±10 нм, флокулы - до 870±80 нм за то же время. При добавлении 0,4 мас.% стеарата иттрия за 1,5 ч изменений в диаметрах одиночных капель и их агрегатов не происходило.
По прошествии 3 ч после получения наноэмульсии без стеарата иттрия размер ее капель составил 240±10 нм, размер флокул - 1220±80 нм. При повышении концентрации стеарата иттрия до 0,5 мас.% диаметр одиночных капель увеличивался до 310±10 нм, их агрегатов - до 1500±80 нм. В наноэмульсии с концентрацией 0,1 мас.% стеарата иттрия одиночные капли укрупнялись до 235±10 нм, размер флокул оставался неизменным. При увеличении концентрации до 0,4 мас.% спустя 3 ч после получения наноэмульсии диаметр капель увеличился до 255±10 нм, их агрегатов - до 1060±80 нм. Стоит отметить, что в наноэмульсии с концентрацией стеарата иттрия 0,4 мас.% наблюдался наиболее медленный рост капель. Зависимости среднего диаметра капель от концентрации стеарата иттрия с течением времени приведены на рис. 2.
0,05 0,1 0.15 0,2 0,25 Кмшсеп рации стсарл га итгрии. мас.%
Время, ч: • 0 А 1,5
Рис. 2. Зависимости среднего диаметра капель в наноэмульсиях от концентрации стеарата иттрия с течением времени
Таким образом, включение в состав стеарата иттрия способствовало увеличению агрегативной устойчивости наноэмульсий с углеводородным маслом, стабилизированных Tween 80 и Span 80. При увеличении его концентрации процесс агрегации проходил менее интенсивно, однако, увеличивались размеры капель и флокул.
Список литературы
1. Koroleva M. Y., Yurtov E. V. Nanoemulsions: the properties, methods of preparation and promising applications //Russian Chemical Reviews. - 2012. - Vol. 81 (1). - P. 21-43.
2. Koroleva M., Nagovitsina T., Yurtov E. Nanoemulsions stabilized by non-ionic surfactants: stability and degradation mechanisms //Physical Chemistry Chemical Physics. - 2018. - Vol. 20 (15). -P. 10369-10377.
3. Koroleva M. Y., Yurtov E. V. Ostwald ripening in macro-and nanoemulsions //Russian Chemical Reviews. - 2021. - Vol. 90 (3). - P. 293-323.
4. Королева М. Ю., Наговицына Т. Ю, Быданов Д. А., Юртов Е. В. Прямые наноэмульсии, стабилизированные смесями неионогенных ПАВ // Бутлеровские сообщения. — 2014. — Т. 38. - №4. — С.119-125.
5. Koroleva M. Y., Gorbachevski O. S., Yurtov E. V. Paraffin wax emulsions stabilized with polymers, surfactants, and nanoparticles //Theoretical Foundations of Chemical Engineering. - 2017. - Vol. 51 (1). - P. 125-132.
6. Широких А. Д., Королёва М. Ю., Юртов Е. В. Влияние стеарата алюминия на стабильность наноэмульсий на основе углеводородного масла с Tween 60 и Span 60 //Успехи в химии и химической технологии. - 2020. - Т. 34. - №8. - С. 115-117.
7. Наговицына Т. Ю., Королёва М. Ю., Юртов Е. В. Устойчивость наноэмульсий, стабилизированных Tween 60 и Span 60, с инкапсулированными лекарственными веществами //Успехи в химии и химической технологии. - 2016. - Т. 30. - №12 (181). - С. 43-45.
