ПЕНЫ И ЭМУЛЬСИИ, СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ ЧАСТИЦАМИ БЕНТОНИТОВОЙ ГЛИНЫ
О. А. Сацкевич, В. А. Ерасов, Е. В. Еськова, Б. В. Покидько, М. Ю. Плетнев
ФГБОУ ВПО Московский государственный университет тонких химических технологий (МИТХТ) им. М. В. Ломоносова, пр. Вернадского, 86, 119571 Москва
Пены и эмульсии представляют собой дисперсные системы (ДС), которые часто используются в средствах косметики и личной гигиены. Качество и стойкость пены важны в средствах для принятия ванн и душа, в шампунях и зубных пастах, а эмульсионная форма наиболее типична для косметических кремов и лосьонов. Пены и эмульсии термодинамически не устойчивы, они в той или иной мере подвержены коагуляции и расслоению как при хранении, так и внешнем воздействии. Относительный вклад разных механизмов в неустойчивость ДС существенно зависит от ее состава и физико-химических характеристик. Относительно мало изученным остается влияние присутствия в них твердых частиц.
В данной работе были исследованы дисперсность, устойчивость, реологические характеристики водных пен и эмульсий, полученных с использованием высокоскоростных перемешивающих устройств. В пенообразующий состав, наряду с ПАВ (INCI: кокамидопропилбетаин, Amphotenzid B-4 Conc, Zschimmer & Schwarz) и ВМС (камедью ксантана, Kelzan, Kelco), вводили тонкодисперсную Na+-бентонитовую глину. Дисперсионный анализ пен проводили с помощью USB-микроскопа (× 20), фото обрабатывали, используя программу «Image J». Реологические свойства ДС исследовали с помощью ротационного вискозиметра «Полимер РПЭ-2М», который модифицировали для определения синересиса пены в зависимости от скорости деформации. Модельные прямые М/В эмульсии жидкого вазелинового масла (20% об.) получали с использованием в качестве эмульгатора дисперсии Na+-бентонита, обладающего высокой катионообменной емкостью (более 100 мг-экв/ 100 г). По своей природе бентонит гидрофилен, и для придания сродства к масляной фазе его модифицировали бис(2-гидрокси-этил)олеиламином (INCI: ПЭГ-2 олеамин, Ethomeen O/12, Akzo Nobel), как таковым либо переведенным частично или полностью в солевую форму соляной кислотой. Определяли устойчивость, дисперсность и вязкость эмульсий.
Средний диаметр пузырьков пены, стабилизированной только Amphotenzid B-4 Conc, линейно растет во времени, а капиллярное давление падает, что свидетельствует о быстром разрушении и обезвоживании пены. Укрупнение пузырьков замедляется при добавлении камеди ксантана и, особенно сильно, в случае дополнительного ввода бентонитовой глины. Добавка глины мало сказывается на предельном напряжении сдвига пены, снижает ее начальную эффективную вязкость, а также синерезис, особенно в покое и при малых скоростях сдвига. Видимо, ориентируясь вдоль поверхности пенных пленок и в направлении сдвигового усилия, пластинчатые частицы глины снижают диффузионный перенос газа и укрупнение пузырьков пены. При некотором предельном напряжении сдвига в стабизизированных частицами пенах обычно наблюдается переход от твердообразного поведения к пластическому (бингамовскому) течению, характерному для жидкостей, а их эффективная вязкость при этом убывает с ростом скорости сдвига.
Устойчивость эмульсии вазелинового масла в воде, стабилизированной органо-модифицированным бентонитом с Ethomeen O/12, достигается при частичной нейтрализации кислотой этого амина, которая отвечает вполне определенной степени гидрофобизации и оптимуму стабилизирующих свойств глинистых частиц. Тонкодисперсные частицы бентонита, как таковые или катионномодифицированные, представляют большой интерес в качестве стабилизаторов пен и эмульсий, обеспечивая экологически чистую и экономичную альтернативу ПАВ и полимерам.
FOAMS AND EMULSIONS STABILISED BY BENTONITE CLAY PARTICLES
О.А. Satskevich, V.А. Erasov, Е.V. Eskova, B. V. Pokidko, and М.Y. Pletnev
Department of Colloid Chemistry, The Moscow M. V. Lomonosov University of Fine Chemical Technologies, 119571 Moscow, Russian Federation
Foams and emulsions are disperse systems, which are widely used in cosmetics and personal care formulations. Quality and stability of foam are important for the bath and shower aids, shampoos and toothpastes whereas emulsion form is most typical for cosmetic creams and lotions. Foams and emulsions are thermodynamically not stable systems, they are more or less susceptible to coagulation and phase separation during storage and external effects. Relative contribution of the different breaking effects to the instability of the dispersions depends mainly on their composition and physicochemical characteristics. Action of the solid particles therein remains relatively undisclosed phenomenon.
In this study, dispersion analysis, stability and rheological behaviour of aqueous foams and emulsions prepared using high speed mixers were investigated. Foaming compositions contain finely dispersed Na+-bentonite clay, along with surfactant (INCI: Cocamidopropyl Betaine, Amphotenzid B-4 Conc, Zschimmer & Schwarz) and biopolymer (Xanthan Gum Kelzan, Kelco). Dispersion analysis was performed using horizontal USB-microscope (× 20), and photos were handled using the “Image J” programme. Rheological properties of disperse systems were investigated using a rotational viscometer “Polymer RP-2M”, which was modified for measuring foam drainage depending on the shear rate. Model direct M/W emulsions of liquid vaseline oil (20% vol.) in water were prepared using the dispersion of Na+-bentonite with a high cation-exchange capacity (100 mEq/100 g or more) as an emulsifier. Bentonite is a material of hydrophilic nature, so to imparting the affinity to the oil phase, its surface was modified by bis(2-hydroxyethyl)oleylamine (INCI: PEG-2 Oleamine, Ethomeen O/12, Akzo Nobel), used as such and partially or completely converted into the salt form by hydrochloric acid. Emulsion stability, the size composition and viscosity were determined.
The average diameter of foam bubbles stabilised only by Amphotenzid B-4 Conc increases linearly with time, whereas the capillary pressure decreases indicating rapid drainage and destruction of the foam. Coarsening of foam bubbles slows down when adding xanthan gum and especially in the case of the extra addition of bentonite clay. The clay additive has little effect on the yield stress of the foam and reduces its initial effective viscosity and drainage especially at the rest and at low shear rates. Apparently, oriented along the foam films and in the direction of shear, lamellar clay particles reduce gas diffusion transfer between bubbles and consolidation of foam bubbles. At a certain critical shear stress, transition in particle-stabilised foams is typical from the specific solid-like behaviour to the plastic (Bingham) flow, while their effective viscosity decreases with increasing the shear rate.
Stability of the vaseline oil-in-water emulsion prepared with bentonite modified by Ethomeen O/12 is achieved by the partial acidic neutralization of the amine that corresponds to a definite degree of hydrophobisation and optimum stabilising action of clay particles. Finely disperse bentonite clay particles, as such or cationically modified, are of great interest as stabilisers of foams and emulsions providing an eco-friendly and cost-effective alternative for surfactants and polymers.
Основные порталы (построено редакторами)