Temperature-responsive Pickering Emulsions Stabilized by Poly(Ethylene Glycol)-Functionalized Silica Particles
Résumé
Particle-stabilized emulsions, also called Pickering emulsions, are more stable than conventional emulsions. Pickering emulsions may be useful for reducing the surfactants amount and so, the risk for health and environment. Although a long-term stability is generally the final aim of a formulation process for food, cosmetics, paints, etc., a transitory stability (i.e. on demand destabilization) might be wanted for other applications such as emulsions polymerization, oil recovery or catalyst recovery in order to collect the product of interest. In these cases, additional disruption mechanisms need to be introduced to achieve the destabilization of the system, which may increase the costs and the energy consumption.
Polyethylene glycol (PEG) is a water-soluble and temperature-responsive polymer. The temperature increase induces a modification of the conformation of the polyoxoethylene chains (from polar to nonpolar due to dehydration of the ethylene oxide units). Surface active particles are more attractive than surfactants since they form much more stable emulsions. The use of PEG adsorbed onto the silica surface may induce the release of some PEG molecules in one of the two phases when the emulsion is destabilized. One way to overcome this issue is to covalently bind the PEG onto the silica NPs.
Herein, we report on the elaboration and characterization of temperature-responsive Pickering emulsions stabilized with PEG-functionalized silica particles. The particles were prepared through a one-step synthesis based on the hydrolysis and condensation of the silica precursor in the presence of PEG. The physicochemical properties of the NPs have been thoroughly characterized before the preparation of emulsions. We find that PEG-functionalized silica particles form temperature-responsive Pickering emulsions with oils of different nature. These emulsions undergo a clear temperature-triggered destabilization when heated.
Les émulsions stabilisées par des particules, également appelées émulsions de Pickering, sont plus stables que les émulsions conventionnelles. Les émulsions de Pickering peuvent être utiles pour réduire la quantité de tensioactifs et donc les risques pour la santé et l'environnement. Bien qu'une stabilité à long terme soit généralement l'objectif final d'un processus de formulation pour les aliments, les cosmétiques, les peintures, etc., une stabilité transitoire (c'est-à-dire une déstabilisation à la demande) peut être souhaitée pour d'autres applications telles que la polymérisation des émulsions, la récupération du pétrole ou la récupération du catalyseur afin de collecter le produit d'intérêt. Dans ces cas, des mécanismes de perturbation supplémentaires doivent être introduits pour réaliser la déstabilisation du système, ce qui peut augmenter les coûts et la consommation d'énergie.
Le polyéthylène glycol (PEG) est un polymère soluble dans l'eau et sensible à la température. L'augmentation de la température induit une modification de la conformation des chaînes de polyoxoéthylène (de polaire à non polaire en raison de la déshydratation des unités d'oxyde d'éthylène). Les particules tensioactives sont plus intéressantes que les surfactants car elles forment des émulsions beaucoup plus stables. L'utilisation de PEG adsorbé à la surface de la silice peut induire la libération de certaines molécules de PEG dans l'une des deux phases lorsque l'émulsion est déstabilisée. Une façon de résoudre ce problème est de lier de manière covalente le PEG aux NP de silice.
Nous présentons ici l'élaboration et la caractérisation d'émulsions de Pickering sensibles à la température et stabilisées par des particules de silice fonctionnalisées au PEG. Les particules ont été préparées par une synthèse en une étape basée sur l'hydrolyse et la condensation du précurseur de silice en présence de PEG. Les propriétés physicochimiques des particules ont été soigneusement caractérisées avant la préparation des émulsions. Nous constatons que les particules de silice fonctionnalisées au PEG forment des émulsions de Pickering sensibles à la température avec des huiles de nature différente. Ces émulsions subissent une déstabilisation nette déclenchée par la température lorsqu'elles sont chauffées.