Mithilfe von Nanopartikeln und Tensiden haben Chemiker scheinbar wie von Zauberhand eine Emulsion reversibel „verwandelt“: Von einer Öl-in-Wasser in eine Wasser-in-Öl und wieder zurück. Diese so genannte doppelte Inversion erreichten sie ohne großen Aufwand allein durch die sukzessive Zugabe eines Tensids.
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Öl und Wasser sind nicht mischbar. Trotzdem ist es möglich, beide zu einer einheitlich wirkenden Emulsion zu vereinigen, wie so alltägliche Produkte wie Creme, Bodylotion, Milch oder Mayonnaise zeigen. Die eine Flüssigkeit liegt dabei als kleine Tröpfchen fein verteilt in der anderen Flüssigkeit vor. Ein Emulgator und kräftiges Schütteln oder Rühren sind dazu notwendig. Ob dabei Öltröpfchen in Wasser (O/W) oder Wassertröpfchen in Öl (W/O) schwimmen, hängt von verschiedenen Faktoren ab.
Aufgabe des Emulgators ist es, die Bildung von Tröpfchen zu erleichtern und der Entmischung entgegenzuwirken. Neben Tensiden, Stoffen, die beispielsweise in Spülmittel enthalten sind, wirken auch feine Feststoffteilchen stabilisierend. So wird etwa Senfpulver schon seit langem zur Stabilisierung von Mayonnaise eingesetzt. Sowohl Tenside als auch Partikel setzen sich an der Phasengrenze der beiden Flüssigkeiten ab und hindern die Tröpfchen daran zusammenzufließen.
Viele kommerzielle Rezepturen enthalten sowohl Tenside als auch Feststoffteilchen.
Ändert man die Bedingungen, kann es zu einer so genannten Phaseninversion kommen, aus einer O/W- kann plötzlich eine W/O-Emulsion werden, beipsielsweise durch Zugabe von immer mehr Tensid – an sich kein großes Kunststück.
Bernard P. Binks und Johnny A. Rodrigues von der University of Hull haben jetzt aber Erstaunliches geschafft: eine doppelte Inversion.
Ihr Ausgangssystem enthält Silica-Nanopartikel und eine geringe Menge eines Tensids mit einer wasserfreundlichen, positiv geladenen Kopfgruppe und zwei unpolaren, wasserabweisenden Schwänzen. Die winzigen Silica-Kügelchen sind negativ geladen, hydrophil und sehr gut von Wasser benetzbar. In diesem Zustand stabilisieren sie Öltröpfchen in Wasser (O/W). Wird mehr Tensid zugegeben, lagert sich eine Schicht aus Tensid-Molekülen um die Kügelchen. Dabei ragen die hydrophoben Schwänze nach außen. Die Kügelchen sind nun wie mit einer hydrophoben Schicht überzogen. Jetzt sind sie von Wasser sehr schlecht benetzbar, stoßen sich nicht mehr gegenseitig ab und beginnen zu aggregieren. Die Emulsion durchläuft die erste Inversion zu W/O.
Wird nun weiter Tensid zugegeben, lagern sich diese Moleküle mit ihren Schwänzen an die nach außen ragenden Schwänze der ersten Tensid-Schicht an. Es entsteht eine Doppelschicht um die Küglechen. Dabei zeigen nun die positiv geladenen Kopfgruppen nach außen, die Kügelchen tragen wieder eine geladene, hydrophile Oberfläche. Nun stabilisieren sie wieder Öltröpfchen in der Wasserphase. Die Emulsion durchläuft die zweite Inversion zurück zu O/W.
(Gesellschaft Deutscher Chemiker, 20.06.2007 – NPO)
