مقدمه‌ای بر نانوامولسیون ها و ویژگی‌های آن – بخش 1
نانوامولسیون ها سامانه‌های شفّاف یا نیمه‌شفافی‌اند که اندازه‌ی قطر آن‌ها اغلب بین 20 تا 200 نانومتر و توزیع اندازه‌ی ذرات آن‌ها باریک است. امولسیون‌ها با قطرات نانومتری اغلب با عنوان‌های مینی‌امولسیون‌ها، نانوامولسیون‌ها، امولسیون‌های فوق ریز، امولسیون‌های زیرمیکرون و غیره در مقالات آورده شده‌اند. البتّه عبارت نانوامولسیون ترجیح داده می‌شود. زیرا علاوه‌بر این‌که اندازه‌ی قطرات در مقیاس نانو است، عبارتی است که از سوءتعبیر با عبارت میکروامولسیون جلوگیری می‌کند. برخلاف میکروامولسیون‌ها (که آن‌ها نیز شفّاف و نیمه‌شفاف و از نظر ترمودینامیکی پایدارند) نانوامولسیون‌ها فقط از نظر سینتیکی پایدارند. بنابراین، پایداری فیزیکی بلندمدت نانوامولسیون‌ها (بدون وقوع به‌هم‌پیوستگی یا انعقاد) آن‌ها را غیرعادّی می‌سازد و بعضاً تحت عنوان «پایداری ترمودینامیکی تقریبی» ارجاع داده می‌شود.
دلیل مستقیم ناپایداری ترمودینامیکی نانوامولسیون‌ها، وابستگی خواص آن‌ها به‌روش تهیه‌شان است. نانوامولسیون‌ها به‌واسطه‌ی اندازه‌شان با چشم غیرمسلّح، شفّاف یا نیمه‌شفاف به‌نظر می‌رسند و در برابر ته‌نشینی و خامه‌ای‌شدن پایدارند.
این خواص، نانوامولسیون‌ها را برای مطالعات بنیادی و کاربردهای عملی (مانند شیمیایی، داروسازی، آرایشی و غیره) جالب می‌سازد. پایداری کلوئیدی ذاتی بالای نانوامولسیون‌ها با بررسی پایداری فضایی آن‌ها درک می‌شود (هنگام استفاده از سورفکتنت‌های غیریونی و پلیمرها). چگونگی این پایداری نیز که تحت تأثیر نسبت ضخامت لایه‌ی جذب‌شده به‌شعاع قطره قرار می‌گیرد، در ادامه بحث می‌شود. این امکان وجود دارد که نانوامولسیون‌ها به‌علت افزایش اندازه‌ی قطرات، شفافیتشان را با گذشت زمان از دست بدهند. البته می‌توان با روش تهیه‌ی مناسب (برای کنترل توزیع اندازه‌ی قطرات) و پایدارسازی در برابر رشد اسوالد مانع آن شد. شایان ذکر است رشد اسوالد هنگامی رخ می‌دهد که روغن حلّالیّت محدودی در حد واسط پیوسته داشته باشد. با انتخاب مناسب اجزای سامانه و روش تهیه، نانوامولسیون‌های شفاف نوری و پایداری سینتیکی قابل تولیدند. نانوامولسیون‌های روغن در آب از مدّت‌ها قبل، به‌ویژه به‌عنوان نانورآکتورها برای پلیمری‌شدن کاملاً بررسی شده‌اند. در مقابل، نانوامولسیون‌های آب در روغن به‌تازگی مورد بحث قرار گرفته‌اند.
یکی از روش‌های عبوری مورد استفاده برای بررسی خواص نوری امولسیون‌ها، شکست مضاعف است. در سامانه‌های دارای خاصیّت شکست مضاعف، ضریب شکست در راستای موازی با محور تابش پلاریزان و در جهت عمود بر آن متفاوت است؛ یعنی ضریب شکست به‌زاویه‌ی تابش نور پلاریزان بستگی دارد. دلیل شکست مضاعف در یک امولسیون، ضریب شکست‌های متفاوت نور پلاریزان ناشی از جابه‌جا شدن یک فاز به‌فاز دیگر است (معمولاً به‌علّت وجود نظم مولکولی در سامانه‌ی امولسیون) طبق اظهارات محقّقان برای سامانه‌ی میکروامولسیون تحت وارونگی فازی (یعنی آب در روغن به‌روغن در آب) فاز تیره‌ی حد واسط، شکست مضاعف نشان می‌دهد.
علاوه‌بر کاربرد نانوامولسیون‌ها (نسبت به‌ماکروامولسیون‌ها) در مواد آرایشی-بهداشتی و مراقبت سلامتی، این مواد به‌علّت مزایای زیر جذّابیّت فراوانی یافته‌اند:
1) اندازه‌ی بسیار کوچک قطرات باعث کاهش زیادی در نیروی گرانش می‌شود و ممکن است حرکت براونی برای غلبه بر گرانش کافی باشد. این بدین معنا است که هنگام نگهداری هیچ‌گونه خامه‌ای‌شدن یا ته‌نشینی رخ نمی‌دهد.
2) اندازه‌ی کوچک قطره، از انعقاد قطرات جلوگیری می‌کند. این موضوع سامانه را قادر می‌سازد تا بدون جداسازی، پراکنش‌یافته باقی بماند.
3) از آن‌جا که قطرات کوچک در برابر تجمع پایدار و غیرقابل‌تغییر شکل‌اند، بنابراین از افت و خیز و نوسان سامانه جلوگیری می‌شود. علاوه‌براین، ضخامت مناسب فیلم سورفکتانت (نسبت به‌شعاع قطره) از نازک‌شدن یا فروپاشی فیلم مایع بین قطرات جلوگیری می‌کند.
4) نانوامولسیون‌ها برای رساندن مؤثّر اجزای فعّال از طریق پوست مناسبند. سطح مؤثر زیاد سامانه‌ی امولسیونی اجازه می‌دهد که مواد فعّال سریع نفوذ کنند.
5) نانوامولسیون‌ها به‌واسطه‌ی اندازه‌ی ریزشان از سطح زبر و ناهموار پوست نفوذ می‌کند و این پدیده باعث افزایش نفوذ مواد فعّال می‌شود.
6) طبیعت شفّاف سامانه، سیالیت آن (در غلظت‌های قابل‌قبول روغن) بدون حضور هیچ غلیظ‌کننده‌ای، شاخصه‌های زیبایی‌سازی و مطبوع آن‌ها را در تماس با پوست فراهم می‌کند.
7) برخلاف میکروامولسیون‌ها (که به‌غلظت بالای سورفکتانت نیاز دارد، معمولاً 20 درصد یا بالاتر)، نانوامولسیون‌ها می‌توانند با استفاده از غلظت معین و معقول سورفکتانت تهیّه شوند. برای نانوامولسیون روغن در آب 20 درصد، غلظت سورفکتانت در محدوده‌ی 5 تا 10 درصد کافی است.
8) اندازه‌ی کوچک قطرات به‌آن‌ها این امکان را می‌دهد که به‌طور یکنواخت روی سوبستراها نشانده شوند. خیس‌شدن، گسترده‌شدن و نفوذکردن نیز به‌واسطه‌ی کشش سطحی پایین کل سامانه و کشش بین سطحی قطرات (روغن در آب) انجام می‌شود.
گردآورنده: مهدیار یافتیان- شرکت سیماب رزین
بخوانید: سنتز چسب های فشار حساس
مرجع
مهدویان، ع.؛ عبداللهی، م.؛ اشجاری، م.؛ از پلیمریزاسیون امولسیونی تا نانوامولسیون‌ها (اصول و کاربردها)، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، چاپ اول، ص. 243 تا 247، 1387.
