Loading article…
マイクロエマルジョンは、油、水、界面活性剤の透明で熱力学的に安定した等方性液体混合物で、共界面活性剤と組み合わせられることが多い。水相には塩やその他の成分が含まれる場合があり、「油」は実際にはさまざまな炭化水素の複雑な混合物である可能性がある。通常のエマルジョンとは対照的に、マイクロエマルジョンは成分を単に混合するだけで形成され、通常のエマルジョンの形成に一般的に使用される高せん断条件を必要としない。マイクロエマルジョンの 3 つの基本的なタイプは、直接型 (油が水中に分散、o/w)、逆型 (油に水が分散、w/o)、および両連続型である。
マイクロエマルジョンなどの三成分系では、界面活性剤とともに 2 つの混ざらない相 (水と「油」) が存在し、界面活性剤分子は油と水の界面で単分子層を形成し、界面活性剤分子の疎水性末端は油相に溶解し、親水性頭部は水相に溶解します。
IUPACの定義
マイクロエマルジョン: 水、油、界面活性剤から作られた分散液で、分散ドメインの直径がおよそ 1 ～ 100 nm、通常は 10 ～ 50 nm の範囲で変化する等方性で熱力学的に安定したシステムです。
注 1 : マイクロエマルジョンでは、分散相のドメインは球状であるか、相互接続されています (二連続マイクロエマルジョンを形成するため)。
注2 ：マクロエマルジョン（通常「エマルジョン」と呼ばれる）中の液滴の平均直径は1ミリメートル（すなわち10 −3 m）に近い。したがって、ミクロは10 −6を意味し、エマルジョンは分散相の液滴の直径が10 −3 mに近いことを意味するため、マイクロエマルジョンは分散相のサイズ範囲が10 −6 × 10 −3 m = 10 −9 mの範囲にあるシステムを指す。
注3：「マイクロエマルジョン」という用語は特別な意味を持つようになりました。分散相の実体は通常、界面活性剤および/または界面活性剤-共界面活性剤（例：脂肪族アルコール）システムによって安定化されます。
注4：「油」という用語は、水に溶けない液体を指します。[1]
マイクロエマルジョン重合:出発システムがマイクロエマルジョンであり、最終ラテックスは水性媒体中に分散したポリマーのコロイド粒子を含むエマルジョン重合。
注：マイクロエマルジョン重合で形成されるポリマー粒子の直径は通常10～50nmである。[2]
用途
マイクロエマルジョンには商業的に重要な用途が数多くあります。
これらのシステムに関する研究の多くは、多孔質砂岩に閉じ込められた石油を移動させて石油回収率を向上させるために使用できる可能性があることを動機としています。これらのシステムを使用する基本的な理由は、マイクロエマルジョン相が別の油相または水相との界面張力が非常に低い場合があり、低速の流れや低圧力勾配の条件でもそれらを固体相から放出または移動させることができるためです。
マイクロエマルジョンには工業的用途もあり、その1つはポリマーの合成です。マイクロエマルジョン重合は、モノマー、フリーラジカル、その他の種（連鎖移動剤、共界面活性剤、阻害剤など）が水相と有機相の間を移動する複雑な不均一プロセスです。[4]他の不均一重合プロセス（懸濁液またはエマルジョン）と比較して、マイクロエマルジョン重合はより複雑なシステムです。重合速度は、相間のモノマー分配、粒子の核形成、およびラジカルの吸着と脱着によって制御されます。粒子の安定性は、界面活性剤の量と種類、および分散媒体のpHによって影響を受けます。[5] また、ナノ粒子を作成するプロセスでも使用されます。
マイクロエマルジョン重合の反応速度論はエマルジョン重合の反応速度論と多くの共通点があり、その最も特徴的な点は区画化です。区画化では、粒子内部で成長するラジカルが互いに分離されるため、停止が大幅に抑制され、結果として重合速度が速くなります。
理論
マイクロエマルジョンの形成、安定性、相挙動に関するさまざまな理論が長年にわたって提唱されてきました。たとえば、マイクロエマルジョンの熱力学的安定性に関する 1 つの説明では、油/水分散液は存在する界面活性剤によって安定化され、その形成には油/水界面の界面活性剤膜の弾性特性が関係しており、これには膜の曲率と剛性というパラメーターが含まれます。これらのパラメーターには、想定または測定された圧力および/または温度依存性 (および/または水相の塩分濃度) がある場合があり、これを使用してマイクロエマルジョンの安定領域を推測したり、たとえば 3 つの相が共存する領域を描写したりできます。油相または水相が共存するマイクロエマルジョンの界面張力の計算も、しばしば特別な焦点となり、ときにはその定式化のガイドとして使用されることがあります。
歴史と用語
マイクロエマルジョンという用語は、 1943 年にケンブリッジ大学の化学教授である TP Hoar と JH Shulman によって初めて使用されました。これらのシステムには、透明エマルジョン、膨潤ミセル、ミセル溶液、可溶化油などの別名がよく使用されます 。さらに紛らわしいことに、マイクロエマルジョンという用語は、油、水、界面活性剤の混合物である単一の等方性相、または共存する主に油および/または水性相と平衡状態にある相、さらには他の非等方性相を指すこともあります。2 成分系 (水/界面活性剤または油/界面活性剤) と同様に、さまざまな種類の自己組織化構造を形成できます。たとえば、(反転した) 球状および円筒状のミセルから、主に油または水性相と共存するラメラ相および二連続マイクロエマルジョンまで多岐にわたります。 [6]
相図
マイクロエマルジョンドメインは、通常、三成分相図を作成することで特徴付けられます。マイクロエマルジョンを形成するための基本的な要件は、2 つの混和しない液体と界面活性剤の 3 つの成分です。マイクロエマルジョンの大部分は、混和しない液体のペアとして油と水を使用します。共界面活性剤を使用する場合、界面活性剤に対する固定比率で単一の成分として表され、単一の「疑似成分」として扱われることがあります。これらの 3 つの成分の相対量は、三成分相図で表すことができます。 ギブス相図は、さまざまな相の体積分率の変化がシステムの相挙動に与える影響を示すために使用できます。
システムを構成する 3 つのコンポーネントは、それぞれ三角形の頂点にあり、対応する体積分率は 100% です。その頂点から離れるほど、その特定のコンポーネントの体積分率は減少し、他の 2 つのコンポーネントの 1 つまたは両方の体積分率は増加します。三角形内の各点は、3 つのコンポーネントまたは疑似コンポーネントの混合物の可能な構成を表し、(理想的には、ギブスの相則に従って) 1 つ、2 つ、または 3 つの相で構成される場合があります。これらの点が組み合わさって、その間に境界がある領域を形成し、これが一定の温度と圧力でのシステムの「相挙動」を表します。
しかし、ギブス相図は、システムの状態を経験的に視覚的に観察したものであり、特定の組成内の真の相の数を表す場合と、表さない場合があります。一見透明な単相配合物でも、複数の等方相で構成されている場合があります (例: 一見透明なヘプタン/ AOT /水マイクロエマルジョンは複数の相で構成されています)。これらのシステムは他の相と平衡状態にある可能性があるため、多くのシステム、特に 2 つの混和しない相の両方の体積分率が高いシステムは、この平衡を変えるもの (高温または低温、表面張力調整剤の添加など) によって簡単に不安定化する可能性があります。
しかし、比較的安定したマイクロエマルジョンの例も見つかります。自動車のエンジン オイルに蓄積した酸を除去するメカニズムには、水相の体積が少ない油中水 (w/o) マイクロエマルジョンが関係していると考えられています。理論的には、水性酸液滴がエンジン オイルを通ってオイル内の微細分散炭酸カルシウム粒子に輸送されるのは、水性液滴が 1 つの水素イオンを輸送できるほど小さい場合 (液滴が小さいほど、酸性水液滴の数が多くなり、中和が速くなります) に最も効率的であるはずです。このようなマイクロエマルジョンは、かなり広い範囲の高温で非常に安定していると考えられます。
参考文献
- ^ Slomkowski, Stanislaw (2011). 「分散系におけるポリマーおよび重合プロセスの用語（IUPAC勧告2011）」（PDF） .純粋および応用化学. 83 (12): 2229–2259. doi :10.1351/PAC-REC-10-06-03.
- ^ Slomkowski, Stanislaw (2011). 「分散系におけるポリマーおよび重合プロセスの用語（IUPAC勧告2011）」（PDF） .純粋および応用化学. 83 (12): 2229–2259. doi :10.1351/PAC-REC-10-06-03.
- ^ Gibaud, Stéphane (2012). 「経口投与用マイクロエマルジョンとその治療への応用」(PDF) .薬物送達に関する専門家の意見. 9 : 937–951. doi :10.1517/17425247.2012.694865. PMID 22663249.
- ^ 「アクリルアミド-アルキルアクリルアミド共重合体を製造するためのマイクロエマルジョンプロセス」、SR Turner、DB Siano、J. Bock、米国特許第4,521,580号、1985年6月。
- ^ オバンド＝メディナ、ヴィクトール M.;メンディサバル、エドゥアルド。ペラルタ、ルネ D. (2005 年 5 月)。 「マイクロエマルジョン共重合の反応速度モデリング」。ポリマー速報。54 (1-2): 129-140。土井：10.1007/s00289-005-0369-2。
- ^ Hoar , TP; Schulman, JH (1943 年 7 月)。「透明な油中水分散液: オレオパシー ハイドロミセル」。Nature . 152 (3847): 102–103. doi :10.1038/152102a0。