FENÓMENOS DE COALESCENCIA EN EMULSIONES DOBLES
Una emulsión es un sistema compuesto de dos fases líquidas inmiscibles, donde una de las fases es dispersa en forma de gotas dentro de la otra fase. Existen dos tipos de emulsiones: las emulsiones de aceite en agua (O/W), y las emulsiones de agua en aceite (W/O). En la actualidad el estudio de emulsiones es de gran importancia tanto científica como tecnológica debido a las potenciales aplicaciones de las mismas. Las emulsiones son sistemas ampliamente encontrados en industrias como las de alimentos, farmacéuticas, cosméticos, agroquímicos, pinturas, petróleo, etc. En la industria alimenticia productos como cremas, mayonesas, aderezos, nieves y mantequillas son emulsiones. En la industria farmacéutica y médica, los sistemas de emulsión han sido usados desde sus inicios en la administración de drogas y aceites. Además de lo anterior, existe un número de sistemas relacionados, que aún cuando no se pueden clasificar como emulsiones, presentan características físicas y estructurales similares a las emulsiones. Tal es el caso de espumas, bicapas de lípidos en la membrana plasmática, liposomas, etc. (FIGURA 1)
En particular, el estudio de emulsiones dobles W/O/W (gotas de agua dentro de glóbulos de aceite dispersos en agua) es de gran relevancia por su aplicación en el encapsulamiento de ingredientes volátiles o químicamente sensibles (FIGURA 2). Este tipo de emulsiones permite la liberación prolongada del contenido. En el mejor escenario es deseable no sólo conocer sino controlar dicho proceso.
Figura 2
El principal mecanismo que determina la cinética de liberación del material en las emulsiones W/O/W es el fenómeno de coalescencia, de ahí que su estudio sea de interés. Existen diversos estudios experimentales dedicados a estudiar el fenómeno de coalescencia en emulsiones dobles, sin embargo, hasta el momento no se ha estudiado el efecto de la fuerza de gravedad en la evolución temporal de las mismas. Ha sido solo mediante simulación computacional que el efecto de gravedad se ha introducido al análisis. En este sentido pretendemos contribuir en completar el análisis. Para lo anterior es necesario fabricar de emulsiones dobles con glóbulos de distintos tamaños, las sustancias utilizadas para ello agua ultra pura, un surfactante hidrofílico, SDS, un surfactante lipofílico, Span 80 y dodecano. Para fabricar la emulsión doble primero se fabrica una emulsión inversa (W/O) usando una solución acuosa a 1 M de NaCl, dodecano y Span 80. Posteriormente dicha emulsión es dispersada en una solución acuosa de SDS a 1 CMC, lo cual produce una emulsión directa (O/W). Finalmente dicha emulsión es dispersada en una solución acuosa de SDS a 30 CMC, y es de esta forma que se obtiene una emulsión doble. La emulsión doble se coloca en una celda de vidrio de aproximadamente 1.5 x 1.5 cm de base y 200 micras de alto y es observada mediante la técnica de video microscopía digital, la cual consiste en colocar la celda en un microscopio óptico y montar sobre éste una cámara digital, la cual mediante el software adecuado graba imágenes del sistema cada determinado tiempo. Posteriormente, dichas imágenes son analizadas para determinar el tamaño de los glóbulos en el tiempo y a partir de dichos datos se obtiene la evolución temporal del sistema y por tanto se reconoce cada una de las etapas del fenómeno de coalescencia. (FIGURA 3 Y 4)
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FIGURA 4
La evolución temporal de los glóbulos para distintas concentraciones de surfactante se muestra en la siguiente figura. En (A) se observa la curva para sistema a una concentración de 2 % (en peso) de surfactante lipofílico, ésta puede dividirse en 4 regiones. En la primera, el fenómeno de coalescencia externa parece predominar, mientras en la segunda región el fenómeno de coalescencia interna es más importante pues el glóbulo no cambia su tamaño de manera significativa pero en su interior las gotas comienzan a coalescer entre sí forman gotas de gran tamaño. En la tercera región se observa un cambio significativo en el diámetro del glóbulo debido a la expulsión de la gota interna. Finalmente, en la cuarta región el fenómeno de coalescencia externa da lugar a un proceso lento pero constante de expulsión de agua hacia el medio continuo.
En (B), (C) y (D) se observa la evolución temporal para concentraciones de surfactante lipofílico de 1, 0.5 y 0.1 % (en peso), respectivamente. Estos sistemas comparte la misma fenomenología: la curva de evolución puede dividirse en 2 regiones, en la primera el fenómeno de coalescencia externa es más relevante, mientras en la segunda la coalescencia interna y externa están presentes de manera importante, dando lugar a la formación de grandes gotas al interior del glóbulo y a su vez una disminución gradual en el diámetro del mismo. La escala de tiempo es el factor que se ve más modificado con la variación del surfactante lipofílico. Actualmente trabajos en la formulación de un modelo primitivo que nos permita predecir y explicar el comportamiento observado. El objetivo a futuro es refinar dicho modelo de manera que nos permita predecir con mayor exactitud el comportamiento de emulsiones dobles del tipo agua en aceite en agua y nos proporcione información para extender el estudio a sistemas análogos.