[論文レビュー] A Novel Algorithm for the Estimation of the Surfactant Surface Excess at Emulsion Interfaces

Germán Urbina-Villalba, Sabrina Di Scipio+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 6, 2014

Surfactants and Colloidal Systems参考文献 38被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、実験的界面張力およびゼータ電位データを理論的モデルと整合させることで、エマルジョン界面における界面活性剤の表面過剰を推定する新規なアルゴリズムを提示している。この手法により、マクロな吸着等温線とナノエマルジョンドロップ上での実際の界面活性剤集積量との間で顕著な乖離が明らかになった。本手法により、塩濃度が変化する条件下でもヘキサデカン／水ナノエマルジョンにおける相互作用ポテンシャルの正確な計算が可能になった。

ABSTRACT

When the theoretical values of the interfacial tension -resulting from the homogeneous distribution of ionic surfactant molecules amongst the interface of emulsion drops- are plotted against the total surfactant concentration, they produce a curve comparable to the Gibbs adsorption isotherm. However, the actual isotherm takes into account the solubility of the surfactant in the aqueous bulk phase. Hence, assuming that the total surfactant population is only distributed among the available oil/water interfaces, one can calculate what surface concentration is necessary to reproduce the experimental values of the interfacial tension. A similar procedure can be followed using the zeta potential of the drops as a standard for a given set of salt and surfactant concentrations. We applied these procedures to the case of hexadecane/water nanoemulsions at different salt concentrations. This information was used to compute typical interaction potentials between non-deformable nanoemulsion drops. The results indicate that there are significant differences between the surfactant population expected from macroscopic adsorption isotherms, and the actual surfactant popula- tion adsorbed to the surface of nanoemulsion drops.

研究の動機と目的

• マクロな界面活性剤吸着等温線とナノエマルジョン界面における実際の界面活性剤集積量との差異を解消すること。
• 実験的界面張力およびゼータ電位測定値を用いて、表面過剰をより正確に推定する計算手法を開発すること。
• 塩濃度がヘキサデカン／水ナノエマルジョンにおける界面活性剤分布および界面挙動に与える影響を定量化すること。
• 非変形性ナノエマルジョン系における粒子間相互作用ポテンシャルを信頼性高く予測可能にするために、本手法を提供すること。

提案手法

• アルゴリズムは、界面張力の測定値を全界面活性剤濃度に対してプロットし、観測された張力と一致するための表面過剰を推定する。
• 界面活性剤が水相に溶解可能であることを考慮し、界面に存在する界面活性剤のみが張力低下に寄与すると仮定する。
• 固定された塩濃度および界面活性剤濃度におけるゼータ電位測定値を、表面過剰推定の第二の検証基準として用いる。
• 界面張力データから表面過剰を導出するために、修正されたギブズ吸着等温式を適用する。
• 得られた表面過剰値を用いて、非変形性ナノエマルジョンドロップ間の有効な相互作用ポテンシャルを計算する。
• 本手法は、ヘキサデカン／水ナノエマルジョンにおいて複数の塩濃度で検証された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ナノエマルジョンドロップ上での実際の界面活性剤表面過剰は、マクロな吸着等温線からの予測とどのように異なるか？
• RQ2 塩濃度および界面活性剤濃度を変化させた条件下で、界面張力とゼータ電位の測定値はどの程度相関するか？
• RQ3 ゼータ電位データは、エマルジョンにおける表面過剰推定の二次的基準として信頼性を持って使用可能か？
• RQ4 塩濃度は、ナノエマルジョンにおける界面活性剤分布および界面挙動にどのように影響を与えるか？
• RQ5 表面過剰の偏差は、ナノエマルジョンにおける粒子間相互作用のモデル化にどのような意味を持つのか？

主な発見

• アルゴリズムは、実験的界面張力およびゼータ電位データと理論的表面過剰推定値を効果的に統合した。
• マクロな吸着等温線とナノエマルジョン界面に実際に吸着した界面活性剤集積量との間に顕著な乖離が確認された。
• 界面張力およびゼータ電位から導出された表面過剰値は、塩濃度が変化しても一貫した整合性を示した。
• 非変形性ナノエマルジョンドロップ間の計算された相互作用ポテンシャルは、補正済み表面過剰値に敏感に応答した。
• 本手法により、バルク相における界面活性剤の溶解度を無視すると、界面に存在する界面活性剤濃度が系統的に低く見積もられることを明らかにした。
• 結果は、ナノエマルジョン系における表面過剰推定を改善するためには、実験的界面特性を活用する必要があることを示した。