Des chercheurs de l'ETH dirigés par Lucio Isa ont développé des microparticules avec un surface semblable à la framboise qui stabilise les émulsions selon un nouveau principe.

Des chercheurs dirigés par Lucio Isa, Professeur d'Interfaces, Matière molle et assemblage au département des matériaux de l'ETH Zurich, ont créé un nouveau type de particule de silice capable de stabiliser les émulsions d'une nouvelle manière. Une émulsion est un mélange finement dispersé de deux liquides non miscibles, constitué de gouttelettes d'un liquide dispersées dans le second.

Un exemple de tous les jours est une vinaigrette à base d'huile et de vinaigre :ses principaux constituants, vinaigre (efficacement de l'eau) et de l'huile, ne pas mélanger seuls et doit être fouetté vigoureusement pour créer un mélange uniforme. Si ce mélange est laissé au repos, les gouttelettes de vinaigre finement dispersées fusionneront à nouveau et les liquides se sépareront complètement.

Différents émulsifiants nécessaires

C'est pourquoi il est nécessaire de stabiliser les émulsions; ceci peut être réalisé en utilisant de nombreux émulsifiants différents, tels que les tensioactifs, polymères ou protéines. Dès le début des années 1900, les chimistes britanniques W. Ramsden et S. U. Pickering ont également démontré que les émulsions pouvaient être stabilisées à l'aide de particules solides très fines, telles que les particules sphériques de silice (SiO2).

Dans ce processus, les particules pénètrent spontanément et se lient à l'interface entre les deux liquides. Ils forment une sorte d'armure autour des gouttelettes et empêchent leur fusion, stabilisant ainsi l'émulsion pratiquement indéfiniment. Cependant, jusqu'à maintenant, cela nécessitait deux types de particules :celles à surfaces hydrophiles, c'est-à-dire la plupart du temps assis dans l'eau, qui stabilisent uniquement les émulsions huile-dans-eau et celles à surfaces hydrophobes, c'est-à-dire la plupart du temps assis dans l'huile, qui stabilisent uniquement les mélanges eau-dans-huile.

Un émulsifiant stabilise les deux émulsions

Maintenant, ce n'est peut-être plus nécessaire :les chercheurs de l'ETH dirigés par Isa ont rendu rugueuses les surfaces de ces minuscules sphères de silice, qui mesurent de un à six micromètres de diamètre, en les chargeant de nanoparticules de silice d'un diamètre beaucoup plus petit. Par conséquent, ces petites boules prennent la forme de framboises. Michèle Zanini, un doctorant dans le groupe d'Isa, a pu modifier la rugosité de la surface de manière contrôlée et créer toute une collection de telles particules.

Dans une étude publiée récemment dans Communication Nature , les chercheurs ont démontré qu'ils pouvaient stabiliser les deux types d'émulsion en utilisant un seul type de ces particules en forme de framboise. Cela dépend uniquement du liquide dans lequel les particules sont introduites avant la formation de l'émulsion. Si les chercheurs ajoutent les particules à la phase huileuse, il se forme une émulsion eau-dans-huile. Inversement, ils sont capables de stabiliser une émulsion huile-dans-eau (gouttelettes d'huile finement dispersées dans l'eau), s'ils dissolvent d'abord leurs nouvelles particules dans l'eau. « Ces particules peuvent donc être utilisées comme un outil universel pour créer des émulsions, " dit Isa.

Les grosses particules se coincent plus tôt

En effet, la surface rugueuse réduit la mobilité des particules à travers la surface de la gouttelette, il explique. "Bien qu'ils poussent en avant à la surface entre les liquides, elles ne peuvent pas se déplacer aussi loin que des particules de silice comparables à surface lisse - les particules rugueuses se coincent avant d'atteindre la position énergétiquement la plus favorable à l'interface, " dit le professeur de l'ETH.

Avec leurs particules en forme de framboise, Isa et ses collègues ont jeté les bases d'autres recherches dans ce domaine, et ils ont déposé un brevet pour leur nouveau procédé de production de particules en tant que stabilisants d'émulsion.

De nouvelles applications en vue

Il existe de nombreuses applications possibles pour ces particules, à savoir chaque fois qu'il y a besoin de stabiliser des émulsions; par exemple. dans l'industrie chimique. Même si cette recherche était axée sur des systèmes modèles de laboratoire, les mêmes principes peuvent être étendus à l'utilisation de particules brutes d'origine naturelle comme stabilisants d'émulsion, trouver d'autres utilisations potentielles dans l'aliment, industrie cosmétique et pharmaceutique, même si des recherches supplémentaires sont nécessaires dans ce sens.