Проекты

Получение эмульсии методом температурной инверсии фаз

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Прикладная химия. Материаловедение»

Направление работы: Прикладная химия
Авторы работы: МБОУ «СОШ № 2 имени Короленко В.Г.»
Предметы: Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» 2021 года

Актуальность

В настоящее время очень большое количество людей, страдает от акне и разного рода проблем кожи. Данные явления доставляют определенный дискомфорт и сопровождаются болезненными ощущениями, к тому же не самый красивый вид кожи стимулирует появление комплексов.

Проблема, конечно, серьезная, но решаемая. Необходимо просто доставлять определенные активные компоненты в кожу. И вот тут уже назревает вопрос: как это осуществлять?

Сейчас очень перспективным является изучение эмульсий и производство на их основе продукции. Повышенное внимание объясняется тем, что эмульсии являются отличным способом доставки различных полезных веществ в организм человека.

Существует немалое количество методов получения эмульсионных систем, но наиболее применяемые из них являются высокоэнергетическими и требуют больших затрат энергии. С этой точки зрения представляет интерес получение эмульсии методом температурной инверсии фаз, который является низкоэнергетическим, т.е. требует малых затрат энергии.

Цель

Получение эмульсии, являющейся потенциальной основой для производства средства от акне, методом температурной инверсии фаз.

Задачи

  1. Выбрать поверхностно-активные вещества (ПАВ).
  2. Подобрать оптимальные соотношения компонентов для получения эмульсии низкоэнергетическим методом.
  3. Получить эмульсию.
  4. Изучить характеристики полученной эмульсии.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Оборудование

  • Мерные стаканы
  • Пенициллиновые флаконы
  • Дозатор
  • Магнитная мешалка с подогревом
  • Термопара
  • Ледяная баня
  • Микроскоп
  • Вазелиновое масло

Реактивы

  • Сeteareth-15 (этоксилат спиртов С1618)
  • Cremophor® WO 7 (гидрированное касторовое масло с ПЭГ-7)
  • Сarbomer
  • Дистиллированная вода

Описание

Автор готовил эмульсии методом температурной инверсии фаз согласно методике:

  1. Сначала водная фаза с растворенными эмульгаторами нагревалась выше точки помутнения ПАВ (около 100 ℃ в нашем случае).
  2. Затем масляная фаза на основе вазелинового масла также нагревалась выше температуры помутнения.
  3. Нагретые фазы смешивались при интенсивном перемешивании, образовывалась обратная эмульсия «вода/масло».
  4. Полученная эмульсия резко охлаждалась на ледяной бане.
  5. Для повышения устойчивости образованной эмульсии в систему вводился охлажденный загуститель. Для набухания загустителя в систему вводилась щелочь. Образовывалась прямая эмульсия «масло/вода».

Сначала эмульсия готовилась с одним ПАВ (Сeteareth-15), затем с другим (Cremophor® WO 7). Точные соотношения компонентов представлены в полном тексте работы. Содержание вазелинового масла равнялось 10 % и не менялось, в то время как количество ПАВ варьировалось от 1 до 3 %.

Полученные эмульсии характеризовались неустойчивостью. Это связано с тем, что на первом этапе получалась обратная эмульсия, а затем прямая, и их необходимо было стабилизировать. Было решено для грамотной стабилизации использовать смесь двух ПАВ, которые брались в соотношении 1 : 1. Общее содержание ПАВ варьировалось от 2 до 5 %. Содержание масляной фазы было постоянным и составляло 10 %. Точные соотношения компонентов представлены в полном тексте работы.

Наиболее стабильной оказалась эмульсия, в которой суммарное количество ПАВ составило 5 %. Поскольку эмульсии чувствительны к изменению условий окружающей среды, было решено обеспечить дополнительную стабилизацию капель масла за счет введения загустителя (Carbomer) в количестве от 1,5 до 2,5 %. Рецептуры представлены в полном тексте работы. Добавив загуститель, автор увеличил вязкость системы. Автор посчитал наиболее оптимальным количество загустителя в 2,5 %. Для определения типа полученной эмульсии небольшое ее количество помещалось в стакан с дистиллированной водой и тщательно перемешивалось. Равномерное распределение эмульсии в воде говорит о том, что дисперсионная среда эмульсии – вода, поэтому эмульсия прямая.

Полученная эмульсия под микроскопом:

Результаты работы/выводы

По итогу работы была получена эмульсия методом температурной инверсии фаз, что соответствует поставленной цели. Дополнительные наблюдения показали, что полученная эмульсия устойчива: за время наблюдения не произошло потери первоначальных свойств. Эмульсия была исследована под микроскопом.

Перспективы использования результатов работы

Идея получения эмульсий низкоэнергетическими методами интересна и в литературе встречается не очень часто. Реализация идеи может быть применена для производства средства от акне.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Детский технопарк «Альтаир» РТУ МИРЭА

Награды/достижения

Конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» – призёр.

Мнение автора

«Работа получилась неплохой. Хотелось бы еще измерить размер частичек дисперсной фазы (капель масла), но, думаю, что в этом плане проект можно будет в будущем доработать»