Mikroemülsiyon Çeşitler

Emülsiyonlar veya sıvı kristal fazlar gibi mikroemülsiyonların ve ilgili sistemle- rin faz davranışlarının sistematik olarak incelenmesi ve anlaşılması büyük önem taşımaktadır. Yağ, su ve yüzey aktif maddeler içeren sıvı formülasyonlar için bir sınıflandırma şeması Winsor (1948) tarafından önerilmiştir. Denge fazı temel alındığında sistemlerin dört farklı çeşidi mevcuttur (Şekil 2.1.4) (Hloucha, 2015; Paroor, 2012). Winsor I tip yağ/su (O/W) mikroemülsiyonunda, etrafını yüzey aktif maddenin kapladığı yağ damlacıklarının oluşturduğu iç faz, su sürekli fa- zında dağılmış haldedir. Yüzey aktif madde su fazında çözüldüğü için su fazı yüzey aktif madde açısından zengin, yağ fazı fakirdir. Winsor II tipinde; su/yağ (W/O) mikroemülsiyonu ters-misel olarak bilinen, yağ sürekli fazında dağılmış su damlacıklarından oluşmaktadır. Burada yağ fazı yüzey aktif madde açısından zengin ancak su fazı fakirdir. Winsor III mikroemülsiyon tipinde, en altta fazla su fazı, en üstte fazla yağ fazı yer alırken bu iki fazla dengede olan ara bölgede iki sürekli fazda çözünmüş yüzey aktif madde yer alır. Yağ/su (O/W), su/yağ (W/O) ve su+yağ+yüzey aktif madde (W+O+S) olmak üzere üç farklı fazı ba- rındıran mikroemülsiyon tipidir. Winsor IV tipi mikroemülsiyonda, makroskopik ölçekte faz sınırları belli olmadığı için su+yağ+yüzey aktif madde içeren tek bir faz gibi görülmektedir.

~ 79 ~

Şekil 2.1.4. Winsor tipi mikroemülsiyon Tip I: O/(W+S), Tip II: W/(O+S), Tip III: O/(W+O+S)/W, Tip IV: W+O+S

( https//fr.wikipedia.org/wiki/Type_Winsor sayfasında yayınlanan bu fotoğraf Google görsellerinden alınmış- tır.)

Mikroemülsiyonun türünü belirlemek için balık diyagramından faydalanılır (Şe- kil 2.1.5). Bu grafikte X ekseninde toplam yüzey aktif madde derişimi ve y ek- seninde ayar parametresi (sıcaklık, yüzey aktif madde karışımı veya tuz derişimi gibi parametrelerden biri olabilir) yer alır ve grafik üzerinde Winsor tipi sistem- ler elde edilir (Hloucha, 2015).

~ 80 ~

Yüksek toplam yüzey aktif madde derişimlerinde ve dar ayar parametre değerle- rinde tek faz emülsiyonları yani Winsor IV tipi emülsiyonlar oluşur. Bu bölgeye kuyruk bölgesi denir. En düşük yüzey aktif madde derişimlerinden daha düşük koşullarda 2 faz ve 3 faz içeren Winsor tip I, II ve III elde edilir.

Genel olarak mikroemülsiyonlar; lipofilik faz, hidrofilik faz, yüzey aktif madde ve ikinci yüzey aktif maddeden oluşur (Zielińska-Jurek, 2012). Mikroemülsiyon- ların düşük arayüzey gerilimine ve iyi çözünürlüğe sahip olması için iyi bir şe- kilde formülize edilmeleri gereklidir. İyi formülasyon için yağ/yüzey aktif mad- de ve yüzey aktif madde/ikinci yüzey aktif madde oranı, yüzey aktif madde, ikinci yüzey aktif madde, sulu ve yağ fazının derişimi ve doğası, pH, sıcaklık ve polarite hidrofilisite/lipofilisite parametrelerinin belirlenmesi gereklidir (Malik, 2012). Bu faktörlerin yanında yağın, yüzey aktif madde veya ikinci yüzey aktif maddenin uygunluğu, elde edilmek istenen mikroemülsiyon için oldukça önem arz etmektedir. Sabit basınç ve sıcaklıkta su, yağ ve yüzey aktif madde içeren mikroemülsiyonun faz davranışını çalışmak için üçlü faz diyagramlarından fay- dalanılır (Şekil 2.1.6) (Malik, 2012; Paroor, 2012). Faz diyagramının herbir kö- şesi, ait olduğu bileşenin %100 derişimine karşılık gelir. Dört bileşen kullanıldı- ğında, yalancı üçlü faz diyagramında bir köşe yüzey aktif madde+ikinci yüzey aktif madde ikili karışımını gösterir.

Şekil 2.1.6. Mikroemülsiyon üçlü faz diyagramı

(http://www.pharmatutor.org/articles/formulation-characterization-of-microemulsion-based-gel-antifungal- drug?page=2 sayfasında yayınlanan bu fotoğraf Google görsellerinden alınmıştır.)

~ 81 ~

Genellikle inorganik nanoparçacıkların eldesinde su/yağ (W/O) mikroemülsi- yonları tercih edilir. Yağ içinde su mikroemülsiyonu (W/O), suyun hidrokarbon temelli bir sürekli faz içinde dağıtılmasıyla elde edilir. Bu bölgede, yüzey aktif madde ters misel diye bilinen kümeleri üretir (Malik, 2012). Polar ya da iyonik bileşenlerin eklenmesiyle, bu ters misellerin merkez çekirdeğinde bölünmeler başlar. Böylece, yağ içinde organik ve inorganik malzemelerin düzgün dağılması sağlanır. Bu sistemler dinamiktir. Miseller rastgele Brown hareketleri ile sıkça çarpışırlar. Çarpışmalar, misellerin içeriğinin değiş tokuş olmasını ve içlerindeki inorganik reaktiflerin karışmasını sağlar. Bu değiş tokuş işlemi, ayrı misel çözel- tileri içinde çözünmüş farklı reaktiflerin karıştırıldıktan sonra reaksiyona girme- sine imkan veren nanoparçacık sentezinin temelini oluşturur. Kontrollü çekir- deklenme ve büyüme için uygun ortam sağlayan miseller nanoreaktörler olarak da tanımlanabilir. Büyüme basamağının sonrasında yüzey aktif madde nanopar- çacıkların kümelenmesini de engeller (Lopez-Quintela, 2003).

Sadece sınırlı sayıda organik nanoparçacıklar, mikroemülsiyon polimerizasyonu da denilen su sürekli fazında dağıtılmış yağ mikroemülsiyonları kullanılarak hazırlanabilir (Lopez-Quintela, 2003; Malik, 2012; Hloucha, 2015). Fazların ayrılmasında yaşanan zorluktan dolayı bu teknik çok fazla ilerleme göstereme- miştir. Polimerik nanoparçacıklar su içinde yaklaşık ebatları 10-40 nm olan hid- rofobik nanoparçacıkların dağılmasını sağlayan O/W emülsiyonlarında polime- rizasyon reaksiyonları yardımıyla elde edilebilir. Hızlı bir şekilde polimerizas- yonun gerçekleşmesi, yöntemin en önemli avantajlarından biridir.

Özet

Bir mikroemülsiyon belirli koşullar altında iki sıvı fazın kendiliğinden karışma- sıyla oluşan bir emülsiyondur. Makro ölçekte homojen olmasına rağmen mikro ölçekte heterojendir. Fazlar arası gerilimi oldukça düşüktür. Oluşan damlalar görünür dalga boyundan daha küçük olduğu için saydam görünür. Kinetik ve termodinamik açıdan kararlıdır. Mikroemülsiyon yöntemi, çok çeşitli nanomal- zemelerin tek başına veya diğer tekniklerle birlikte kullanılarak hazırlanmasına olanak sağlayan bir tekniktir. Mikroemülsiyonlar, fazlar arası dağılım mertebe- sinin yüksek olması, damlaların çok düşük boyutlu olması ve kimyasal reaksiyo- nun kontrol edilebilmesine olanak sağlaması sebebiyle, koloidal sistemlerin eşsiz bir sınıfıdır. Mikroemülsiyon yöntemi nanoparçacık sentezi yanında, yağın geri kazanılması, yakıt katkısı, boya, tekstil kaplamalarında, kozmetik ve eczacılık alanlarında kullanılmaktadır.

~ 82 ~

Kaynakça

Bourrel, M. ve Schechter, R. S. (1998). Microemulsions and Related Systems: Formulation, Solvency, and Physical Properties (Surfactant Science Se- ries, Vol. 30) Marcel Dekker Inc., New York and Basel, pp. 483.

Hloucha, M. (2015). Microemulsions, Ullmann's Academy, Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Wein- heim, Germany.

Lo´pez-Quintela, M.A. (2003). Synthesis of nanomaterials in microemulsions: formation mechanisms and growth control. Current Opinion in Colloid and Interface Science, 8, 137–144.

Malik, M.A., Wani, M.Y. ve Hashim, M.A. (2012). Microemulsion method: A novel route to synthesize organic and inorganic nanomaterials. Arabian Journal of Chemistry, 5, 397–417.

Paroor, H.M. (2012). Microemulsion: Prediction of the Phase diagram with a modifed Helfrich free energy, Doctor of Philosophy in Natural Sciences, Max Planck Institute for Polymer Research Mainz, Germany and Johan- nes Gutenberg University, Mainz, Germany.

Winsor, P.A. (1948). Hydrotropy, solubilisation and related emulsication proces- ses. Transactions of the Faraday Society, 44, 376-398.

Zielińska-Jurek, A., Reszczyńska, J., Grabowska, E. ve Zaleska, A. (2012). Na- noparticles Preparation Using Microemulsion Systems, Microemulsions - An Introduction to Properties and Applications, Dr. Reza Najjar (Ed.), ISBN: 978-953-51-0247-2, InTech, Available from: http://www.intechopen.com/books/microemulsions-an-introduction-to-

properties-and- applications/nanoparticles-preparation-using- microemulsion-systems

~ 83 ~

2.2 ÇÖKTÜRME

Dr. Arzu YAKAR

ayakar@aku.edu.tr

AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ

Giriş

Nanomalzemelerin manyetik, optik, iletkenlik, mukavemet gibi özelliklerindeki üstünlük onların birçok endüstriyel alanda kullanımına olanak sunmaktadır. En- düstrinin bu malzemelere ilgi göstermesi üretim yöntemlerinde de çeşitliliğin oluşmasına neden olmuştur. Nanomalzemelerin sentezinde başlıca iki yaklaşım kullanılır bunlardan bir tanesi atom veya molekülden yola çıkarak üretim (bot- tom-top), büyük parçaları ayırarak daha küçük yapılara ulaşmayı sağlayan (top- bottom) üretim şeklidir. Genel olarak nanomalzemelerin üretim yöntemleri katı faz yöntemler, sıvı faz yöntemler ve gaz faz yöntemler olmak üzere kabaca üçe ayrılabilir. Birlikte çöktürme yöntemi sıvı faz yöntemlerinden biri olarak endüst- ride yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.