Heterogene disperse Systeme: Grundlagen und Typen

Heterogene disperse Systeme

Einführung in die Dispersionen

Dispersionen sind eine Gruppe von Systemen, die Stoffe verschiedener Natur in derselben Formel integrieren. Dies bietet eine große Vielseitigkeit, und ihre physikalischen Eigenschaften erlauben eine einfache Handhabung und Anwendung dieser Produkte. Die meisten bestehen aus verteilten Systemen wie Emulsionen, Suspensionen, Gelen, Schäumen und Aerosolen.

Klassifizierung heterogener disperser Systeme

Disperse Systeme werden abhängig von der Teilchengröße der dispersen Phase eingestuft. Lösungen haben eine sehr kleine Partikelgröße und sind homogene Systeme – im Gegensatz zum Rest, bei dem es sich um heterogene oder mehrphasige Systeme handelt.

Faktoren, die die Stabilität beeinflussen

Disperse Systeme sind oft instabil. Folgende Faktoren beeinflussen die Stabilität:

• Partikelgröße der dispergierten Phase: Je kleiner die Größe der dispergierten Phase, desto stabiler wird das System.
• Viskosität: Sie verringert die Tendenz zur Phasentrennung.
• Elektrische Ladung: In vielen Fällen hängt diese vom pH-Wert ab. Die Teilchen stoßen sich gegenseitig ab und werden so getrennt gehalten.
• Temperatur: Sie erhöht die Energie und Bewegung der Teilchen der dispersen Phase und senkt die Viskosität der dispergierenden Phase.
• Grenzflächenaktive Substanzen: Diese senken die Oberflächenspannung und fördern den Kontakt zwischen den beiden Phasen.

Kolloidale Dispersionen

Kolloidale Dispersionen gehören zur Kategorie der verteilten Systeme. Hierbei ist die disperse Phase gleichmäßig in einer externen Phase oder einem Dispersionsmittel verteilt.

Funktionen und Merkmale

• Die disperse Phase ist mit bloßem Auge nicht erkennbar.
• Dispersionen sind nicht völlig transparent.
• Veränderungen im pH-Wert können die Stabilität verändern.
• Sie werden nach der Affinität zwischen der verstreuten und der dispergierenden Phase eingestuft.

Gele

Der Begriff Gel umfasst eine Gruppe von halbfesten Hilfsstoffen, die aus Suspensionen kleiner anorganischer Partikel oder großen organischen Molekülen bestehen, welche von einer Flüssigkeit durchdrungen werden. Im ersten Fall handelt es sich um eine Suspension; wenn die Partikel klein genug sind, können sie als Kolloid angesehen werden. Im zweiten Fall ist die Substanz gelöst, kann aber als heterogenes System (lyophile Kolloide) betrachtet werden.

Eigenschaften und Anwendungen kolloidaler Systeme

Es gibt drei wesentliche Eigenschaften:

• Rheologisches Verhalten: Die Viskosität des Gels hilft dabei, die Stabilität von Emulsionen und Suspensionen zu erreichen. Es ist ein geeigneter kosmetischer Träger, da transparente Gele gewonnen werden können.
• Dispergierfähigkeit: Die Natur assoziierter Kolloide ermöglicht es, lipophile Stoffe in wässrigen Medien unlöslich zu dispergieren, ohne organische Lösungsmittel hinzuzufügen und ohne das äußere Erscheinungsbild des wässrigen Mediums zu verändern.
• Stabilität: Sie sind in der Lage, die Stabilität des Systems zu gewährleisten.

Einer der Nachteile von Gelen ist ihre Neigung, Wasser abzugeben (Synerese). Daher enthalten sie in der Regel Glycerin oder Polyole.

Suspensionen

Suspensionen sind heterogene disperse Systeme, in denen die disperse Phase fest und in der dispergierenden Phase unlöslich ist. Sie sind trübe.

Eigenschaften von Suspensionen

• Der Feststoff lagert sich langsam ab.
• Die Phase lässt sich durch Rühren leicht redispergieren.
• Es bildet sich kein harter Bodensatz (Kuchenbildung).
• Sie haben eine Viskosität, die es erlaubt, sie zu gießen.

Emulsionen

Eine Emulsion ist ein heterogenes disperses System, das aus zwei nicht mischbaren flüssigen Phasen besteht. Eine Phase wird als intern (aufgeteilt, dispergiert oder diskontinuierlich) und die andere als externe Phase (Verteilungsmittel oder kontinuierlich) bezeichnet.

Merkmale und Konsistenz

Emulsionen haben eine glatte Konsistenz. Wenn die Viskosität erhöht wird, spricht man von Cremes.

Typen von Emulsionen

Emulsionen werden in der Regel nach ihrem Vorzeichen eingestuft, welches angibt, welche Phase intern und welche extern ist. Dies wird durch den verwendeten Emulgator bestimmt. Dabei steht O für Öl (Oil) und W (oder A) für Wasser.

• O/W-Emulsion (Öl-in-Wasser):
  • Leitet elektrischen Strom.
  • Fühlt sich weich an und wird leicht absorbiert.
  • Kann mit wasserlöslichen Farbstoffen gefärbt werden.
  • Wird in Tagescremes oder Reinigungsmilch verwendet.
• W/O-Emulsion (Wasser-in-Öl):
  • Leitet keinen elektrischen Strom.
  • Ist viskos und ölig.
  • Kann mit lipophilen Farbstoffen gefärbt werden.
  • Wird in Nachtcremes und Behandlungsprodukten verwendet.
• W/S-Emulsion (Wasser-in-Silikon): Die innere Phase ist wässrig und die externe Phase enthält Silikonderivate (ölfrei).
• Multiple Emulsionen (W/O/W): Eine wässrige Phase ist in Öl dispergiert, welches wiederum in einer wässrigen Lösung verteilt ist.
• Multiple Emulsionen (O/W/O): Eine Ölphase ist in einer wässrigen Phase dispergiert und wiederum in einem anderen Öl verteilt.

Bestandteile einer Emulsion

• Wässrige Phase: Wasser ist der Hauptbestandteil. Es sollte deionisiertes Wasser verwendet werden.
• Öl-Phase: Sie besteht aus lipophilen Substanzen wie Kohlenwasserstoffen, Fettalkoholen, Wachsen, Fettsäuren, Estern, Lanolin oder Silikonen.
• Emulgatoren oder Tenside: Diese Substanzen erleichtern die Bildung und Stabilisierung der Emulsion, indem sie die Oberflächenspannung senken. Das Molekül besteht aus einem wasserlöslichen (hydrophilen) und einem fettlöslichen (lipophilen) Teil.