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Pickering-Emulsion

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Pickering-Emulsionen sind Emulsionen, bei denen die Phasengrenzfläche durch feste Partikel stabilisiert wird.

Geschichte

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Der Namensgeber S.U. Pickering war der zweite, der diesen Effekt beschrieben hat. Im Jahr 1903 beschrieb W. Ramsden erstmals Oberflächeneffekte, die die Stabilisierung von Grenzflächen durch feste Partikel, z. B. Tierkohle, kolloidalen Schwefel oder suspendierte Pikrinsäure, einschließt.[1] Pickering beschrieb 1907 Emulsionen von Kerosin oder Paraffin, die mit Feststoffen wie Brandkalk, gefälltem Kalk, gefällter Kieselsäure oder gebranntem Gips stabilisiert werden.[2]

Grundprinzip

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Kontaktwinkel unterschiedlicher Feststoffe[3]

Bei Pickering-Emulsionen werden klassische Tenside – die durch einen hydrophoben und hydrophilen Teil im Molekül charakterisiert sind –, durch Partikel ersetzt, die irreversibel an den Grenzflächen adsorbiert werden und dadurch besonders koaleszenzstabile Emulsionen bilden können.[4][3][5][6] Während bei klassischen Emulgatoren die Frage, ob sie eher zu Öl oder zu Wasser tendieren, von der Balance zwischen Hydrophilie und Lipophilie (ausgedrückt durch den HLB-Wert) abhängt, bestimmt bei Partikeln der Kontaktwinkel, ob das Partikel mehr von der Ölphase oder mehr von der Wasserphase benetzt wird, daraus bestimmt sich auch die Krümmung der Phasengrenzfläche. Die Phase, die die Partikel schlechter benetzt, wird zur dispersen (inneren) Phase.[3] Die Viskosität von Pickering-Emulsionen kann durch den Zusatz von Elektrolyten gesteuert werden.[7]

Phasengrenzfläche
Krümmung der Phasengrenzfläche in Abhängigkeit vom Kontaktwinkel[3]

Nichtwässrige Emulsionen mit z. B. PEG 300 als kontinuierliche Phase und Paraffinöl als disperse Phase werden mit partiell hydrophobierten Kieselsäurepartikeln formuliert.[8] Multiple Emulsionen können ebenfalls durch Partikel stabilisiert werden.[3]

Herstellungsverfahren

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Für die Herstellung von Pickering-Emulsionen sind verschiedene Verfahren und Geräte vorgeschlagen bzw. beschrieben worden:

Geeignete Stabilisatoren

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Beispiele für geeignete Stabilisatoren:

Mit partiell hydrophobierten Kieselsäuren kann man durch den Grad der Oberflächenmodifizierung die Eigenschaften zur Stabilisierung von Emulsionen anpassen und steuern, ob eine Öl in Wasser oder Wasser in Öl Emulsion gebildet wird.[12][9] Durch die Verwendung von Kieselsäuren mit unterschiedlichem Hydrophobierungsgrad sind multiple Emulsionen zugänglich.[19]

Disperse Phasen in Pickering-Emulsionen

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Als disperse Phasen können praktisch alle mit Wasser (oder einen andern kontinuierlichen Phase) nicht mischbaren Flüssigkeiten dienen. Beispiele sind

Anwendungen

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Beispiele für Anwendungen von Pickering-Emulsionen:

Literatur

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  • Bernard P. Binks, Tommy S. Horozov (Hrsg.): Colloidal Particles at Liquid Interfaces. University of Hull, Cambridge University Press, Cambridge, New York, Melbourne, Madrid, Cape Town, Singapore, São Paulo, ISBN 978-0-511-33191-6

Einzelnachweise

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  1. 1 2 W. Ramsden: Separation of solids in the surface-layers of solutions and ‘suspensions’ (observations on surface-membranes, bubbles, emulsions, and mechanical coagulation).—Preliminary account. In: Proceedings of the Royal Society of London. Band 72, Nr. 477-486, 31. Januar 1904, S. 156–164, doi:10.1098/rspl.1903.0034 (englisch).
  2. 1 2 3 4 Spencer Umfreville Pickering: CXCVI.—Emulsions. In: Journal of the Chemical Society, Transactions. Band 91, Nr. 0, 1907, S. 2001–2021, doi:10.1039/CT9079102001 (englisch).
  3. 1 2 3 4 5 Bernard P. Binks: Particles as surfactants—similarities and differences. In: Current Opinion in Colloid & Interface Science. Band 7, Nr. 1, 1. März 2002, S. 21–41, doi:10.1016/S1359-0294(02)00008-0 (englisch).
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Sunday M. Ajayi, Samuel O. Olusanya, Sunday F. Abimbade, Oluwabamise L. Faboya, Emmanuel G. Olumayede, Cecilia O. Akintayo, Dosu Malomo: Pickering emulsions: Physicochemical properties and recent applications in engineering. In: Hybrid Advances. Band 11, 1. Dezember 2025, S. 100509, doi:10.1016/j.hybadv.2025.100509 (englisch).
  5. 1 2 3 4 5 Fernanda Brito de Carvalho-Guimarães, Kamila Leal Correa, Tatiane Pereira de Souza, Jesus Rafael Rodríguez Amado, Roseane Maria Ribeiro-Costa, José Otávio Carréra Silva-Júnior: A Review of Pickering Emulsions: Perspectives and Applications. In: Pharmaceuticals. Band 15, Nr. 11, 15. November 2022, S. 1413, doi:10.3390/ph15111413, PMID 36422543, PMC 9698490 (freier Volltext) – (englisch).
  6. ↑ John Texter: Pickering emulsions and dispersions—an early perspective. In: Colloid and Polymer Science. Band 300, Nr. 6, 1. Juni 2022, ISSN 1435-1536, S. 587–592, doi:10.1007/s00396-022-04973-3 (englisch).
  7. 1 2 Patent EP1789170B1: Rheologiesteuerung von Pickering-Emulsion durch Elektrolyte. Angemeldet am 28. Juli 2005, veröffentlicht am 14. Juli 2010, Anmelder: Wacker Chemie AG, Erfinder: Thorsten Gottschalk-Gaudig.‌
  8. ↑ Patentanmeldung EP2958539A1: Feste und stabilisierte nichtwässrige Emulsionen. Angemeldet am 21. Februar 2014, veröffentlicht am 30. Dezember 2015, Anmelder: Stiefel Laboratories, Erfinder: Bernard Paul Binks et al.‌
  9. 1 2 Tommy S. Horozov, Bernard P. Binks: Particle‐Stabilized Emulsions: A Bilayer or a Bridging Monolayer? In: Angewandte Chemie International Edition. Band 45, Nr. 5, 23. Januar 2006, ISSN 1433-7851, S. 773–776, doi:10.1002/anie.200503131 (englisch, Online [abgerufen am 18. Februar 2026]).
  10. 1 2 Raojun Zheng, Bernard P. Binks: Pickering Emulsions Stabilized by Polystyrene Particles Possessing Different Surface Groups. In: Langmuir. Band 38, Nr. 3, 25. Januar 2022, S. 1079–1089, doi:10.1021/acs.langmuir.1c02648, PMID 35029394, PMC 9171833 (freier Volltext) – (englisch).
  11. 1 2 3 4 5 6 7 8 Jiahao Pan, Jianping Chen, Xuejiao Wang, Ying Wang, Jun‐Bing Fan: Pickering emulsion: From controllable fabrication to biomedical application. In: Interdisciplinary Medicine. Band 1, Nr. 3, Juli 2023, doi:10.1002/INMD.20230014 (englisch).
  12. 1 2 3 4 5 Patent EP1727865B1: Partikelstabilisierende Emulsionen. Angemeldet am 17. März 2005, veröffentlicht am 19. Mai 2010, Anmelder: Wacker Chemie AG, Erfinder: Thorsten Gottschalk-Gaudig et al.‌
  13. ↑ Yuanyuan Li, Dongjie Yang, Sijia Wang, Huifang Xu, PengWei Li: Fabrication and Optimization of Pickering Emulsion Stabilized by Lignin Nanoparticles for Curcumin Encapsulation. In: ACS Omega. Band 9, Nr. 20, 21. Mai 2024, S. 21994–22002, doi:10.1021/acsomega.3c10395, PMID 38799355, PMC 11112700 (freier Volltext) – (englisch).
  14. 1 2 3 4 5 Xiao He, Qingye Lu: A review of high internal phase Pickering emulsions: Stabilization, rheology, and 3D printing application. In: Advances in Colloid and Interface Science. Band 324, 1. Februar 2024, S. 103086, doi:10.1016/j.cis.2024.103086 (englisch).
  15. 1 2 3 Andreia Ribeiro, José Carlos B. Lopes, Madalena M. Dias, Maria Filomena Barreiro: Pickering Emulsions Based in Inorganic Solid Particles: From Product Development to Food Applications. In: Molecules. Band 28, Nr. 6, 9. März 2023, S. 2504, doi:10.3390/molecules28062504, PMID 36985475, PMC 10054141 (freier Volltext) – (englisch).
  16. ↑ Xintong Zhai, Mengjiao Wang, Wenfei Li, Xinyi Yin, Huiran Qi, Yuejiu Pang, Shupeng Su: Formation and Stability of Pickering Emulsion Stabilized by Self-Aggregated Chitosan Particles near the pKa. In: ACS Omega. 16. Februar 2026, doi:10.1021/acsomega.5c11665 (englisch).
  17. 1 2 Yunqi Yang, Zhiwei Fang, Xuan Chen, Weiwang Zhang, Yangmei Xie, Yinghui Chen, Zhenguo Liu, Weien Yuan: An Overview of Pickering Emulsions: Solid-Particle Materials, Classification, Morphology, and Applications. In: Frontiers in Pharmacology. Band 8, 23. Mai 2017, ISSN 1663-9812, doi:10.3389/fphar.2017.00287, PMID 28588490, PMC 5440583 (freier Volltext) – (englisch, Online [abgerufen am 28. Februar 2026]).
  18. ↑ Bernard P. Binks, Samuel O. Olusanya: Pickering emulsions stabilized by coloured organic pigment particles. In: Chemical Science. Band 8, Nr. 1, 2017, ISSN 2041-6520, S. 708–723, doi:10.1039/C6SC03085H, PMID 28626551, PMC 5465566 (freier Volltext) – (englisch, Online [abgerufen am 28. Februar 2026]).
  19. 1 2 3 4 5 6 7 Patent EP1350556B1: Mehrfachemulsionen. Angemeldet am 27. Februar 2003, veröffentlicht am 8. September 2004, Anmelder: Wacker Chemie GmbH, Erfinder: Herbert Barthel et al.‌
    1. ↑ Priorität: 14.03.2002
  20. ↑ Irem Kılınç: Pickering emulsion technology: An overview of stability and functionality in food processing. In: Food Nutrition Chemistry. Band 3, Nr. 2, 28. Mai 2025, ISSN 2972-4309, S. 354–354, doi:10.18686/fnc354 (englisch, Online [abgerufen am 27. Februar 2026]).
  21. ↑ Novel Insight into Pickering Emulsion and Colloidal Particle Network Construction of Basil Extract for Enhancing Antioxidant and UV-BInduced Antiaging Activities Rizzqi Septiprajaamalia Rosdianto, Nurul Zakiyah, Rafiqah Nur Viviani, Fortunata Saesarria Deisberanda, Tantri Liris Nareswari, Satrialdi, Irda Fidrianny, Damar Rastri Adhika, William Xaveriano Waresindo, Unang Supratman, and Tri Suciati* ACS Omega 2023, 8, 15932−15950, https://doi.org/10.1021/acsomega.2c07657
  22. ↑ Ana Maria Bago Rodriguez, Bernard P. Binks: Catalysis in Pickering emulsions. In: Soft Matter. Band 16, Nr. 45, 2020, S. 10221–10243, doi:10.1039/D0SM01636E (englisch).
  23. ↑ Ming Zhang, Rammile Ettelaie, Lianlian Dong, Xiaolong Li, Ting Li, Xiaoming Zhang, Bernard P. Binks, Hengquan Yang: Pickering emulsion droplet-based biomimetic microreactors for continuous flow cascade reactions. In: Nature Communications. Band 13, Nr. 1, 25. Januar 2022, ISSN 2041-1723, S. 475, doi:10.1038/s41467-022-28100-6, PMID 35078989, PMC 8789915 (freier Volltext) – (englisch, Online [abgerufen am 28. Februar 2026]).
  24. ↑ Mingkun Li, Qing Song, Yilin Wang, Bing Liu: Pickering emulsions with low interface coverage but enhanced stability for emulsion interface catalysis and SERS-based detection. In: Nature Communications. Band 16, Nr. 1, 13. März 2025, ISSN 2041-1723, S. 2490, doi:10.1038/s41467-025-57914-3, PMID 40082444, PMC 11906749 (freier Volltext) – (englisch, Online [abgerufen am 28. Februar 2026]).
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