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Study of the effect of surfactants on the stability and structure of liquid crystal emulsions stabilized with nanoparticles under static and dynamic conditions
CastaΓ±o Castellar, Shaskya
CastaΓ±o Castellar, Shaskya
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Abstract
Liquid crystal (LC) emulsions are promising candidates for the development of responsive soft materials and applications, such as sensors. The unique optical properties of the dispersed LC phase can be tuned to respond to physical, biological, or chemical stimuli, while suspended in a continuous phase that provides supports and withstands stresses. However, stabilizing LC emulsions to preserve their ordered structure remains a challenge. In this study, the use of ZnO nanoparticle-surfactant complexes of three commercial surfactants: anionic sodium dodecyl sulfate (SDS), nonionic Triton-X, and cationic dodecyltrimethylammonium bromide (DTAB) to improve the stability of 5CB LC emulsions in aqueous glycerin solutions was investigated under static and dynamic conditions. Improved stability for at least a month were obtained with 0.01 w/w% ZnO nanoparticles and 0.01 mM of SDS or Triton-X, and 5 and 10 v/v% LC 5CB, while no stable emulsions were obtained for DTAB. The inclusion of ZnO nanoparticles did not affect the structural configuration of the LC droplets, maintaining a bipolar orientation for both SDS and Triton-X. Interfacial tension and ΞΆ potential showed that ZnO nanoparticles adsorbed better at the LC-water interface in the presence of surfactants, contributing to droplet stabilization and dispersion. Steady-state rheology showed that LC droplets were stable under shear stresses of ~ O (102) mPa. This study demonstrates the potential use of ZnO nanoparticles with SDS or Triton-X surfactants as an alternative for long term stabilization of LC emulsions. The exceptional physicochemical properties of ZnO nanoparticles may allow for the development of novel soft matter hybrid systems.
Las emulsiones de cristal lΓquido (LC) son candidatas prometedoras para el desarrollo de materiales blandos sensibles y aplicaciones, como sensores. Las propiedades Γ³pticas ΓΊnicas de la fase LC dispersa se pueden ajustar para responder a estΓmulos fΓsicos, biolΓ³gicos o quΓmicos, mientras se suspende en una fase continua que brinda apoyo y resiste las tensiones. Sin embargo, estabilizar las emulsiones de LC para preservar su estructura ordenada sigue siendo un desafΓo. En este estudio, se evaluΓ³ el uso de complejos de nanopartΓculas de ZnO-surfactante de tres surfactantes comerciales: dodecilsulfato de sodio aniΓ³nico (SDS), Triton-X no iΓ³nico y bromuro de dodeciltrimetilamonio catiΓ³nico (DTAB) para mejorar la estabilidad de las emulsiones 5CB LC en soluciones acuosas de glicerina, investigado en condiciones estΓ‘ticas y dinΓ‘micas. Se obtuvo una estabilidad mejorada durante al menos un mes con nanopartΓculas de ZnO al 0,01 % p/p y SDS o Triton-X 0,01 mM, y LC 5CB al 5 y 10 % v/v, mientras que no se obtuvieron emulsiones estables para DTAB. La inclusiΓ³n de nanopartΓculas de ZnO, no afectΓ³ la configuraciΓ³n estructural de las gotas de LC, manteniendo una orientaciΓ³n bipolar tanto para SDS como para Triton-X. La tensiΓ³n interfacial y el potencial ΞΆ mostraron que las nanopartΓculas de ZnO se adsorbieron mejor en la interfaz LC-agua en presencia de tensioactivos, lo que contribuyΓ³ a la estabilizaciΓ³n y dispersiΓ³n de las gotas. La reologΓa en estado estacionario mostrΓ³ que las gotas de LC eran estables bajo tensiones de cizallamiento de ~ O (102) mPa. Este estudio demuestra el uso potencial de nanopartΓculas de ZnO con tensioactivos SDS o Triton-X como alternativa para la estabilizaciΓ³n a largo plazo de emulsiones LC. Las propiedades fisicoquΓmicas excepcionales de las nanopartΓculas de ZnO pueden permitir el desarrollo de nuevos sistemas hΓbridos de materia blanda.
Las emulsiones de cristal lΓquido (LC) son candidatas prometedoras para el desarrollo de materiales blandos sensibles y aplicaciones, como sensores. Las propiedades Γ³pticas ΓΊnicas de la fase LC dispersa se pueden ajustar para responder a estΓmulos fΓsicos, biolΓ³gicos o quΓmicos, mientras se suspende en una fase continua que brinda apoyo y resiste las tensiones. Sin embargo, estabilizar las emulsiones de LC para preservar su estructura ordenada sigue siendo un desafΓo. En este estudio, se evaluΓ³ el uso de complejos de nanopartΓculas de ZnO-surfactante de tres surfactantes comerciales: dodecilsulfato de sodio aniΓ³nico (SDS), Triton-X no iΓ³nico y bromuro de dodeciltrimetilamonio catiΓ³nico (DTAB) para mejorar la estabilidad de las emulsiones 5CB LC en soluciones acuosas de glicerina, investigado en condiciones estΓ‘ticas y dinΓ‘micas. Se obtuvo una estabilidad mejorada durante al menos un mes con nanopartΓculas de ZnO al 0,01 % p/p y SDS o Triton-X 0,01 mM, y LC 5CB al 5 y 10 % v/v, mientras que no se obtuvieron emulsiones estables para DTAB. La inclusiΓ³n de nanopartΓculas de ZnO, no afectΓ³ la configuraciΓ³n estructural de las gotas de LC, manteniendo una orientaciΓ³n bipolar tanto para SDS como para Triton-X. La tensiΓ³n interfacial y el potencial ΞΆ mostraron que las nanopartΓculas de ZnO se adsorbieron mejor en la interfaz LC-agua en presencia de tensioactivos, lo que contribuyΓ³ a la estabilizaciΓ³n y dispersiΓ³n de las gotas. La reologΓa en estado estacionario mostrΓ³ que las gotas de LC eran estables bajo tensiones de cizallamiento de ~ O (102) mPa. Este estudio demuestra el uso potencial de nanopartΓculas de ZnO con tensioactivos SDS o Triton-X como alternativa para la estabilizaciΓ³n a largo plazo de emulsiones LC. Las propiedades fisicoquΓmicas excepcionales de las nanopartΓculas de ZnO pueden permitir el desarrollo de nuevos sistemas hΓbridos de materia blanda.
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Date
2023-05-12
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Keywords
Liquid crystals, Pickering emulsions, ZnO nanoparticles, nanoparticle-surfactant complexes, liquid crystal emulsion stabilization