Influence of Cellulose Nanocrystals and Surfactants on Catastrophic Phase Inversion and Stability of Emulsions
Notice bibliographique
Résumé
This study presents the first quantitative comparison of catastrophic phase inversion behavior of water-in-oil emulsions stabilized by nanocrystalline cellulose (NCC) and molecular surfactants with different headgroup charge types: anionic (sodium dodecyl sulfate referred to as SDS), cationic (octadecyltrimethylammonium chloride referred to as OTAC), nonionic (C12–14 alcohol ethoxylate referred to as Alfonic), and zwitterionic (cetyl betaine referred to as Amphosol). By using conductivity measurements under controlled mixing and pendant drop tensiometry, this study shows that NCC markedly delays catastrophic phase inversion through interfacial jamming, whereas surfactant-stabilized systems exhibit concentration-dependent inversion driven by interfacial saturation. Specifically, NCC-stabilized emulsions exhibited a nonlinear increase in the critical aqueous phase volume fraction required for inversion, ranging from 0.253 (0 wt% NCC) to 0.545 (1.5 wt% NCC), consistent with enhanced resistance to inversion typically associated with the formation of rigid interfacial layers in Pickering emulsions. In contrast, surfactant-stabilized systems exhibited a concentration-dependent inversion trend with opposing effects. At low concentrations, limited interfacial coverage delayed inversion, while at higher concentrations, increased surfactant availability and interfacial saturation promoted earlier inversion and favored the formation of oil-in-water structures. Pendant drop tensiometry confirmed negligible surface activity for NCC, while all surfactants significantly lowered interfacial tension. Despite its weak surface activity, NCC imparted strong coalescence resistance above 0.2 wt%, attributed to steric stabilization. These findings establish distinct mechanisms for governing phase inversion in particle- versus surfactant-stabilized systems. To our knowledge, this is the first study to quantitively characterize the catastrophic phase inversion behavior of water-in-oil emulsions using NCC. This work supports the use of NCC as an effective stabilizer for emulsions with high internal phase volume.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
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| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
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| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
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| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
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