GELES ESTABILIZADOS POR PARTICULAS BICONTINUOS FLUIDOS.

Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido que comprende:

- un primer fluido y un segundo fluido que son inmiscibles dentro de un intervalo de temperatura específico; y

una capa de partículas de estabilización que comprende una capa continua de partículas estables en contacto íntimo, estando situadas las partículas en una interfaz continua entre el primer fluido y el segundo fluido y en el que el primer y segundo fluidos son dominios interpenetrantes

Geles estabilizados por partículas bicontinuos fluidos.

La presente invención se refiere al campo de los geles. La invención se refiere también a un método mejorado para fabricar geles.

Los geles son sólidos blandos versátiles (es decir, materiales que están entre sólidos y líquidos) con propiedades útiles. Se usan en muchos productos en un amplio intervalo de aplicaciones, por ejemplo; higiene personal, productos alimentarios, lodos de perforación y usos farmacológicos. Muchas de estas propiedades aprovechan la presencia de un módulo elástico finito, acompañado de un comportamiento y un comportamiento de deformación que les permite fluir a tensiones elevadas. Existen diversas rutas para la creación de geles, pero debido a que la variedad de comportamientos de productos requerida es casi ilimitada, cualquier nueva tecnología genérica para la creación del gel abre amplias posibilidades para productos nuevos y mejorados.

Algunos geles consisten en estructuras de equilibrio en un intervalo dado de temperaturas para un estado dado de enlace químico. Sin embargo, otros geles están en estados bloqueados que no están en equilibrio cuyas propiedades dependen del historial del proceso. Las propiedades de los geles que no están en equilibrio pueden ajustarse durante la formulación y fabricación, haciéndoles útiles en el diseño del producto.

Los geles bicontinuos fluidos se conocen en la técnica. En este contexto, "bicontinuo fluido" significa que en cualquier instante, dos dominios interpenetrantes continuos, cada uno de los cuales contiene un fluido diferente, están presentes a través de un gel. Los materiales estabilizados por partículas, incluyendo los geles estabilizados por partículas, se conocen también en la técnica. Los dos fluidos se entremezclan de manera que las superficies de los fluidos están en contacto entre sí. Sin embargo, tanto estos geles como estos materiales tienen limitaciones e inconvenientes que restringen la extensión en la que sus propiedades físicas y químicas pueden controlarse para satisfacer los criterios deseados.

También, los geles bicontinuos fluidos tienen diferentes propiedades físicas de los geles que comprenden gotas discretas. Por ejemplo, las gotas discretas forman una fase fluida a baja densidad pero se transforman en geles bajo compresión por fuerzas externas o internas (enlace); esto permite crear geles a partir de emulsiones tradicionales estabilizadas por moléculas tensioactivas. Las diferencias en las propiedades físicas pueden incluir también estabilización potenciada bajo gravedad y/o por exposición a disolventes. En particular, los geles de emulsión de gotas pueden disolverse si se exponen a un exceso de su fase continua. Además, la propiedad de la bicontinuidad del fluido es deseable por sí misma en ciertas aplicaciones, tal como un gel a través del cual tanto las moléculas hidrófobas como las hidrófilas pueden permear libremente. Sin embargo, como resultará evidente a partir del análisis de la técnica anterior a continuación, los geles bicontinuos fluidos conocidos generalmente son estructuras en equilibrio que dejan de ser estables tras un cambio de temperatura y/o por exposición a disolventes externos.

Los estados bicontinuos fluidos de dos disolventes pueden crearse temporalmente. Estos estados temporales pueden establecerse de diversas maneras. Uno de dichos métodos es aplicar un alto de nivel de agitación a un sistema donde dos disolventes tienen una fracción en volumen y viscosidad aproximadamente iguales. Otro es elevar la temperatura de una mezcla de dos disolventes inmiscibles hasta que los fluidos se hacen miscibles, permitirles que se mezclen microscópicamente y después inactivar la mezcla por debajo de la temperatura crítica, punto en el cual los fluidos se hacen inmiscibles, de manera que ocurre la descomposición espinodal (transición de una sola fase a dos fases diferentes). Se sabe bien que esto da estructuras bicontinuas (para disolventes de viscosidad similar), cuando la proporción de composición fluido:fluido está en el intervalo 30:70 a 70:30, siendo los ejemplos más robustos de aproximadamente 50:50. Sin embargo, sin estabilización de ninguna clase, dichos estados bicontinuos son transitorios.

La bicontinuidad de fluidos puede mantenerse temporalmente en un sistema donde uno o más disolventes es un polímero del alto peso molecular de alta viscosidad. Sin embargo, para atrapar la estructura es necesario pasar por debajo de la temperatura de transición vítrea del polímero pertinente, de manera que se convierta en una fase sólida. Como tal, la estructura resultante ya no es bicontinua fluida. Los sistemas bicontinuos fluidos que no son permanentes de este tipo se mantienen temporalmente y sólo a temperaturas restringidas. También, pueden desnaturalizarse por la presencia de disolventes externos.

Un estado bicontinuo fluido puede obtenerse también mediante la adición de un tensioactivo que absorba sobre la interfaz entre los dos fluidos. El estado bicontinuo es por sí mismo generalmente altamente fluido, termodinámicamente estable y el material resultante habitualmente se denomina microemulsión bicontinua. Esto no es un gel. Los geles bicontinuos fluidos, sin embargo, pueden obtenerse a una concentración de tensioactivos suficientemente alta, en forma de cristales líquidos (cúbicos) bicontinuos. Éstas son fases termodinámicas, estables sólo dentro de un intervalo de temperatura pequeño. Su tamaño de poro y propiedades elásticas sólo pueden variarse dentro de un intervalo muy limitado.

Los tensioactivos y sus mezclas también se usan ampliamente para estabilizar emulsiones habituales (lo opuesto a microemulsiones), que son termodinámicamente metaestables. Dichas emulsiones metaestables generalmente no son bicontinuas sino una dispersión de esferas de un fluido en el otro. Estas emulsiones permanecen líquidas a menos que la fase dispersada tenga una alta fracción en volumen, en cuyo caso se produce una espuma bilíquida, que es un tipo de gel. Sin embargo, dichos geles comprenden gotas de emulsión discretas y, por lo tanto, no son bicontinuos fluidos. Además, los geles de espuma bilíquida se estabilizan mediante monocapas de tensioactivo no rígidas y, por lo tanto, no se estabilizan por partículas. Adicionalmente, pueden desnaturalizarse al entrar en contacto con disolventes externos.

Ciertas estructuras, a menudo denominadas emulsiones de Pickering, utilizan partículas humectantes casi neutras (NNW) para estabilizar gotas de emulsión discretas, normalmente esféricas. En este contexto, las partículas humectantes casi neutras son partículas que abarcan la interfaz entre dos fluidos inmiscibles, de manera que el ángulo en la línea de contacto fluido-fluido-sólido no está muy alejado de 90º. Las partículas NNW son un subconjunto de las partículas parcialmente humectantes (PW) - partículas que tienen un ángulo de contacto que es estrictamente mayor de 0 grados y menor de 180 grados. El ángulo de 90 grados se conoce como el ángulo de humectación neutro (NW) El ángulo NW de 90 grados se incluye cuando se hace referencia a partículas NNW, el ángulo NNW y partículas PW. Se sabe que las partículas NNW tienen una fuerte afinidad por la interfaz entre los fluidos. Una vez en contacto con dicha interfaz se fijan casi irreversiblemente. En particular, la escala de tiempo para que dichas partículas se separen de la interfaz mediante movimiento browniano es extremadamente larga. Como las emulsiones de Pickering están compuestas por gotas de emulsión discretas, estabilizadas por partículas NNW, no son bicontinuas fluidas, ni normalmente son geles.

Sin embargo, si la cobertura de partículas sobre las interfaces fluido-fluido dentro de una emulsión de Pickering es suficiente, se sabe que estas interfaces se hacen localmente rígidas, incluso si la interacción entre las partículas coloidales es de repulsión. Esto se debe a que estas partículas se agrupan juntas por la tendencia de una interfaz fluido-fluido a reducir su área. Dicha rigidez, en general, no confiere una rigidez macroscópica a la muestra, porque una suspensión de gotas con superficies rígidas, en general, no es rígida. Obsérvese que una interfaz rígida puede considerarse como una interfaz sustancialmente cubierta con partículas, estando las partículas forzadas a un contacto íntimo de manera que tienen un movimiento restringido, confiriendo de esta manera una cantidad sustancial de inflexibilidad a la interfaz.

Los geles formados por compresión de las gotas de emulsión de Pickering se conocen, que de nuevo se estabilizan por partículas pero no son bicontinuos fluidos (véanse...

1. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido que comprende:

una capa de partículas de estabilización que comprende una capa continua de partículas estables en contacto íntimo, estando situadas las partículas en una interfaz continua entre el primer fluido y el segundo fluido y en el que el primer y segundo fluidos son dominios interpenetrantes.

2. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el primer fluido es hidrófobo y el segundo fluido es hidrófilo o viceversa.

3. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que uno de los fluidos es un aceite.

4. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que uno de los fluidos es agua.

5. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que uno de los fluidos es un alcohol.

6. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende un estado bicontinuo fluido asimétrico fuertemente fluido.

7. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la capa continua de partículas comprende partículas parcialmente humectantes (PW).

8. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con la reivindicación 7, en el que las partículas PW son partículas humectantes casi neutras (NNW).

9. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con la reivindicación 8, en el que las partículas NNW tienen un ángulo de contacto entre 70 y 110 grados.

10. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con la reivindicación 8, en el que las partículas NNW tienen un ángulo de contacto entre 75 y 105 grados.

11. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con la reivindicación 8, en el que las partículas NNW tienen un ángulo de contacto entre 85 y 95 grados.

12. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con las reivindicaciones 7 a 11, en el que las partículas PW están en un estado bloqueado.

13. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con las reivindicaciones 7 a 12, en el que las partículas PW son magnéticamente activas.

14. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con la reivindicación 13, en el que las partículas PW magnéticamente activas son superparamagnéticas.

15. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con las reivindicaciones 7 a 14, en el que las partículas PW son eléctricamente conductoras.

16. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con las reivindicaciones 7 a 12, en el que las partículas PW son perlas de sílice.

17. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con las reivindicaciones 7 a 15, en el que las partículas PW son perlas de Janus.

18. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con las reivindicaciones 7 a 15, en el que las partículas PW son biomoléculas globulares.

19. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con las reivindicaciones 7 a 15, en la que las partículas PW son partículas coloidales con superficies de polímero mixto que comprenden cadenas flexibles de dos tipos, A y B, dispersadas a través de la superficie de la partícula PW;

en el que A y B se eligen de manera que A tiene una afinidad por el primer fluido y B tiene una afinidad por el segundo fluido o viceversa.

20. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con las reivindicaciones 7 a 15, en el que las partículas PW son micelas esféricas, que comprenden una mezcla equitativa de copolímeros de bloque XZ e YZ donde X tiene una afinidad por el primer fluido e Y tiene una afinidad por el segundo fluido o viceversa y siendo Z insoluble tanto en el primer como en el segundo fluidos.

21. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con las reivindicaciones 7 a 15, en el que las partículas PW son partículas coloidales con propiedades de humectación micro-heterogéneas en diferentes zonas en sus superficies.

22. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la estructura del gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido comprende un dominio periódico tridimensional totalmente ordenado.

23. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 21, en el que la estructura del gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido comprende una disposición amorfa de dos dominios interpenetrantes.

24. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que otras partículas, estructurantes o aditivos están presentes en uno o ambos del primer y segundo fluidos.

25. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende partículas con interacciones de atracción.

26. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con la reivindicación 25, en el que las partículas están en un estado fluido o agregado, dentro de uno o ambos del primer y segundo fluidos.

27. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente gotas de emulsión, en un estado fluido o agregado, dentro de uno o ambos del primer y segundo fluidos.

28. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido comprende una pluralidad de dominios interpenetrantes, que comprenden una estructura de fluido multicontinuo o gel; siendo el gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido simultáneamente permeable a una pluralidad de fluidos mutuamente inmiscibles.

29. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido es insoluble en disolventes basados en agua y aceite aunque permanece permeable a disolventes tanto basados en aceite como en agua.

30. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido comprende un primer fluido y un segundo fluido de diferente índice de refracción, en el que el primer fluido tiene un índice de refracción menor que el segundo fluido o viceversa.

31. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido presenta conductividad térmica ajustable por formulación.

32. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido está adaptado para transformarse a un estado sustancialmente fluidizado.

33. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con la reivindicación 32, en el que la fluidización es reversible.

34. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con la reivindicación 33, en el que el gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido en el estado reversiblemente fluidizable comprende un estado inicial bloqueado y un estado re-bloqueado final al que vuelve el gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido.

35. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con las reivindicaciones 33 a 34, en el que el gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido en el estado reversiblemente fluidizable es macroscópicamente maleable.

36. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con las reivindicaciones 33 a 35, en el que el gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido en el estado reversiblemente fluidizable comprende un estado bloqueado inicial y un estado re-bloqueado final que tienen diferentes morfologías.

37. Un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con la reivindicación 36, en el que el estado re-bloqueado comprende gotas, capas planas o cilindros paralelos, cuyas propiedades en el estado re-bloqueado son diferentes de las del estado inicial.

38. Un método para alterar las propiedades de un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 37 usando magnetismo.

39. Un método para alterar las propiedades de un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido de acuerdo con la reivindicación 38 que comprende los pasos de:

en el que el gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido inicial se hace posteriormente totalmente fluido por retirada de las partículas de la interfaz.

40. Un método para fabricar un gel, comprendiendo el método los pasos de:

41. Un método para fabricar un gel de acuerdo con la reivindicación 40 en el que la separación de fases es una descomposición espinodal.

42. Un método para fabricar un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido que comprende los pasos de:

43. Un método para fabricar una perla de Janus que comprende los pasos de:

44. Un método para fabricar una perla de Janus que comprende los pasos de:

recubrir sustancialmente una mitad de las partículas en el gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido con sustancias que se disuelven en uno o ambos del primer fluido y el segundo fluido.

45. Un método genérico para fabricar un gel, que comprende los pasos de:

46. Un método genérico para fabricar un gel estabilizado por partículas bicontinuo fluido que comprende los pasos de: