Emulsioni olio in acqua e acqua in olio: O/W e W/O

Un’emulsione è una miscela apparentemente impossibile: olio e acqua, che non si mescolano, costretti a convivere come minuscole gocce di un liquido disperse nell’altro. Capire quale liquido fa da goccia e quale da mezzo continuo — cioè se l’emulsione è olio-in-acqua o acqua-in-olio — è il primo passo per controllarne le proprietà e prevederne il comportamento.

Vediamo che cos’è un’emulsione, la differenza fra i tipi O/W e W/O, come si riconoscono e che cosa dice la regola di Bancroft sulla scelta del tipo.

Che cos’è un’emulsione

Un’emulsione è una dispersione di un liquido in un altro liquido immiscibile, sotto forma di gocce. Per definizione si parla genericamente di una fase «acquosa» (acqua o soluzioni acquose, polari) e di una fase «oleosa» (oli, idrocarburi, sostanze apolari). Una delle due è la fase dispersa, presente come goccioline; l’altra è la fase continua, che circonda le gocce e ne riempie lo spazio fra di esse. Senza un agente stabilizzante le due fasi tendono rapidamente a riunirsi e separarsi: un’emulsione è quindi un sistema termodinamicamente instabile, mantenuto in vita da un emulsionante.

Olio-in-acqua e acqua-in-olio

Esistono quindi due tipi fondamentali di emulsione semplice. Nell’olio-in-acqua (O/W) le gocce di olio sono disperse in una fase acquosa continua: il latte, molte creme cosmetiche idratanti, le vernici all’acqua sono O/W. Nell’acqua-in-olio (W/O) sono gocce d’acqua a essere disperse in una fase oleosa continua: il burro, la margarina, molte creme barriera e i fluidi da taglio sono W/O. Esistono anche emulsioni multiple, come acqua-in-olio-in-acqua (W/O/W), usate per incapsulare e rilasciare lentamente sostanze attive.

Perché il tipo conta

Il tipo di emulsione determina proprietà pratiche fondamentali, perché chi «comanda» le caratteristiche macroscopiche è la fase continua, quella che si tocca e con cui il sistema interagisce.

Come si riconosce il tipo

In laboratorio distinguere O/W da W/O è immediato con poche prove semplici. La prova di diluizione: una goccia di emulsione versata in acqua si disperde se è O/W, galleggia in blocco se è W/O. La prova di conducibilità: l’acqua continua conduce, quindi un’emulsione O/W è conduttiva, mentre la W/O quasi non lo è (la fase continua oleosa è isolante). La prova di colorazione: un colorante idrosolubile tinge in modo uniforme una O/W, uno liposolubile una W/O. Queste prove sono coerenti perché misurano tutte la stessa cosa, cioè la natura della fase continua.

La regola di Bancroft

Quale tipo si forma quando si emulsiona una data coppia olio/acqua? La risposta empirica è la regola di Bancroft: la fase continua tende a essere quella in cui l’emulsionante è più solubile. Un emulsionante prevalentemente idrofilo (molto solubile in acqua) favorisce un’emulsione O/W; uno prevalentemente lipofilo (più solubile in olio) favorisce una W/O. La regola si lega direttamente al bilanciamento idrofilo-lipofilo del tensioattivo, espresso dal numero HLB, che è trattato nel suo articolo dedicato: emulsionanti ad alto HLB danno O/W, quelli a basso HLB danno W/O.

fase continua = quella in cui l’emulsionante è più solubile  (regola di Bancroft)

Geometricamente, la regola riflette il fatto che il film di emulsionante si curva «avvolgendo» la fase verso cui è meno affine: la testa idrofila del tensioattivo sta nell’acqua e la coda nell’olio, e il film si incurva in modo da racchiudere come goccia il liquido meno gradito alla parte dominante della molecola. Per questo, scegliendo l’emulsionante, di fatto si sceglie il tipo di emulsione che si otterrà.

Perché conta nella pratica

Per chi formula creme, vernici, fluidi alimentari o oli da lavorazione, decidere se serve un’emulsione O/W o W/O è la prima scelta progettuale: ne dipendono il tatto del prodotto finito, la sua diluibilità, la compatibilità con i principi attivi e perfino la sensazione sulla pelle. La regola di Bancroft permette di prevedere il tipo a partire dall’emulsionante scelto, e le prove di riconoscimento confermano rapidamente in laboratorio che cosa si è ottenuto. È una competenza di base per qualunque tecnico che lavori con sistemi a due fasi liquide.

Esistono anche miscele di olio e acqua limpide e stabili per sempre, che si formano da sole: le microemulsioni.

Domande frequenti

Che differenza c’è tra emulsione O/W e W/O?

Nell’olio-in-acqua (O/W) le gocce sono di olio e la fase continua è acquosa; nell’acqua-in-olio (W/O) le gocce sono d’acqua e la fase continua è oleosa. La differenza determina le proprietà del prodotto: una O/W è conduttiva, diluibile in acqua e di tatto fresco, una W/O è isolante, diluibile in olio e untuosa. La stessa coppia di liquidi può dare entrambi i tipi a seconda dell’emulsionante.

Come si capisce se un’emulsione è O/W o W/O?

Con prove semplici sulla fase continua. Una goccia versata in acqua si disperde se l’emulsione è O/W, resta compatta se è W/O. L’emulsione conduce corrente se è O/W (acqua continua), quasi no se è W/O. Un colorante idrosolubile tinge una O/W, uno liposolubile una W/O. Le tre prove concordano perché misurano tutte la natura del liquido continuo.

Che cos’è la regola di Bancroft?

È la regola empirica secondo cui la fase continua di un’emulsione tende a essere quella in cui l’emulsionante è più solubile. Un tensioattivo idrofilo (alto HLB) favorisce un’emulsione olio-in-acqua, uno lipofilo (basso HLB) favorisce acqua-in-olio. Permette di prevedere il tipo di emulsione che si formerà conoscendo soltanto l’affinità dell’emulsionante.

Che cosa sono le emulsioni multiple?

Sono emulsioni in cui le gocce disperse contengono a loro volta goccioline più piccole di un terzo liquido, come nelle W/O/W (acqua-in-olio-in-acqua) o O/W/O. Si usano per incapsulare un principio attivo in un compartimento interno protetto dalla fase continua, ottenendo un rilascio lento o controllato. Sono più complesse da stabilizzare e richiedono di norma due emulsionanti diversi.

Perché un’emulsione è instabile?

Perché creare gocce significa generare una grande superficie di contatto fra due liquidi che «non si vogliono», ad alta energia interfacciale: il sistema tende spontaneamente a ridurre quella superficie fondendo le gocce e separando le fasi. Un’emulsione è quindi termodinamicamente instabile e sopravvive solo grazie all’emulsionante, che abbassa la tensione interfacciale e crea barriere che rallentano la fusione delle gocce.