Synergetic effects of polymer-surfactant mixtures on solid-liquid interfaces

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-opus-3482
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.10171

Zimin, Denys

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Date of publication of this fulltext: 11 Feb 2004 15:33

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	10 February 2004
Referee:	Werner (Prof. Dr.) Kunz
Date of exam:	30 January 2004
Institutions:	Chemistry and Pharmacy > Institut für Physikalische und Theoretische Chemie > Chair of Chemistry VI - Physical Chemistry (Solution Chemistry) > Prof. Dr. Werner Kunz
Keywords:	Aniontensid , Ionische Polymere , Natriumdodecylsulfat , Adsorptionsschicht , Adsorption , Kraftmikroskopie , Dynamische Lichtstreuung , Fällung , Glimmer , Siliciumdioxid , Polymer JR 400 , Polymer-Tensid Wechselwirkungen , Wiederauflösung , Kraft-Abstands-Kurve , Hydrophobisierung , Polymer JR 400 , Polymer-Surfactant Interactions , Resolubilisation , Force vs. Distance Curves , Hydrophobisation
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 540 Chemistry & allied sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	10171

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Abstract (English)

Abstract (English)

The surfactant-polymer system SDS-JR400 with different component ratios was studied in the bulk solution using DLS and during adsorption at solid-liquid interfaces using AFM.
DLS measurements delivered data concerning the size and uniformity of micelle-like clusters formed in the bulk solution. Soft-contact AFM imaging was used to visualize the structure of the adsorbed layer, the acquirement of the force-distance curves together with the special �scratching� treatment brought information about the mechanical properties of the layer.
The adsorption from the mixed solutions in the concentration range from below critical aggregation concentration (CAC) to above polymer saturation point (PSP) was cooperative at native mica, hydrophobized mica and hydrophobized silica surface. The surfactant-rich mixtures showed the less and the polymer-rich mixtures � the most pronounced adsorption at all surfaces. In all cases of adsorption from mixtures the adsorbed layer was structured showing a presence of polymer-surfactant aggregates. A correlation between light scattering data concerning sturcturizing and particle size, on the one hand, and AFM images, on the other hand, was observed. A resemblance between images of mixture samples of the same or similar composition, but acquired on different surfaces, was found. It turned out that the influence of surface properties is of less importance for adsorption, compared to the influence of the mixture composition in bulk. It should be remarked that this conclusion can only be drawn, when surfactant and polymer are mixed prior to adsorption. A dependence between the surface charge and hydrophobicity, on the one hand, and the strength of adsorption, on the other hand, was visualized: SDS-JR400 mixtures of the same composition demonstrated different properties of the adsorbed layer after adsorption at native mica, hydrophobized mica and hydrophobized silica. The data obtained during �washing-off� experiments including a subsequent substitution of mixtures in the bulk phase with increasing surfactant/polymer ratio demonstrated that the composition and structure of the adsorbed layer follow the same changes that occur in the bulk phase: SDS penetrates the adsorbed layer and causes changes in its properties.

Translation of the abstract (German)

Es wurde das Tensid-Polymer-System SDS-JR400 mit unterschiedlichen stöchiometrischen Verhältnissen zwischen den Komponenten in der Flüssigphase (Dynamische Lichtstreuung � DLS) und auf flüssig-fest Grenzflächen (Atomkraftmikroskopie - AFM) untersucht.
Die DLS-Messungen lieferten Daten über die Größe und Größenverteilung der mizellenähnlichen Cluster in der Flüssigphase. Die Struktur der adsorbierten Schicht wurde mit Hilfe der soft-contact AFM visualisiert, die Kraft-Abstand-Kurven zusammen mit den �Schabversuchen� brachten Informationen über die mechanischen Eigenschaften der Schicht.
Die Adsorption aus den Mischlösungen im Konzentrationsbereich war sowohl unterhalb der kritischen Aggregationskonzentration (CAC) als auch oberhalb des Polymersättigungspunkts (PSP) war kooperativ auf frisch gespaltenem Glimmer, hydrophobisiertem Glimmer und hydrophobisiertem Siliziumdioxid. Die tensidreichen Mischungen wiesen die am wenigsten und die polymerreichen � die am meisten ausgeprägte Adsorption auf allen Oberflächen auf. In allen Fällen der Adsorption aus Mischungen war die adsorbierte Schicht strukturiert, was auf die Anwesenheit von Polymer-Tensid-Aggregaten hinwies. Es wurde eine Korrelation zwischen den Lichtstreudaten über die Struktur und Partikelgröße und den AFM-Bildern beobachtet. Eine Ähnlichkeit der Bilder von Proben gleicher oder ähnlicher Zusammensetzung wurde auch auf unterschiedlichen Oberflächen festgestellt. Es hat sich herausgestellt, dass der Einfluss der Oberflächeneigenschaften, verglichen mit der Zusammensetzung der Mischung in der Flüssigphase, weniger wichtig für die Adsorption ist. Diese Schlussfolgerung ist allerdings nur dann zutreffend, wenn das Tensid und das Polymer vor der Adsorption gemischt wurden. Die Abhängigkeit der Haftungsstärke von der Oberflächenladung und -hydrophobizität wurde sichtbar gemacht: die SDS-JR400-Mischungen gleicher Zusammensetzung wiesen unterschiedliche Eigenschaften der adsorbierten Schicht nach der Adsorption auf frisch gespaltenem Glimmer, hydrophobisiertem Glimmer und hydrophobisiertem Siliziumdioxid auf. Eine Reihe von �Abspülversuchen� wurden durchgeführt, die den nachfolgenden Austausch der Mischungen in der Flüssigphase mit wachsendem Verhältnis �Tensid/Polymer� einschlossen. Die während dieser Versuche gewonnenen Daten zeigten, dass die Zusammensetzung und Struktur der adsorbierten Schicht den Änderungen folgt, die in der Flüssigphase stattfinden: SDS dringt in die Schicht ein und verursacht Änderungen ihrer Eigenschaften.

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