Dynamische Grenzflächeneigenschaften wässriger Tensidlösungen

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-280477
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.28047

Weikl, Robert

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Date of publication of this fulltext: 19 Apr 2013 12:26

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	19 April 2013
Referee:	Prof. Dr. Hubert Motschmann
Date of exam:	15 March 2013
Institutions:	Chemistry and Pharmacy > Institut für Physikalische und Theoretische Chemie > Chair of Chemistry VI - Physical Chemistry (Solution Chemistry)
Keywords:	Grenzflächenrheologie, Schaumstabilität, dynamische Grenzflächeneigenschaften, surface rheology
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:	28047

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Abstract (German)

Abstract (German)

Die Arbeit basiert auf der „Oscillating Bubble Technique“, einer Methode, mit der die Grenzflächenrheologie von wässrigen Tensidlösungen im Frequenzbereich zwischen 1 und 500 Hz untersucht werden kann. Da diese sehr empfindlich gegenüber internen und externen Einflüssen ist, beschäftigt sich ein Teil der Dissertation mit der methodischen Verbesserung dieser Technik. Es wird gezeigt, wie die Reproduzierbarkeit der „Oscillating Bubble Technique“ durch Einbau und Synchronisation einer Hochgeschwindigkeitskamera erhöht werden kann. Auf Basis von Untersuchungen der Messkammer mit einem Laservibrometer wird ferner dargelegt, dass externe Schwingungen nicht in Resonanz mit der Messung treten und somit die Signaldetektion nicht verfälscht wird.

Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit dem Zusammenhang zwischen Grenzflächenrheologie und Molekülstruktur bei wässrigen Tensidlösungen beziehungsweise der Wirkungsweise von Additiven auf deren Eigenschaften. So wird dargestellt, wie die Grenzflächeneigenschaften von Tensiden auf Polyethylenglykol-Basis von der Zahl an EO-Einheiten und der Alkylkettenlänge abhängt. Es zeigt sich eine Erhöhung des grenzflächenviskoelastischen Charakters mit Zunahme des Ethoxylierungsgrades und Abnahme der Alkylkettenlänge. Bei kurzkettigen Tensiden (C10-EO(X)) ist zudem eine Korrelation zwischen Grenzflächenviskoelastizität und Schaumstabilität erkennbar. Ferner wurde der Einfluss von Ce4+-Ionen auf die Eigenschaften des anionischen Tensids Natriumdodecylsulfat analysiert. Die Zugabe von Ce4+ bewirkt einen nahezu vollständigen Übergang der Grenzflächeneigenschaften von grenzflächenviskoelastisch zu grenzflächenelastisch. Gleichzeitig zeigt sich eine deutliche Abnahme der Schaumstabilität.

Darüber hinaus wird die Wirkungsweise des klassischen Entschäumers Tributylphosphat auf die Oberflächeneigenschaften von Decyl-dimethyl-phosphinoxid untersucht. Dabei stellt sich heraus, dass die entschäumende Wirkung nur dann auftritt, falls sich ungelöste Linsen auf der Oberfläche befinden. Auf molekularer Ebene bewirkt Tributylphosphat einerseits eine Verdrängung von Tensidmolekülen von der Grenzfläche und andererseits eine Erhöhung des grenzflächenviskoelastischen Charakters.

Um die Auswirkungen von Grenzflächenrheologie zu veranschaulichen wird zudem dargestellt, dass der Aufprall eines Tensidtropfens auf eine Wasseroberfläche deutlich von den Eigenschaften der Grenzflächenrheologie beeinflusst wird.

Translation of the abstract (English)

The “Oscillating Bubble Technique” enables the investigation of the surface rheology in the frequency range between 1 and 500 Hz. This method is very sensitive to external and internal disturbances, hence one part of this work focuses on the improvement of the setup. Consequently, the reproducibility of the measurements can be enhanced by synchronizing a high-speed camera with the bubble oscillations, which enables a very accurate determination of the oscillation amplitude. Additionally an investigation of the chamber by a laser vibrometer shows, that external vibrations are not resonant with the measurement.

The second part of this work deals with the characterization of the surface dilational rheology of several surfactant systems. Additionally all results are correlated to the foam stability. The characteristics of poly ethylene glycol-based surfactants are investigated by varying the number of ethylene oxide units and the length of the alkyl chain. The results demonstrate that surface viscoelasticity is influenced by both. In case of short chain surfactants (C10-EO(X)) the surface rheological properties correlate to the foam stability very well.

Furthermore, the influence of Ce4+-ions on the surface properties of sodium dodecyl sulfate is analyzed. In presence of the highly charged Ce4+-molecules both the surface viscoelastic character and the foam stability decrease very clearly. Using the example of tributyl phosphate as a typical antifoaming agent, its impact on the surface characteristics of an aqueous decyl dimethyl phosphine oxide solution is investigated. The results reveal that TBP acts as an antifoamer only if the solubility limit is exceeded. In case of a complete dissolution, the TBP-molecules cause a desorption of surfactants and an increase of the surface viscoelastic character.

At last, the influence of surface rheology on the impact of a surfactant laden drop on a water surface is analyzed. The results show that the rebound is strongly influenced by the surface rheological properties of the surfactant solution.

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