Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-722
Main Title: Struktur und elastische Eigenschaften lyotroper Mesophasen von Blockcopolymeren unter dem Einfluss kationischer Tenside
Translated Title: Influence of ionic surfactants on the structure and the elastic properties of lyotropic phases of block-copolymers
Author(s): Egger, Holger
Advisor(s): Hellweg, Thomas
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: In dieser Arbeit wurde der Einfluss von kationischen Tensiden des Typs n-Alkyltrimethylammoniumbromid (CnTAB) auf das Aggregationsverhalten nichtionischer Blockcopolymersysteme des Typs Polyethylenoxid-Polypropylenoxid-Polyethylenoxid (PEO-PPO-PEO) vor allem mittels Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) und Gefrierbruchelektronenmikroskopie untersucht. Dabei wurden zum einen die resultierenden Mikrostrukturen der verschiedenen entstehenden Phasen und zum anderen die elastischen Eigenschaften dieser gemischten Systeme betrachtet. Es konnte gezeigt werden, dass die Zugabe des Tensids in allen Fällen die Eigenschaften des amphiphilen Films deutlich beeinflusst. Auf Grund der Änderung der Grenzflächenkrümmung konnten mehrere Phasen unterschiedlicher Mikrostrukturen beobachtet werden. Im Fall der hexagonalen Phase von P65 (EO19-PO29-EO19) in Wasser erzeugt die Zugabe von C12TAB durch Erhöhung der effektiven Grenzflächenkrümmung einen Übergang in eine isotrope, bikontinuierliche Phase. Des Weiteren wurden die inversen System von P105 (EO37-PO58-EO37) bzw. P85 (EO26-PO40-EO26) mit o-Xylol, Wasser und C8TAB bei einem Öl-zu-Wasser-Verhältnis von 13 : 1 ausführlich studiert. Da wie erwartet die Tensidzugabe die absolute Grenzflächenkrümmung erniedrigt, konnte in den hier betrachteten Systemen ein reiches Phasenverhalten in Abhängigkeit der Tensidkonzentration gefunden werden. Untersuchungen zum Phasenverhalten inverser konzentrierter Blockcopolymer-Tensid-Systeme gibt es in der Literatur bis jetzt keine. Neben der invers mizellaren Phase gibt es im System mit P105 zwei Mikrostrukturen, welche bisher noch in keinem anderen System beschrieben wurden. Die Untersuchungen konzentrierten sich auf die lamellare Phase, welche bei ausreichender Tensidkonzentration entsteht. So konnte ein detailliertes Bild der Struktur auf molekularer Ebene in Abhängigkeit der Zusammensetzung aufgestellt werden. Der Schichtabstand d beträgt 11 - 14 nm, die Dicke der Doppelschicht ca. 4 - 5 nm mit einer inneren wässrigen Schicht von ungefähr 1 nm. Der effektive Kopfgruppenplatzbedarf eines Polymermoleküls wurde zu 1 - 3 nm2 bestimmt. Weiterhin konnten mit Hilfe der Kombination aus statischen (Röntgenkleinwinkelstreuung) und dynamischen Messmethoden (Neutronen-Spin-Echo-Spektroskopie) das erste Mal elastische Eigenschaften solcher polymer-konzentrierter Membranen bestimmt werden. So konnte gezeigt werden, dass bei der lamellaren Phase die Elastizitätskonstanten hauptsächlich von der Tensidkonzentration abhängig sind. Mit steigender Tensidkonzentration sinkt der mittlere Elastizitätsmodul ? deutlich von ca. 8 kBT auf 3 kBT, simultan steigt jedoch der Kompressionsmodul ?B noch stärker an.
The influence of cationic surfactants of the n-alkyl trimethylammonium bromide (CnTAB) type on the aggregation behaviour of nonionic tri-block-copolymers of the poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide)-poly(ethylene oxide) (PEO-PPO-PEO) type was examined particularly by means of small angle X-ray scattering (SAXS) and freeze fracture electron microscopy. The microstructure of the different phases as well as the elastic properties of the mixed systems were analyzed. It is demonstrated that the properties of the block-copolymer film are influenced, in a pronounced way, by the addition of surfactants. Several phases with different microstructures could be observed. In the case of the aqueous hexagonal phase of P65 (EO19-PO29-EO19), the addition of C12TAB induces a transition to an isotropic bicontinuous phase which is attributed to the increasing effective internal curvature. Furthermore, the oil-rich region of P105 (EO37-PO58-EO37) and P85 (EO26-PO40-EO26) systems respectively with o-xylene, water, and C8TAB at an oil-to-water mass-ratio of 13 : 1 was studied extensively. As expected the absolute curvature decreases upon addition of surfactant. A rich phase behaviour could be observed in dependence on the surfactant concentration. Investigations concerning the phase behaviour of inverse concentrated block-copolymer - surfactant-systems could not be found in the literature yet. Beside the inverse micellar phase, two more microstructures exist in the system with P105, which have not been described in any other system yet. The investigations focused on the lamellar phase, which is stable at sufficient surfactant concentration. Thus a detailed picture of the structure on a molecular scale could be drawn in dependence of the composition. The repeating distance d lies between 11 - 14 nm, the thickness of the bilayers between 4 - 5 nm including a thin inner aqueous layer of about 1 nm. The effective head group area of one polymer molecule was determined to be 1 - 3 nm2. Furthermore, the combination of static (SAXS) and dynamic measurements (neutron-spin echo spectroscopy, NSE) allowed the determination of elastic properties of the polymer-concentrated membranes for the first time. It could be demonstrated that the elastic properties of the lamellar phase depend mainly on the surfactant concentration. With increasing surfactant concentration the bending elasticity modulus ? decreases distinctly from approximately 8 kBT up to 3 kBT, whereas simultaneously the compression modulus ?B increases in an even more pronounced way.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-6239
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1019
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-722
Exam Date: 2-Oct-2003
Issue Date: 14-Nov-2003
Date Available: 14-Nov-2003
DDC Class: 540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
Subject(s): Blockcopolymer Tensid Phasenverhalten elastische Eigenschaften NSE
Block-copolymer surfactant phase behaviour elastic properties NSE
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