Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5808
Main Title: Sugar surfactant based microemulsions at solid surfaces
Translated Title: Zuckertensidbasierte Mikroemulsionen an festen Grenzflächen
Author(s): Vargas Ruiz, Salome
Advisor(s): Klitzing, Regine von
Referee(s): Solans Marsa, Conxita
Klitzing, Regine von
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: This study investigates the structural properties of sugar surfactant-based microemulsions at solid-liquid interfaces. In particular, this thesis attempts to correlate these structural properties at solid-liquid interfaces with the ability of microemulsions to wet the substrate and the mobility of model molecules from the wetted surface to the bulk of the microemulsion. The first part of this study is dedicated to studying the bulk structural properties of sugar surfactant based microemulsions prepared with tetradecane (nonpolar) and methyl oleate (polar) oils. The bulk structure of the two sugar surfactant microemulsion systems was characterized by means of small-angle neutron scattering, diffusion nuclear magnetic resonance spectroscopy, and cryo-scanning electron microscopy. The complementary results of the three employed methods revealed the formation elongated channels of oil and water, whose degree of connectivity depends on the oil and water contents. In the second part of this study, the wetting properties and the near-surface structure of the sugar surfactant based microemulsion on model surfaces were investigated. The near-surface structure was evaluated with neutron reflectometry and grazing-incidence small-angle neutron scattering. The scattering length density profiles estimated from the neutron reflectograms reveal that both tetradecane and methyl oleate based microemulsions develop a distinct structure in the perpendicular direction to the hydrophilic solid-liquid interface. In contrast, at the hydrophobic solid-liquid interface the structuring of the methyl oleate microemulsions is hindered, whereas the structuring of the tetradecane based microemulsion is preserved. The obtained results suggest that the adsorption of oil or surfactant molecules at the solid-liquid interface influences the interfacial structuring of microemulsions. Furthermore, these adsorption processes at the interface also had a strong implication on the wetting processes on the planar surfaces as demonstrated by dynamic contact angle measurements. In the last part of the study, the efficiency of microemulsions to extract test molecules from model surfaces were monitored by spectroscopic and chromatographic methods. The extraction and solubilization processes are strongly affected by the structure of the microemulsion, where an efficient extraction of the model molecules is achieved by the employment of symmetric bicontinuous microemulsions. In general, the presented results are of practical importance as the ability to identify the parameters that influence the interaction of the microemulsions with any surface could be a new powerful tool for the formulation of microemulsions to improve their performance in any desired application, such as the decontamination of surfaces.
In dieser Arbeit werden strukturelle Eigenschaften von Mikroemulsionen von Zucker-basierten Tensiden untersucht. Im Speziellen wird versucht diese strukturellen Eigenschaften an der fest-flüssig Grenzfläche mit der Benetzbarkeit von Substraten und der Beweglichkeit von Testmolekülen aus der benetzten Oberfläche in die Volumenphase zu korrelieren. Im ersten Teil der Arbeit werden die strukturellen Eigenschaften der Volumenphase von Mikroemulsionen mit Tetradecan (unpolar) und Methyloleat (polar) als Ölphase untersucht. Die Struktur der Volumenphase beider Mikroemulsionen wurden durch Kleinwinkelneutronenstreuung, Diffussionskernspinresonanzspektroskopie, Kryorasterelektronenmikroskopie untersucht. Übereinstimmende Ergebnisse dieser drei Methoden deuten darauf hin, dass sich gestreckte Kanäle aus Öl und Wasser bilden deren Vernetzungsgrad vom Öl- und Wassergehalt abhängen. Im zweiten Teil der Arbeit werden zum einen die Benetzungseigenschaften von Modeloberflächen und zum anderen die Struktur dieser Mikroemulsionen an den Modeloberflächen untersucht. Die Struktur in der Nähe der Oberfläche wurde mit Neutronenreflektometrie und Kleinwinkelneutronenstreuung unter streifendem Einfallswinkel untersucht. Es wurde gezeigt, dass die Struktur der Mikroemulsionen in Oberflächennähe erhalten bleibt und die Oberfläche eine Ordnung der Nanodomänen senkrecht zur Oberfläche induziert. Die Streulängendichteprofile, welche von den Reflektogammen abgeschätzt wurden, weisen darauf hin, dass der Ordnungsgrad stark von der Polarität der Oberfläche und der Adsorption von Öl- oder Tensidmolekülen an der Oberfläche abhängt. Außerdem zeigen dynamische Kontaktwinkelmessungen, dass diese Adsorptionsprozesse einen starken Einfluss auf die Benetzung von planaren Oberflächen haben. Im letzten Teil der Arbeit wird mit spektroskopischen und chromatographischen Methoden untersucht wie effizient diese Mikroemulsionen Testmoleküle extrahieren können. Extraktions- und Löslichkeitsprozesse sind stark von der Struktur der Mikroemulsionen abhängig. Eine effiziente Extraktion wird durch eine symmetrische bikontinuierliche Mikroemulsion erreicht. Im Allgemeinen sind die Ergebnisse von praktischer Relevanz. Die untersuchten Parameter zeigen die Leistungsfähigkeit von Mikroemulsionen auf. Diese Parameter beeinflussen die Wechselwirkung mit Oberflächen in gewünschten Anwendungen, zum Beispiel die Dekontamination von harten Oberflächen.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/6249
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5808
Exam Date: 15-Feb-2017
Issue Date: 2017
Date Available: 29-Mar-2017
DDC Class: DDC::500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie::541 Physikalische Chemie
Subject(s): microemulsion
sugar based surfactant
structure
solid-liquid interfaces
neutron reflectometry
wetting
extraction
Mikroemulsion
zuckerbasiertes Tensid
Struktur
Fest-Flüssig-Grenzfläche
Neutronenreflektometrie
Benetzung
Extraktion
Sponsor/Funder: DFG, WE5066/1-1, Enzym katalysierte Reaktionen in Mikroemulsionen in der Volumenphase und an Grenzflächen
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