Adsorption of Surfactants on Colloidal Silica: Effects of Surface Curvature on the Structure of Surface Aggregates

Lugo Quijada, Dersy Marileth

Adsorption of Surfactants on Colloidal Silica: Effects of Surface Curvature on the Structure of Surface Aggregates

dc.contributor.advisor	Findenegg, Gerhard H.	en
dc.contributor.author	Lugo Quijada, Dersy Marileth	en
dc.contributor.grantor	Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften	en
dc.date.accepted	2010-04-07
dc.date.accessioned	2015-11-20T19:29:19Z
dc.date.available	2010-04-20T12:00:00Z
dc.date.issued	2010-04-20
dc.date.submitted	2010-04-20
dc.description.abstract	Die Adsorption von Tensiden an Kolloid-Teilchen kann zu einer sterischen Stabilisierung der kolloidalen Dispersion führen und ist daher von großer Bedeutung für die Herstellung nanostrukturierter funktionaler Oberflächen. Stark gekrümmte Oberflächen spielen in solchen Systemen eine große Rolle und können einen maßgebenden Einfluss auf Struktur und Stabilität der adsorbierten Tensidfilme haben. Die vorliegende Doktorarbeit verfolgt das Ziel, den Einfluss der Oberfächenkrümmung auf die Morpholpgie der adsorbierten Schicht von nichtionischen Tenside an Silika-Nanoteilchen zu bestimmen. Die Struktur der Adsorptionsschicht eines Alkylethoxylats (C12E5), der Alkylmaltoside β-C10G2 und β-C12G2, und des Alkyldimethylaminoxids C12DAO, sowie von binären Mischungen von C12DAO mit β-C10G2 und β-C12G2 an Silica-Nanoteilchen wurde mittels Kleinwinkel-Neutronenstreuung (SANS) untersucht. Die Silica-Nanoteilchen mit Teilchendurchmessern im Bereich von 16 bis 42 nm wurden nach der Stöber-Methode synthetisiert und mit Elektronenmikroskopie (TEM), dynamischer Lichtstreuung (DLS) und SANS, sowie durch Stickstoff-Adsorption charakterisiert. Die Adsorptionsisotherme von C12E5 zeigt einen stark kooperativen Verlauf mit einem Plateauwert ähnlich wie an atomar glatten Silica-Oberflächen. Die Analyse der SANS-Streukurven der Dispersionen mit C12E5 and C12DAO zeigt, dass diese Tenside an den Silika-Teilchen keine homogene Tensiddoppelschicht, sondern im Falle der kleinsten Silika-Teilchen (16 nm) kugelförmige Oberflächenmizellen bilden. Im Fall von C12DAO konnte mit zunehmender Teilchengröße ein morphologischer Übergang von kugel-förmigen zu oblat ellipsoidalen Oberflächenmizellen nachgewiesen werden, die eine ähnliche Grösse wie die Mizellen in wässrige Lösung haben. Im Gegensatz zu C12E5 und C12DAO wurde für β-C10G2 und β-C12G2 keine signifikante Adsorption an den Silica-Teilchen gefunden. Es konnte aber gezeigt werden, dass die Adsorption dieser Tenside an Silica-Teilchen durch die Anwesenheit von C12DAO begünstigt wird (synergetischer Effekt). Erhöhung der Konzentration von β-C10G2 und β-C12G2 bewirkt jedoch eine Desorption von C12DAO und die Bildung von Mischmizellen in der Lösung.	de
dc.description.abstract	Adsorbed surfactants can play an important role as a protection layer for the steric stabilization of colloids and for the preparation of nanostructured functional surfaces. In many cases highly curved surfaces are involved, and this surface curvature may have a pronounced influence on the structure and stability of the adsorbed surfactant layer. In order to better understand these influences, the work presented in this thesis focuses on the study of self-assembled structures of three classes of nonionic surfactants and some of their binary mixtures on silica nanoparticles dispersed in water. The adsorption of an alkyl ethoxylate surfactant (C12E5), two alkyl maltosides (β-C10G2 and β-C12G2) and an alkyldimethylamine oxide surfactant (C12DAO), as well as binary mixtures of C12DAO with β-C10G2 and β-C12G2 onto purpose-synthesized silica sols of uniform particle size (mean diameter 16, 27 and 42 nm) was studied by small-angle neutron scattering (SANS). The silicas were prepared by two variants of the Stöber synthesis. Their particle size was characterized by electron microscopy (TEM), dynamic light scattering (DLS), and SANS, and the specific surface area was determined by N2 adsorption. It was found that C12E5 exhibits strongly cooperative adsorption onto the silica particles with a surface concentration plateau value Γmx similar to that on flat silica surfaces. Analysis of the SANS profiles of silica sols with adsorbed C12E5 or C12DAO showed that these surfactants do not form a laterally uniform adsorbed bilayer. Instead, spherical surface micelles are formed on particles of 16 nm. For C12DAO a morphological transition from spherical to oblate ellipsoidal surface micelles was found as the diameter of the silica particles increases from 16 nm to 27 and 42 nm. The ellipsoidal surface micelles of C12DAO have similar dimensions as micelles in the bulk solution. β-C10G2 and β-C12G2 show very weak adsorption onto silica beads, but their adsorption can be promoted by C12DAO, when small amounts of β-CnG2 are present. However, desorption of the surfactants from the particles and formation of mixed micelles in solution occurs if larger amounts of the maltoside surfactant are added.	en
dc.identifier.uri	urn:nbn:de:kobv:83-opus-26292
dc.identifier.uri	https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2736
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2439
dc.language	English	en
dc.language.iso	en	en
dc.rights.uri	http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/	en
dc.subject.ddc	540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften	en
dc.subject.other	Adsorption	de
dc.subject.other	Neutronenstreuung	de
dc.subject.other	Silica-Nanoteilchen	de
dc.subject.other	Synergetischer Effekt	de
dc.subject.other	Tensiden	de
dc.subject.other	Adsorption	en
dc.subject.other	Silica Nanoparticles	en
dc.subject.other	Small-Angle Neutron Scattering	en
dc.subject.other	Surface Aggregates	en
dc.subject.other	Surfactants	en
dc.title	Adsorption of Surfactants on Colloidal Silica: Effects of Surface Curvature on the Structure of Surface Aggregates	en
dc.title.translated	Tensid-Adsorption an kolloidalem Silica: Einfluss der Oberflächenkrümmung auf die Struktur der Adsorptionsschicht von Tensiden	de
dc.type	Doctoral Thesis	en
dc.type.version	publishedVersion	en
tub.accessrights.dnb	free	*
tub.affiliation	Fak. 2 Mathematik und Naturwissenschaften::Inst. Chemie	de
tub.affiliation.faculty	Fak. 2 Mathematik und Naturwissenschaften	de
tub.affiliation.institute	Inst. Chemie	de
tub.identifier.opus3	2629
tub.identifier.opus4	2498
tub.publisher.universityorinstitution	Technische Universität Berlin	en

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