Polielektrolit / tenzid rendszerek nem-egyensúlyi viselkedésének tanulmányozása
Date: 2015
Subject: polielektrolit/tenzid rendszerek
kémia alapszak
szakdolgozat
kémia alapszak
szakdolgozat
Abstract:
Szakdolgozati munkám során ellentétesen töltött polielektrolit/tenzid (PE/T) rendszerek tömbfázisbeli és oldat/levegő határfelületi tulajdonságait vizsgáltam.
Napjainkban ezeket a rendszereket széles körben és nagy mennyiségben használják számos területen, például, mint tisztítószerek, kozmetikumok, festékek alkotóit. Alkalmazásuk jelentős volumene miatt számos kutatás irányul ezeknek az anyagi rendszereknek a megismerésére, viselkedésük megértésére és a tulajdonságaik optimalizálására.
Az ellentétesen töltött PE/T rendszerek gyakran mutatnak nem-egyensúlyi tulajdonságokat. Adott koncentrációtartományban kétfázisú rendszert alkotnak, melyek a mérések időskáláján nincsenek egyensúlyban.
Munkám során a pdadmac és a Na-decil-szulfát tömbfázisbeli komplexeinek aggregációját és fázistulajdonságait vizsgáltam turbiditás és elektroforetikus mobilitás mérésekkel. Turbiditásvizsgálatok segítségével meghatároztam a fázis-szeparációs tartományt és a fázis-szeparáció lejátszódásának időskáláját. Az elektroforetikus mobilitás mérésekkel meghatároztam a semleges komplex létrejöttéhez szükséges tenzidkoncentrációt. Az elektroforetikus mobilitás és a turbiditás mérések segítségével azt is megmutattam, hogy mivel a cmc eléréséig a komplexek felületi töltése nem éri el azt a mértéket, ami elegendő lenne a keletkező PE/T részecskék stabilizálásához a pdadmac / NaDeS rendszer a tenzidfelesleg hatására nem stabilizálódik.
A határfelületi viselkedést felületi feszültség mérésekkel vizsgáltam. A pdadmac/NaDeS rendszer esetén már igen kevés tenzid hozzáadásakor jelentősen csökken a felületi feszültség értéke, tehát a tanulmányozott polielektrolit/tenzid rendszer nagyon felületaktív. A fázis-szeparációs régióban egy átmeneti felületi feszültség csúcs található. Ennek magyarázata, hogy a fázis szeparáció koncentrációtartományában aggregátumok keletkeznek, amelyek nagy méretük miatt lassabban jutnak a felszínre, mint a fázis-szeparációs tartományt el nem érő tenzid-koncentrációk esetén keletkező egyedi polimer/tenzid komplexek. Öregített minták felületi feszültségének vizsgálatával megállapítottam, hogy három nap nem elegendő a keletkezett PE/T aggregátumok kiülepedéséhez, ennyi idő alatt a rendszer nem jutott el az egyensúlyi állapotba.
Abstract:
In my work, I investigated the bulk phase behavior and the liquid/air interfacial properties of oppositely charged polyelectrolyte/ surfactant mixtures.
These systems are widely used in numerous applications, such as detergents, cosmetics, and paints. Due to the significant volume of application and great industrial importance, there has been a large number of investigations to gain the understanding of their properties, and optimizing the features.
Oppositely charged polyelectrolyte/ surfactant systems are often show non-equilibrium characteristics. At a given concentration range they form two-phase systems that often do not reach equilibrium on the timescale of the measurements.
In the first part of my work I investigated the bulk phase behavior of poly(diallyldimethylammonium chloride) (pdadmac) and sodium decylsuplhate (SDeS) mixtures by means of turbidity and electrophoretic mobility measurements. Turbidity tests determined the phase separation range and the phase separation time scale. Electrophoretic mobility measurements determined the surfactant concentration necessary to create a neutral complex. The electrophoretic mobility measurements have also confirmed that the PE/S complexes formed in surfactant excess does not develop large enough surface charge density before the cmc to gain colloid stability. Thus, the pdadmac/SDeS system does not form a kinetically stabilized colloid dispersion.
I also investigated the interfacial properties of the pdadmac/SDeS system using surface tension measurement. The addition of even a small amount of surfactant causes large the surface decrease, indicating that the studied polyelectrolyte / surfactant system is highly surface active. In the phase separation region a transient surface tension peak can be found. This is due to the formation of large aggregates on mixing in the bulk phase in the phase separation region. These aggregates can reach the interface much slower than individual PE/S complexes due to their much larger size. The investigation of the surface tension of aged pdadmac/SDeS samples clearly shows that the PE/S aggregates does not settle fully even after three days that is the system does not reach equilibrium during this time.
