Polielektrolit tenzid aggregátumok képződése elektrolit jelenlétében
Date: 2016
Subject: polielektrolit tenzid
aggregátumok
elektrolit
kémia alapszak
szakdolgozat
aggregátumok
elektrolit
kémia alapszak
szakdolgozat
Abstract:
Munkám célja annak tanulmányozása volt, hogy hogyan hat az elektrolit koncentráció változása,
illetve a tömény polielektrolit/tenzid/elektrolit elegyek oldószerrel történő hígítása a
polielektrolit/tenzid (P/T) aggregátumok képződésére. A szakirodalomban találhatunk erre a témára
irányuló kutatásokat, azonban nem alakult ki egységes kép ebben a gyakorlati szempontból is fontos
területen.
A kísérletek során poli(nátrium-4-sztirolszulfonát) (PSS)/ dodeciltrimetilammónium bromid
(DTAB) és poli(diallildimetilammónium klorid) (PDADMC)/nátrium-dodecilszulát (NaDS) elegyeket
készítettem, négy különböző oldatkészítési módszert alkalmazva. Az elegyek minden esetben tartalmaztak
elektrolitot (NaCl). A PSS/DTAB elegyeket csak polielektrolit feleslegben vizsgáltam, mert
tenzidfelesleg esetén csapadékos rendszerek képződnek. A PDADMAC/NaDS rendszereknél viszont
elektrosztatikusan stabilizált polielektrolit/tenzid diszperzió készíthető tenzidfeleslegben. Így ezeket az
elegyeket, mind polielektrolit, mindpedig tenzid feleslegben is tanulmányoztam. Elektroforetikus mobilitás
méréssel vizsgáltam a különböző előállítási módok hatását a rendszerekben létrejövő P/T komplexek
töltésére. Turbiditás mérésekkel pedig nyomon követtem a polielektrolit/tenzid nanorészecskék
aggregációját.
Az első három elegykészítési módszert a PSS/DTAB és a PDADMAC/NaDS rendszereknél is
alkalmaztam. Az első keverési mód (1:1) esetén a tenzid és a polielektrolit oldatát elegyítettük 1:1
térfogatarányban állandó NaCl koncentráció mellett. A többi elegykészítési módnál a híg tenzid oldathoz
adtunk tömény polielektrolitot, vagy állandó NaCl koncentráció mellett (2. módszer), vagy úgy
hogy csak a polielektrolit oldat tartalmazott elektrolitot (3. módszer). A PDADMAC/NaDS rendszerek
mobilitása jelentősen megváltozik a harmadik típusú elegyítés során polielektrolit feleslegben, a kötött
tenzid mennyiségének nem egyenletes eloszlása miatt. Ez fokozottabb aggregációval is jár a többi
oldat készítési módszerhez képest. A PSS/DTAB rendszereknél nem okoz szignifikáns változást, ha a
sót elszeparálva adjuk a rendszerhez. Ennek az lehet az oka, hogy a PSS egy kevésbé merev molekula
a PDADMAC-hoz képest.
A negyedik keverési típus csak a PSS/DTAB rendszerekre alkalmazható, ami során a szilárd
összetevőkből készített tömény PSS/DTAB/NaCl oldatot százszorosára hígítottam. Ebben az esetben
jelentős eltérést tapasztaltam az 1:1 keveréssel előállított oldatokhoz képest. A turbid tartomány helyett
azonnali csapadékképződés történt, melyben teljesen más volt a csapadék jellege, mint az 1:1
keveréssel előállított oldatokban. Az egyik lehetséges interpretáció szerint a hirtelen lecsökkent lokális
ionerősség miatt az oldatban lévő egyes polielektrolit/tenzid komplexek felületi töltéssűrűsége lecsökken,
viszont a kötött tenzid mennyiségük jelentősen megnő, ami koagulációhoz vezet. Ez a jelenség
azonban további vizsgálatokat igényel.
Abstract:
The main aim of our research was related to the study of the effect of electrolyte concentration gradients
as well as the impact of dilution of concentrated polyelectrolyte/surfactant/supporting electrolyte
mixtures on the formation of polyelectrolyte/surfactant (P/T) aggregates. Although there have been
some investigations with this respect, there is no general consensus on these effects which are crucially
important from practical points of view.
In the present study, the aqueous mixtures of poly(sodium 4-styrenesulfonate) (PSS), and dodecyltrimethylammonium
bromide (DTAB) as well as poly(diallyldimethylammoniumchloride)
(PDADMAC) and sodium dodecyl sulfate (SDS), were investigated in the presence of sodium chloride
(NaCl). For the preparation of the mixtures four different mixing procedures were applied. The
PSS/DTAB mixtures were investigated only in polyelectrolyte excess since at surfactant excess precipitates
were formed. In contrast, for the PDADMAC/SDS system electrostatically stabilized colloidal
dispersions can be prepared at surfactant excess. Thus, these mixtures were studied both in polyelectrolyte
and surfactant excess. Electrophoretic mobility measurements were utilized to investigate
the impact of the solution preparation protocols on the charge of the formed polyelectrolyte/surfactant
complexes. Furthermore, turbidity measurements were carried out to monitor the aggregation of these
P/T complexes.
The first three types of mixing protocols were applied both for the PSS/DTAB and the
PDADMAC/SDS mixtures as well. During the first mixing (1:1) method, equal volumes of polyelectrolyte
and surfactant solutions were mixed quickly at constant concentration of NaCl. In the cases of
the second and third mixing protocols, concentrated polyelectrolyte solutions were mixed with dilute
surfactant solutions, where either both solutions (second method) or only the polyelectrolyte solution
(third method) contained added NaCl. The mobility of PDADMAC/SDS systems were changed largely
at polyelectrolyte excess via the utilization of the third type of mixing method due to the inhomogeneous
distribution of the bound surfactant ions to the polyion. This also resulted enhanced local aggregation
compared to the other mixing methods. In contrast, no significant deviations were observed in
the impact of the three mixing methods on the PSS/DTAB mixtures. This finding may be attributed to
the difference in the stiffness of the PDADMAC and PSS chains.
The fourth type of mixing procedure can only be applied for PSS/DTAB systems where a concentrated
PSS/DTAB/NaCl solution were diluted hundredfold with water. In this case, there were significant
differences compared to the mixtures made by the first 1:1 mixing method. Precipitates were formed
over a wide composition region where turbid or transparent mixtures were observed for the 1:1 mixing
procedure. In addition, the visual appearance of the precipitates were completely different for the two
mixing procedures. We hypothesize that due to the reduced local ionic strength, the net charge of some
P/T complexes decreases and their bound amount of surfactant increases which could lead coagulation.
However, this phenomenon needs further investigations.
