Surfactant self-assembly in a magnetic room temperature ionic liquid
In der vorliegenden Arbeit wurde die Selbstorganisation von Tensiden in einem wasserfreien Modellsystem untersucht, und zwar durch Verwendung von verschiedenen magnetischen raumtemperaturionischen Flüssigkeiten (MRTIL, Alkylimidazoliumtetrachloroferraten, CimimFeCl4 mit i = 2, 4, 6) als Lösungsmittel und Tenside mit einer Imidazolium-Kopfgruppe (CjmimCl mit j=12, 14, 16, 18). Das Phasenverhalten wurde zuerst für den einfachsten Falle von binären MRTIL/Tensid-Mischungen untersucht, indem systematisch die Kettenlänge von Tensid und MRTIL über einen breiten Temperaturbereich und in allen Mischungsverhältnissen variiert wurde. Dabei wurden klassische mesoskopische Strukturen gefunden wie z.B. Mizellen und Flüssigkristalle. Desweiteren wurde durch die Zugabe von Öl und Kotensid die Komplexität erhöht, woduch es möglich war, Mikroemulsionen herzustellen. Auch hier wurde der Einfluss von MRTIL- und Tensidkettenlängen auf das Phasenverhalten untersucht und zusätzlich durch eine vielfältige Variation von Menge und Struktur des Öls und Kotensids das Beobachtungsspektrum erweitert. Um ein möglichst fundiertes und vertrauenswürdiges Bild zu erhalten, wurden viele komplementäre Methoden wie Kalorimetrie (DSC), Polarisationsmikroskopie, Neutronen- und Röntgenstreuung ({SANS}/{SAXS}) und Oberflächenspannung verwendet. Generell konnten die für wässrige Systeme typische Strukturen wie Mizellen, Flüssigkristalle, Emulsionen und Mikroemulsionen in diesen ionischen Flüssigkeiten dargestellt werden, jedoch mit einer schwächer ausgeprägten Triebkraft, ausgedrückt z. B. durch höhere kritische Mizellisierungskonzentrationen, kleinere Aggregationszahlen für Mizellen, welche zusätzlich eine teilweise Quellung mit Lösungsmittel aufwiesen, oder kleineren Dreiphasengebieten für Mikroemulsionen, deren Domänen eine weniger ausgeprägte Fernordnung zeigten. Die schwächere Selbstorganisation wurde mit der Solvophobie des Alkylketten quantifiziert, welche etwa nur ein fünftel in den MRTIL-Systemen verglichen mit Wasser beträgt. Es konnte zwischen dem Effekt von hydrophilem und -phoben Tensidteil unterschieden werden mit dem Ergebnis, dass Defizite in der Fähigkeit zur Selbstorganisation hauptsächlich auf den hydrophoben Tensidmolekülteil zurückzuführen sind. Zwei entgegengesetzte Trends zur Beeinflussung der amphiphilen Stärke des Systems konnten herausgestellt werden: Einerseits quantifiziert die Tensidkettenlänge die Solvophobizität des Amphiphils und andererseits erhöht die MRTIL-Alkylkettenlänge die Lösungsmittelpolarität. Da in der vorliegenden Arbeit ionische Flüssigkeiten mit paramagnetischen Eigenschaften verwendet wurden, wurde verifiziert, dass diese Eigenschaft in den untersuchten Mikroemulsionssystemen erhalten blieb. Desweiteren was es möglich, mesoskopische Strukturen in einem externen Magnetfeld auszurichten, jedoch nur für ganz bestimmte Bereiche im Phasendiagramm und unter recht hohen Feldern von ≥5.5 Tesla. Zusammenfassend liefert die hier vorgestellte Arbeit quantitative Informationen zur Struktur-Eigenschaftsbeziehung und gibt damit Anleitung zur maßgeschneiderten Formulierung von mesoskopischen Strukturen mit magnetischen Eigenschaften. Dies ermöglicht z. B. die gezielte Herstellung von Mikroemulsionen mit bestimmten Strukturen, welche MRTIL als polare Komponente enthalten. Dies ist nützlich, da solche Mikroemulsionen in der Zukunft als interessante Reaktionsmedien mit der Option zur magnetfeldinduzierten Separierung genutzt werden könnten.
Networked Digital Library of Theses and Dissertations