Behavior of temperature responsive microgels at interfaces : deformability and interfacial activity

Wu, Yaodong; Pich, Andrij

doi:199910371124

Behavior of temperature responsive microgels at interfaces : deformability and interfacial activity = Verhalten von temperatur-responsiven Mikrogelen an Grenzflächen : Verformbarkeit und Grenzflächenaktivität

Wu, Yaodong

2014

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Yaodong Wu

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2014

UmfangIV, VI, 154 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Zs.-Fassung in dt. u. engl. Sprache. - Druckausg.: Wu, Yaodong: Behavior of temperature responsive microgels at interfaces

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Pich, Andrij (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-09-26

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-52132
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/459449/files/5213.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Mikrogel (Genormte SW) ; Deformation (Genormte SW) ; Grenzfläche (Genormte SW) ; Chemie (frei) ; Verformung (frei) ; microgel (frei) ; deformation (frei) ; interface (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Mikrogele sind ultraweiche intramolekulare vernetzte Polymernetzwerke. Eine der wichtigsten Eigenschaften der Mikrogele ist die Grenzfläschenaktivität, die eine große Rolle in ihre Anwendungen wie Herstellung von Filmen, Emulsionen oder Kapseln spielt. Um den Einfluss der chemischen Zusammensetzung, Vernetzungsdichte und Temperatur auf die Grenzflächenverhalten der Mikrogele zu untersuchen, temperatur-sensitive Copolymermikrogele Poly(N-vinylcaprolactam-co-N-isopropylacrylamide) (PVCL/NIPAm), Poly(N-vinylcaprolactam-co-N-isopropylmethacrylamide) (PVCL/NIPMAm) und Homopolymeranaloga mit unterschiedlicher Zusammensetzung und Vernetzungsgerad wurden synthetisiert und charakterisiert. Die Grenzfläschenaktivität der Copolymermikrogele wurden mit einem Pendant-Drop-Tensiometer gemessen. Die Grenzfläschenspannung IFT der Copolymermikrogele liegen zwischen den beiden IFT der Homopolymermikrogelen. Dies bedeutet, dass die chemische Struktur die Grenzfläschenaktivität der Copolymermikrogele beeinflusst. Die dynamische Grenzflächenspannung von Mikrogelen mit niedrigerer Vernetzungsdichte verändert sich schneller als die vonMikrogele mit höherer Vernetzungsdichte. Dies stimmt mit den Simulationsergebnissen überein, dass die leicht vernetzten Mikrogele schneller an der Luft/Flüssigkeit und Flüssigkeit/Flüssigkeit Grenzflächen als die dicht vernetzten Mikrogele verbreiten, da die leicht vernetzten Mikrogele leichter verformbar sind Weiterhin beweisen die Messungen mit einem Rasterkraftmikroskop, dass die Verformbarkeit der Mikrogele auch an der Luft/Feststoff Grenzfläche mit dem abnehmenden Vernetzungsgrad zunimmt. Außerdem ist die Abnahme der dynamischen Grenzflächenspannung für PVCL/NIPAm und PVCL/NIPMAm Mikrogelen bei TVPTT, da die Verformbarkeit der Mikrogele sich mit steigender Temperatur verschlechtert. Im weitern zeigen die Abmessungen der Dimensionen der Mikrogele in zwei Zustände: auf einem festen Substrat und in einer Lösung , dass die Adsorption der Mikrogele an eine Grenzfläche zu einer stärkeren Verformung als die Schwellung in einer Lösing führt.

The interfacial activity is an important property of microgels which consist of intramolecular cross-linked polymer networks, as it is involved in applications like the fabrication of films, emulsions or capsules. To investigate the influence of the chemical composition, cross-linking density and temperature on the interfacial behavior of microgels, thermo-sensitive poly(N-vinylcaprolactam-co-N-isopropylacrylamide) (PVCL/NIPAm), poly(N-vinylcaprolactam-co-N-isopropyl-methacrylamide) (PVCL/NIPMAm) copolymer microgels and homopolymer analogues were synthesized, and their properties were determined. The interfacial activities of PVCL/NIPAm and PVCL/PNIPMAm copolymer microgels were measured with a pendant drop tensiometer. The interfacial behaviors of the copolymer microgels fall between that of homopolymer microgels. It means that the chemical structure contributes to the variation in the interfacial tension. The dynamic interfacial tension of microgels with lower cross-linking densities evolves faster than that of microgels with higher cross-linking densities. This is consistent with the simulation results that loosely cross-linked microgels spread faster at the air/liquid and liquid/liquid interfaces than densely cross-linked ones. Meanwhile, the dimensions of the adsorbed microgels on a solid substrate characterized with atomic force microscopy indicate that the deformability of the microgels at the air/solid interface also increases with the decreasing cross-linking degree. Besides, the evolution of the dynamic interfacial tension for PVCL/NIPAm and PVCL/NIPMAm microgels at TVPTT because of the reducing microgel deformability with increasing temperature. Furthermore, the comparison between the dimensions of microgels on the solid substrate and in solution shows that adsorption of microgels induces higher deformation than the swelling-induced expansion.

Fulltext:
PDF