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Veröffentlicht von:Elise Bockoven Geändert vor über 10 Jahren
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Strukturbildung in kolloidalen Systemen
Selbstorganisationsphänomene Emulsionen
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Emulsion Disperses mehr oder weniger instabiles System von zwei oder mehr miteinander nicht mischbaren Flüssigkeiten
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Emulsionen (Betrachtung des Tröpfchendurchmessers d)
Makroemulsionen ( d > 1000 nm) Miniemulsionen (50 nm < d < 1000 nm) Mikroemulsionen (2 nm < d < 20 nm)
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Emulsionen (Thermodynamische Betrachtung)
Makroemulsionen (metastabil bzw. instabil) Miniemulsionen (metastabil bzw. instabil) Mikroemulsionen (thermodynamisch stabil)
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Makroemulsionen Thermodynamisch nicht stabil !
Tröpfchengröße > 1 m
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Wie beeinflußt man Emulsionstyp ? Tropfengröße ? Energieeintrag ?
Stabilität ?
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Miniemulsion Hohe Tensidkonzentration Hoher Energieeintrag
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Mikroemulsion Sehr hohe Tensidkonzentration !
Kein Energieeintrag nötig ! Spontane Bildung !
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Mikroemulsion Thermodynamisch stabile, isotrope Lösung zweier nicht mischbarer Flüssigkeiten, normalerweise Öl und Wasser, in Gegenwart einer oder mehrerer oberflächenaktiver Spezies.
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Mikroemulsion (selbstorganisiertes Öl-Wasser Gemisch)
Isotropes, optisch klares System Thermodynamisch stabiles System Tröpfchengröße zwischen 2 – 20 nm (o/w , w/o , bikontinuierlich) Newtonsches Fließverhalten Geringe Grenzflächenspannung Reversibles Temperaturverhalten
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Spontane Bildung einer Mikroemulsion
Das entscheidende Kriterium für die Bildung einer Mikroemulsion ist, dass die spontane Krümmung des Tensidfilms H0 , der Krümmung der Tröpfchen H entspricht! H0 = H
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Ternäres System Wasser / Öl / Niotensid
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Winsor - Phasen Typ I : zwei entmischte Phasen;
mit einer o/w Mikroemulsion Typ II: zwei entmischte Phasen; mit einer w/o Mikroemulsion Typ III: drei entmischte Phasen; mit einer bikontinuierlichen Phase mit Domänenstruktur
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Quaternäres System Wasser / Öl / Cotensid / Tensid
Cotensid: Langkettiger Alkohol
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Wie kann die spontane Krümmung beeinflußt werden ?
Durch die Volumenverhältnisse Durch die Wahl des Tensidmoleküls Durch die Temperatur (nur bei Niotensiden) Durch Salzzusatz (nur bei ionischen Tensiden) Durch Zugabe eines Cotensids Durch Zugabe von Polymeren
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Polymermodifizierte Mikroemulsionen
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PDADMAC-modified microemulsions
+ - + + - + - Oppositely charged PDADMAC can be incorporated !! PDADMAC increase the stability of the surfactant film !! + + + + - - + + - - - + + - + + - + - + - + + + - - + + - - + + - - + + + - + - - - -
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PEL-induced formation of a bicontinuous phase channel
C. Note, J. Ruffin, B. Tiersch, J. Koetz; J Dispers Sci Technol 28 (2007) 1,
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Moderate polymer-surfactant interactions lead to the formation of a phase channel
Formation of a bicontinuos microemulsion
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M. Fechner, M. Kramer, E. Kleinpeter, J
M. Fechner, M. Kramer, E. Kleinpeter, J. Koetz; Colloid Polymer Sci 287 (2009),
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Polyampholyte-modified microemulsions:
By varying the pH value of the polyampholyte the polymer surfactant interactions can be tuned: the location of the polyampholyte inside the droplets can be tuned the droplet-droplet interactions can be changed
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Polyampholyte-modified microemulsions:
By varying the hydrophobicity of the polyampholyte and the temperature the polymer surfactant interactions can be tuned: the L2 phase can be increased (boosting effect) bicontinuous microemulsions can be formed
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Pentanol / Toluene Water SB
0,0 1,0 0,1 Water 0,9 5 weight% PDADMAC 2 10 weight% PDADMAC 2 0,2 20 weight% PDADMAC 2 0,8 0,3 0,7 0,4 0,6 0,5 0,5 0,6 0,4 0,7 0,3 0,8 0,2 0,9 0,1 1,0 0,0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Water SB J. Koetz, C. Günther, S. Kosmella, E. Kleinpeter, G. Wolf ; Progress in Colloid & Polymer Science 122 (2003) 27-36
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Xylene/Pentanol 0,0 1,0 0,2 0,8 0,4 0,6 0,6 0,4 0,8 0,2 1,0 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 10% PEG in Water SDS
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Anwendungen für Mikroemulsionen
Als Reaktorraum - für chemische Umsetzungen - für Polymerisationen - für die Nanopartikelbildung In Trennprozessen In Automotoren In der Wirkstoffapplikation In der Erdölförderung
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Erdölgewinnung Primäre Förderung Sekundäre Förderung
Tertiäre Förderung - CO2 – Fluten - Polymer – Fluten - Tensid – Fluten - Micellar – Fluten ca 30% !!
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Nanokristalline Materialien hergestellt in Mikroemulsionen
Metalle: Au, Pt, Pd, BaSO4 Hydroxyapatit Halbleiter: CdS, CdSe, ZnO
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