Single molecule study of polymer-surfactant interactions [Elektronische Ressource] / vorgelegt von John Bosco Stanislaus

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Publié le : lundi 1 janvier 2007
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Source : OPUS.UB.UNI-BAYREUTH.DE/VOLLTEXTE/2007/316/PDF/THESIS_JOHN.PDF
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Single Molecule Study of
Polymer–Surfactant
Interactions


DISSERTATION


for the award of academic degree o
Doctor of Natural Science
– Dr. rer. nat. –
from the faculty of Biology, Chemistry and Geosciences
University of Bayreuth





Submitted by
John Bosco Stanislaus
born in Kalugumalai, Tamil Nadu/India




Bayreuth, 2007 Single Molecule Study of
Polymer–Surfactant
Interactions



DISSERTATION


zur Erlangung des akademischen Grades eines
Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.)
im Fach Chemie der Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
der Universität Bayreuth






vorgelegt von
John Bosco Stanislaus
Geboren in Kalugumalai, Tamil Nadu/India




Bayreuth, 2007 Die vorliegende Arbeit wurde in der Zeit von März 2003 bis Mai 2007 in
Bayreuth am Lehrstuhl Physikalische Chemie II unter Betreuung von Herrn
Prof. Dr. Georg Krausch angefertigt.
Vollst¨andiger Abdruck der von der Fakult¨at für Biologie, Chemie und
Geowissenschaften der Universität Bayreuth genehmigten Dissertation zur
Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Naturwissenschaften
(Dr. rer. nat.).



Promotionsgesuch eingereict am 15.05.2007
Zulassung durch die Promotionkommission 23.05.2007
Wissenschaftliches Kolloquim 17.07.2007

Amtierender Dekan: Prof. Dr. Carl Beierkuhnlein










Prüfungsausschuß:

Prof. Dr. Matthias Ballauff (Erstgutachter)
Prof. Dr. Georg Krausch (Zweitgutachter)
Prof. Dr. Helmut G. Alt (Vorzitzender)
Prof. Dr. Axel H.E. Müller



To my parents


















Experiments never
dececive. It is our
judgement that deceives
itself because it expects
results which experiments
do not give.

Leonardo da Vinci
15th century
Table of Contents
1. Introduction 1
1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Outline . . . 3

2. Theory and Background 5
2.1 Polymers . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.1 The Influence of Degree of Substitution on Solubility . . 8
2.2 Surfactants . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.1 Classification of Surfactants . . . . . . . . . 9
2.2.1.1 Anionic Surfactants. . . . . . . . . 10
2.2.1.2 Cationic Surfactants . . 10
2.2.1.3 Zwitterionic Surfactants . . . . . . . 11
2.2.1.4 Nonionic Surfactants . . . . . 11
2.2.2 Theoretical Basics for Surfactant Self-Assemby . . . 11
2.2.2.1 Typical CMC values . . . . . . . . 16
2.2.2.2 The Krafft Point. . . . 17
V
2.3 Polymer-Surfactant Interactions in Aqueous Solution . . . . 18
2.3.1 Classification . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.2 Critical Aggregation Concentration (CAC) . . . . . 20
2.3.3 Characterization . . . . . . . . . . . . 22
2.3.3.1 Classical Physico-Chemical Methods. . . . 22
2.3.3.2 Spectroscopic Methods. . . . . . . . 22
2.3.4 Important Inferences . . . . . . . . 25
2.3.5 Other Factors Affecting the Complex Formation . . . 26
2.3.6 Interactions Between Nonionic Polymer and Anionic
Surfactants . . . . . . . . . . . . . . 26

3. Materials and Methods 29
3.1 Materials . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1.1 Polymer . . 29
3.1.1.1 Purification of Polymer . . . . . . . 29
3.1.2 Surfactant and Dye . . . . . . . . 30
3.1.3 Preparation of Solutions . . . . . . . 31
3.2 Methods . . . . . . . . . . . . 31
3.2.1 Fluorescence Correlation Spectroscopy . . . . . . 31
3.2.1.1 Experimental Setup. . . . . . 33
3.2.1.2 Theoretical Concept . . . . . 35
3.2.1.3 Sample Chamber and Temperature Control Setup43
3.2.2 Rheology . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.3 Cryo-Transmission Electron Microscopy . . 49
3.2.4 Turbidity Measurements . . . . . . . . . . 51


VI 4. Results and Discussion 53
4.1 Concentration Dependent Studies. . . . . . . . . . 53
4.1.1 Fluorescence Correlation Spectroscopy . . . 53
4.1.1.1 Critical Micelle Concentration . . . . . 53
4.1.1.2 Critical Aggregation Concentration . . . . 59
4.1.2 Rheology . . . . . . . . . . . . . . 69
4.1.3 Cryo-Transmission Electron Microscopy . . 72
4.2 Temperature Dependent Studies . . . . . . . . . 79
4.2.1 Fluorescence Correlation Spectroscopy . . . 79
4.2.2 Rheology . . . . . . . . . . . . . . 86
4.2.3 Turbidity . . 89

5. Summary 95

6. Zusammenfassung 99

7. Bibliography 103










VII





VIII

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