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Rheologische Eigenschaften viskoelastischer Tensidlösungen

"Reptation"-Modell. Durch die Anwesenheit anderer Aggregate kann sich die betrachtete Mizelle nur entlang einer Röhre bewegen.

 

Wir beschäftigen uns bereits seit vielen Jahren mit den Fließeigenschaften von viskoelastischen Tensidlösungen. Diese Systeme bestehen aus stäbchenförmigen Mizellen, die je nach Ionenstärke flexibel oder vollkommen steif sein können. Ähnlich wie bei Polymeren kommt es auch bei viskoelastischen Tensidlösungen zur Bildung netzwerkartiger Überstrukturen, die interessante Verhaltensweisen zeigen. Im Gegensatz zu normalen Makromolekülen, die aufgrund unterschiedlicher Diffusionsbewegungen ein typisches Relaxationszeitspektrum aufweisen, findet man bei den entsprechenden amphiphilen Systemen meistens nur eine einzige Relaxationszeitkonstante. Dieser Parameter hängt von der mittleren Lebenszeit der Mizellen ab. Wenn der Zerfall der Aggregate im Vergleich zur Diffusionsgeschwindigkeit des gesamten Stäbchens relativ schnell erfolgt, ist die Mizellkinetik der dominierende Faktor zur Bestimmung der Gesamtdynamik. Durch das Auftreten einer einzigen Relaxationszeit vereinfacht sich die theoretische Beschreibung derartiger Lösungen, und man kann diese viskoelastischen Tenside daher als Modellsysteme zur Untersuchung vieler grundlegender Fragestellungen ansehen, die auch bei Makromolekülen oder Proteinen noch nicht gelöst sind.

 

In den letzten Jahren konnten wir eine quantitative theoretische Beschreibung viskoelastischer Tensidlösungen entwickeln, die besonders die nicht-linearen rheologischen Phänomene wie Strukturviskosität, strömungsinduzierte Orientierungen oder Normalspannungen vollständig erklärt. Die experimentellen Ergebnisse wurden dabei an bekannten semiempirischen Gesetzen wie der Cox-Merz-, der Yamamoto-, der Laun- und Gleißle-Spiegelrelation überprüft, und anschließend mit den Voraussagen des Giesekus-Modells verglichen. Da derartige Phänomene auch in Polymerlösungen, Lösungen von Farbstoffen und Schmelzen auftreten, dienen die Tensidlösungen als einfache Modellsubstanzen für derartige Systeme.

 

 

 

Mizellen stehen im dynamischen Gleichgewicht mit Monomeren. Aufgrund der begrenzten Lebenszeit der Tensidaggregate ergeben sich Fluktuationen, die monoexponentielle Relaxationseffekte bewirken. Dieses Phänomen führt zu besonders einfachen rheologischen Verhaltensweisen.