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Computersimulationen

Weitere Analysen kolloidaler Systeme sind mit Hilfe von Computersimulationen durchführbar. Das Ziel dieser Forschungsarbeiten besteht darin, die Struktur, Dynamik und Aggregationsphänomene von Tensiden und Polymeren auf einer molekularen Ebene zu verstehen.

 

Aus atomistischen Simulationen monomolekularer Tensidfilme an der Wasser/Luft- und Wasser/Öl-Grenzfläche konnten wir Informationen über die Dynamik molekularer Strukturänderungen gewinnen, sowie die Orientierung der Tensidmoleküle bestimmen [1-6]. Weitere Gegenstände unserer Forschungsaktivitäten stellten Untersuchungen der Solubilisation von Wirk- und Schadstoffen dar [7]. Die durchgeführten Computersimulationen erlaubten die Aufklärung der Molekülstruktur von Natriumoctanoat-Mizellen in Wasser, und sie ergaben neue Einblicke in den Mechanismus der Wasserpenetration in Mizellen [8-11].

 

 Mit einer neuen Simulationsmethode (Dissipative-Partikel-Dynamik, DPD) ist es gelungen, das Phasenverhalten und die Aggregation amphiphiler Moleküle zu Überstrukturen wie flüssigkristallinen Phasen zu beschreiben [12]. Mit diesem Verfahren ist es nun möglich, Phasendiagramme nichtionischer Tenside am Computer vorherzusagen  (Abbildung). Diese Methode ist ursprünglich für die Analyse des Phasenverhaltens von Polymerblends entwickelt worden und sie lässt sich daher auch problemlos auf Makromoleküle in Schmelzen oder Lösungen übertragen.

 

 Makroskopische Eigenschaften von Tensiden und Polymeren können durch QSPR-Berechnungen (Quantitative-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen) vorhergesagt werden. Hier handelt es sich um eine Methode, bei der molekulare Eigenschaften durch atomistische Computersimulationen berechnet und durch statistische Verfahren mit physikalischen Parametern korreliert werden. Mit QSPR-Modellen ist es möglich, bisher noch nicht gemessene Parameter am Computer mit hoher Genauigkeit zu berechnen. Es gelang bisher, durch derartige Modelle die Aggregationszahl von Tensiden sowie gaschromatographische Retentionszeiten im Bereich der Analytik vorherzusagen.

F08_01

Computersimulation einer solubilisierten Mizelle, einer lamellaren Phase und einer kubischen, bikontinuierlichen Struktur.