Die Strukturvielfalt der L3-Phase: Schwamm-, Zwiebel- und Schaumstruktur

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Beschreibung

In der vorliegenden Arbeit sind die komplexen Nanostrukturen von Systemen, die das anionische Tensid Natrium-bis(2 ethylhexyl)sulfosuccinat (AOT) enthalten, untersucht worden. Der Schwerpunkt liegt auf der Struktur der L3-Phase, von der gemeinhin angenommen wird, dass sie eine Schwammstruktur ist. Im ölfreien System besteht diese Struktur aus zwei kontinuierlichen, verworrenen Wasserdomänen, die durch eine kontinuierliche Tensid-Doppelschicht getrennt sind. Im ölhaltigen Pendant quillt die Tensid-Doppelschicht durch das Öl. Diese Struktur ist in der Literatur immer mal wieder in Frage gestellt worden. Ziel war daher, die alleinige Existenz der Schwammstruktur in der L3-Phase zu untermauern oder zu widerlegen. Zunächst wurde der Existenzbereich der L3-Phase des Systems Wasser (H2O), Natriumchlorid (NaCl) und AOT als Funktion vom AOT- und NaCl-Massenanteil (γ und ε) bei T = 25 °C gemessen. Die Leitfähigkeits- und Viskositätswerte in dieser Phase deuten auf einen strukturellen Übergang mit steigendem γ und ε hin, nämlich von einer kontinuierlichen Wasserphase zu einer Struktur, die sowohl eine kontinuierliche als auch eine diskontinuierliche Wasserphase hat. Aufnahmen mit dem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) zeigen tatsächlich
den Übergang von einer bikontinuierlichen Schwamm- zu einer Polyederstruktur. Die Polyeder sind sehr polydispers und bestehen aus geschichteten AOT-Doppelschichten, weshalb der Begriff Zwiebelstruktur eingeführt wurde. Die diskontinuierliche Wasserphase befindet sich zwischen den AOT-Doppelschichten und die kontinuierliche Wasserphase zwischen den Polyedern.
Die Strukturgrößen der TEM-Aufnahmen sind durch Streuexperimente bestätigt. Die Zugabe des Monomers n-Hexylmethacrylat (C6MA) zum oben beschriebenen System H2O/NaCl – AOT führt zu dem untersuchten quaternären System. Bei konstantem AOT-Massenanteil (γ) und T = 25 °C wurde der Existenzbereich der L3-Phase als Funktion vom C6MA- und NaCl-Massenanteil (α und ε) gemessen. Ausgehend von einer Schwammstruktur bei α = 0 zeigen die Leitfähigkeits- und Viskositätswerte in diesem Kanal einen Übergang von einer
kontinuierlichen zu einer diskontinuierlichen Wasserphase mit zunehmendem α und abnehmendem ε. TEM-Aufnahmen zeigen, dass die Struktur mit der diskontinuierlichen Wasserphase aus Wasserpolyedern besteht, die von einer kontinuierlichen C6MA-Phase umhüllt sind. Die theoretisch berechneten Strukturgrößen stimmen mit denen der TEM-Aufnahmen und denen der Streuexperimente überein. Für diese Struktur wurde der Begriff Schaumstruktur eingeführt. Darüber hinaus ist in der L3-Phase bei γ = 0.25 der Übergang von einer Zwiebel- zu einer Schaumstruktur mit zunehmendem α und abnehmendem ε gezeigt.
Zusammenfassend erweitern die gezeigten experimentellen Ergebnisse das Bild von der Struktur der L3-Phase grundlegend.