@PhdThesis{duepublico_mods_00010563,
  author = 	{Stoyanov Dr., Simeon},
  title = 	{Theory and simulation of interfacial effects and phase behavior of nonionic surfactants},
  abstract = 	{Die Hauptergebnisse dieser Doktorarbeit sind in den Kapiteln III, V, VI beschrieben. Im Kapitel III wurde die allgemeine Methode f{\"u}r die Berechnungen der oberfl{\"a}chen-elastischer Eigenschaften von Mono- und Diblockpolymeren sowie von Tensiden dargestellt. Das haupts{\"a}chlich neue Ergebnis in diesem Kapitel stellt die abgeleitete allgemeine Gleichung zur Berechnung der Biegungselastizit{\"a}tskonstanten f{\"u}r Polymerb{\"u}rsten und Tensidmonofilme an der fl{\"u}ssigen Grenzfl{\"a}chen im Sinne von L{\"o}sungen der SCF f{\"u}r flache Oberfl{\"a}chen dar. Der Hauptdurchbruch ist die Beobachtung, dass f{\"u}r eine bestimmte Klasse von Dichte-Funktional Theorien (die Self-Consistent Theorie f{\"u}r Polymerb{\"u}rsten geh{\"o}rt auch zu dieser Klasse) die Kr{\"u}mmungsausdehnung in analytischer Form angegeben werden kann, ohne Kenntnis {\"u}ber die Verteilung von Kettensegmenten zu haben. Dieses Ergebnis unterscheidet sich von den aus der Literatur bekannten Resultaten, in welchen die Elastizit{\"a}tskonstanten in Ausdr{\"u}cken f{\"u}r "flache" L{\"o}sungen und deren Kr{\"u}mmungsausdehnung in Termen f{\"u}r die sph{\"a}rischen oder zylindrischen Grenzfl{\"a}chen gegeben sind. F{\"u}r diese bestimmte Klasse von Dichte-Funktional (DF) wurde gezeigt, dass die Kr{\"u}mmungsausdehnung der L{\"o}sung in geschlossener analytischen Form berechnet werden kann. Dies erlaubt die direkte Berechnung der Biegungskonstanten sowie die Berechnung der spontanen Kr{\"u}mmung der Tensid- oder aufgepfropften Polymermonofilmen. Es wurde gezeigt dass diese Methode sehr gut funktioniert und auch bekannte Ergebnisse direkt reproduziert werden k{\"o}nnen. Diese Methode kann ebenfalls f{\"u}r den Fall eingesetzt werden, dass f{\"u}r ein Poblem keine analytische L{\"o}sung zu finden ist sondern eine numerische L{\"o}sung gefunden werden kann. Unterschiedliche Arten von B{\"u}rsten und L{\"o}sungsmitteln wurden betrachtet und die Elastizit{\"a}tskonstanten f{\"u}r jedes dieser Systeme berechnet. Die Kombination der Ergebnisse f{\"u}r den Fall der Diblockpolymere und der Tenside erlaubt dieBestimmung einer Vielzahl von neuen praktischen Zusammenh{\"a}ngen die in der Beschreibung des Phasenverhaltens von {\"O}l/Wasser/Tensid tern{\"a}ren Mischungen und im Modellierung von Mikroemulsionen von gro{\ss}er Bedeutung sein k{\"o}nnten.Im Kapitel IV wurde die Computersimulationsmethode Dissipative Partikel Dynamik (DPD) und deren Anwendung auf Tensid-Systeme beschrieben. Eines der in Kapitel IV vorgestellten Ergebnisse ist die Modellierung des Phasenverhaltes von nichtionischen Tensiden unter statischen und dynamischen Bedingungen. Pl{\"a}ne f{\"u}r die zuk{\"u}nftige Arbeit in diesemForschungsgebiet sind bereits diskutiert. Im Kapitel V wurden zwei Arten von Dissipativen Partikel Dynamik (DPD) Computer-simulationen mit langen Polymerb{\"u}rsten durchgef{\"u}hrt die in geeignetem L{\"o}sungsmittel gut an der Grenzfl{\"a}che anhafteten. Beim ersten Simulationstyp wurden die Homopolymere auf die feste Grenzfl{\"a}che aufgepfropft und die Dichtenverteilung der Kettenmonomere sowie die Dicke der Polymerb{\"u}rste ausf{\"u}hrlich untersucht. Es zeigte sich eine sehr gute {\"U}bereinstimmung zwischen den DPD Ergebnissen und den Vorhersagen von Self-Consist Theorie (SCF): alle mit DPD simulierten Profile zeigten keine {\"U}bereinstimmung mit der durch die SCF vorhergesagter Masterkurve; die ermittelte Dicke der Polymerb{\"u}rsten l{\"a}sst sich durch das Skalierungsgesetz von SCF beschreiben, die Neigung der Polymerb{\"u}rstensteht auch in {\"U}bereinstimmung mit den Vorhersagen f{\"u}r DPD Potentialarten. Beim zweiten Simulationstyp wurde ein amphiphiler Dieblockpolymer ("Tensid") bestehend aus einer langen hydrophoben Kette und einem hydrophilen Kopf gebildet. Dieses Polymer adsorbierte an der {\"O}l/Wasser-Grenzfl{\"a}che (die Wasser-Partikel hatten die gleichen Eigenschaften wie die Tensid-Kopf-Partikeln, w{\"a}hrend die {\"O}l-Partikel die gleichen Eigenschaften wie die hydrophobe Partikel von Polymerketten hatten). Aufgrund der langen hydrophoben Kette war das Tensind {\"o}ll{\"o}slich und hoch Grenzfl{\"a}chenaktiv und adsorbierte {\"u}berwiegend auf der Grenzfl{\"a}che zwischen {\"O}l und Wasser. Wir haben die Grenzfl{\"a}chen-spannungen f{\"u}r diese Systeme berechnet und die Resultate mit der SCF verglichen. Dabei wurde angenommen, dass der Hauptbeitrag zur Grenzfl{\"a}chenspannung vorwiegend durch die {\"A}nderung der konformationellen Energie der hydrophoben Kette der Tenside erfolgt. Die Simulationsresultate zeigten eine bemerkenswerte {\"U}bereinstimmung mit den theoretischen Vorhersagen, sowie mit den Resultaten vorheriger Berechnungen ( aufgepfropfte Ketten). Im Kapitel VI wurde eine neue Oberfl{\"a}chenspannungsisotherme basierend auf der SCF abgeleitet und ein Vergleich zwischen der SCF Theorie und Oberfl{\"a}chenspannungs-experementen f{\"u}r verschiedene Tensidsysteme durchgef{\"u}hrt. Es stellte sich heraus, dass ein gro{\ss}es Spektrum von Tensidsystemen dem Skalierungsverhalten dieser Isotherme, angefangen von sehr niedrigen Konzentrationen bis zu kritischer Mizellbildungs-konzentration (CMC), folgt. Userem Wissen nach ist dies eine der besten Ableitungen der offenbar universellen Isotherme, welche f{\"u}r nichtionische, ionische und amphotere Tenside sowie f{\"u}r Wasser/Luft als auch f{\"u}r {\"O}l/Wasser Grenzfl{\"a}chen verwendet werden kann.Diese Erkenntnis stellt damit auch das praktische Hauptergebnis dieser Arbeit dar. Diese Isotherme er{\"o}ffnet ein breites Spektrum an theoretischen wie praktischen Anwendungsgebieten: - Durch die Anwendung der experimentellen Oberfl{\"a}chenspannungsisotermen kann man sehr precise Ausdr{\"u}cke f{\"u}r die Bestimmung von Tensid-Adsorptionen erhalten. F{\"u}r den Fall der ethoxilierten Tensiden ergibt sich eine sehr genaue {\"U}bereinstimmung, wobei die vorhergesagten Adsorptionswerte mit unabh{\"a}ngigen SANS- und Ellipsomertriedatenverglichen wurden.- Durch eine neue Skalierungsgesetzm{\"a}{\ss}igkeit der Isotherme erh{\"a}lt man eine viel genauere Methode f{\"u}r die CMC Bestimmung der Tensidl{\"o}sungen.- Wenn viele Tensidsysteme dem Skallierungsverhalten der SCF Theorie folgen, so kann man auch andere Vorhersagen der Theorie verwenden. Eine dieser Vorhersagen ist, dass die Dichteprofile der Kettensegmente beinahe parabolisch verlaufen. Das kann f{\"u}r viele indirekte Methoden der Adsorptionsbestimmung (wie Ellipsometrie) in den Tensidsytemen, in denen die exakte Profile der Tensidketten in der N{\"a}he der Grenzfl{\"a}che von der kritischen Bedeutung f{\"u}r die Interpretierung der experimentellen Ergebnisse sind, sehr wichtig sein. In dieser Doktorarbeit haben wir auch eine neue Methode entwickelt, die es erlaubt die DPD Simulationsergebnisse f{\"u}r Oberfl{\"a}chenspannung mit denen f{\"u}r reale Systeme zu verbinden. Wir m{\"o}chten besonderes betonen, dass die Anpassung zwischen realen und DPD Systemen f{\"u}r die Einsch{\"a}tzung der Wechselwirkungsparameter in den hydrophoben Tensidteilen angewandt werden kann. Dabei wird vorausgesetzt dass die reale L{\"a}ngeskalen bekannt sind.},
  url = 	{https://duepublico2.uni-due.de/receive/duepublico_mods_00010563},
  file = 	{:https://duepublico2.uni-due.de/servlets/MCRFileNodeServlet/duepublico_derivate_00011042/diss.pdf:PDF},
  language = 	{en}
}