Dokument: Study of Interactions between Surfactant, Polymer and Dye in Solution and at Interfaces
| Titel: | Study of Interactions between Surfactant, Polymer and Dye in Solution and at Interfaces | |||||||
| Weiterer Titel: | Untersuchungen zu Wechselwirkungen von Tensiden, Polymeren und Farbstoffen in Lösung und an Grenzflächen | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=54221 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20200921-084357-9 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Zhan, Yifei [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. von Rybinski, Wolfgang [Gutachter] Prof. Dr. Seidel, Claus A. M. [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | |||||||
| Beschreibungen: | In order to elucidate the influence of surfactants and DTI polymers on dye transfer, the study of the molecular interaction between surfactant, polymer and dye in solution and at interfaces was addressed to evaluate the molecular mechanism of surfactant and DTI polymer in dye transfer inhibition (DTI), especially for critical polyamide dyes.
The adsorption structures of single components and of binary mixtures of the dye Acid blue 113, the nonionic surfactant alkyl heptaglycolether (C12-18E7) as well as the anionic surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) and the DTI polymer poly(vinylpyrrolidone-vinylimidazole) (PVPVI) on the model surface graphite were identified by atomic force microscopy (AFM) in liquid for the first time. In addition, the adsorption of the dye and the dye in mixture with SDS at the carbon black-solution interface was analyzed in comparison with AFM studies. In order to present structural models for the systems investigated, the interaction of these components in solution was additionally studied by UV-Vis spectroscopy and dynamic light scattering (DLS) and the interaction at the air-solution interface was determined by surface tension measurements. In summary, AFM proves to be a very powerful tool to characterize the adsorbed layers from binary aqueous mixtures of dye, surfactant and DTI polymer at solid-liquid interfaces. It enables the identification of adsorption structures on the nanometer scale and allows the allocation of individual components. The studies on nonpolar model surfaces reveal that two different mechanisms play a decisive role in the adsorption of dye on surfaces in the presence of surfactants: the competitive adsorption of individual components and the incorporation of dyes into micellar surfactant aggregates on model surfaces. C12-18E7 has a higher adsorption preference than the dye to model surfaces, and on the other hand, the dye can be incorporated into surfactant micelles in solution as well as into surfactant aggregates adsorbed on surface, which can result in additive or adverse effects of the two mechanisms on dye transfer inhibition. In comparison with the anionic surfactant SDS, the nonionic surfactant C12-18E7 shows a greater effect due to its higher affinity for model surfaces and stronger incorporation of the dye into surfactant micelles in solution. The DTI polymer PVPVI forms a dye-polymer complex with the dye on model surfaces above the CAC of the polymer, as also shown in solution. In the presence of surfactants (> CMC), the adsorption of the polymer onto surfaces is inhibited due to the dominant adsorption of surfactants. In this work, adsorption mechanisms were identified to get an in-depth understanding of the influence of surfactant and DTI polymer on dye transfer at a molecular level for a hydrophobic model surface. Based on these fundamental results, further studies on textile or textile-like surfaces would give additional insights in the mode of action of DTI in real washing processes.Um den Einfluss von Tensiden und DTI-Polymeren auf die Farbübertragung aufzuklären, ist es notwendig, die molekulare Wechselwirkung zwischen Tensid, Polymer und Farbstoff in Lösung und an Grenzflächen zu verstehen. In der vorliegenden Arbeit wurden daher die Adsorptionsstrukturen der Einzelkomponenten und binärer Mischungen von dem Farbstoff Acid blue 113, dem nichtionischen Tensid Alkylheptaglycolether (C12-18E7) sowie anionischen Tensid Natriumdodecylsulfat (SDS) und dem DTI-Polymer Poly(Vinylpyrrolidon-Vinylimidazol) (PVPVI) auf der Modelloberfläche Graphit erstmals durch Rasterkraftmikroskopie (AFM) in Flüssigkeit identifiziert. Zusätzlich wurde die Adsorption des Farbstoffs und dessen Mischung mit SDS an der Ruß-Lösung Grenzfläche im Vergleich zu den AFM-Studien analysiert. Um Strukturmodelle für die untersuchten Systeme aufstellen zu können, wurde auch die Wechselwirkung dieser Komponenten in Lösung durch UV-Vis-Spektroskopie und dynamische Lichtstreuung (DLS) untersucht und die Wechselwirkung an der Luft-Lösung Grenzfläche durch Oberflächenspannungsmessungen bestimmt. Zusammenfassend erweist sich AFM als eine sehr gute Methode zur Charakterisierung der adsorbierten Schichten von binären wässrigen Mischungen aus Farbstoff, Tensid und DTI-Polymer an fest-flüssigen Grenzflächen. Damit können Adsorptionsstrukturen im Nanometerbereich identifiziert und einzelnen Komponenten zugeordnet werden. Die Untersuchungen an unpolaren Modelloberflächen zeigten, dass zwei verschiedene Mechanismen bei der Adsorption von Farbstoff auf Oberflächen in Gegenwart von Tensiden eine entscheidende Rolle spielen: die Konkurrenzadsorption der einzelnen Komponente und die Einlagerung der Farbstoffe in mizellaren Tensidaggregaten auf Modelloberflächen. C12-18E7 hat eine höhere Adsorptionsaffinität zu Modelloberflächen als der Farbstoff und verdrängt diesen von der Oberfläche. Andererseits kann der Farbstoff sowohl in Tensidmizellen in Lösung als auch in adsorbierten Tensidaggregaten auf Oberflächen eingelagert werden, was zu additiven oder gegenläufigen Auswirkungen auf die Farbübertragungsinhibition führen kann. Im Vergleich zum anionischen Tensid SDS zeigt das nichtionische Tensid C12-18E7 aufgrund seiner höheren Affinität zu Modelloberflächen und stärkeren Einlagerung des Farbstoffs in Tensidmizellen in Lösung eine größere Wirkung. Das DTI-Polymer PVPVI bildet mit dem Farbstoff einen Farbstoff-Polymer-Komplex auf Modelloberflächen oberhalb der CAC des Polymers, wie es auch in Lösung gezeigt wird. In Gegenwart von Tensiden (> CMC) wird die Adsorption des Polymers auf Oberflächen aufgrund der dominanten Adsorption von Tensiden gehemmt. In dieser Arbeit wurden Adsorptionsmechanismen identifiziert, um den Einfluss von Tensid und DTI-Polymer auf die Farbübertragung für eine hydrophobe Modelloberfläche auf molekularer Ebene zu verstehen. Basierend auf diesen grundlegenden Ergebnissen werden weitere Untersuchungen auf textilen bzw. textilähnlichen Oberflächen zusätzliche Erkenntnisse über die Wirkungsweise von DTI in realen Waschprozessen liefern. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Physikalische Chemie und Elektrochemie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 21.09.2020 | |||||||
| Dateien geändert am: | 21.09.2020 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 23.07.2020 | |||||||
| Datum der Promotion: | 11.09.2020 |
