Untersuchung der Struktur und Dynamik feinteiliger Emulsionen an fest/flüssig-Grenzflächen mittels hochauflösender Mikroskopie

Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Struktur und Dynamik von Emulsionen an hydrophoben und hydrophilen Oberflachen mit hochauflosenden Methoden wie Atomkraftmikroskopie (AFM) und Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy (TIRF-M) untersucht, um Aussagen uber den Adsorptionsmechanismus der Olphase an festen Oberflachen treffen zu konnen. Die Etablierung fluoreszenzbasierter Methoden wie TIRF-M und Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (FCS) mit dem polaritatsensitiven Farbstoff Nilrot ermoglichte eine Untersuchung von olhaltigen Strukturen sowohl an fest/flussig-Grenzflachen als auch einen Vergleich mit der Volumenphase unter gleichen Bedingungen. Zusatzlich sollten Kriterien zur gezielten Steuerung der Adsorption der Olphase an unterschiedlichen Oberflachen abgeleitet und neue Systeme gefunden werden. Dafur erfolgte eine systematische Variation der Emulsionen bezuglich der Tropfengrose (Makro- und Nanoemulsionen), der Zusammensetzung der Emulgatorsysteme und der Struktur in der kontinuierlichen wassrigen Phase. Die Hauptkomponenten der Emulgatoren waren in allen Fallen nichtionische Alkylpolyglycolether (CiEOj). Zur Herstellung stabiler Nanoemulsionen wurde die Phase Inversion Temperature (PIT)-Methode angewandt. Als feste Oberflachen unterschiedlicher Polaritat wurden Graphit und Glimmer bei den AFM-Messungen sowie Glas und methyliertes Glas fur TIRF-M verwendet. Die Bestimmung der Tropfenradien der Nanoemulsionen als Funktion der Zeit mittels FCS ergab Ostwald-Reifung mit einer sehr niedrigen Reifungsrate als dominanten Destabilisierungsmechanismus. Zur Einfuhrung von Ladung in das Emulsionssystem war es moglich PIT-Emulsionen mit C12EO4 auch unter Zusatz kleiner Anteile ionischer Tenside herzustellen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zum Verhalten der Emulsionen an fest/flussig-Grenzflachen ergaben, dass die Adsorption von Tensiden, Tensidaggregaten und Oltropfen durch die Wechselwirkungspotenziale mit der Oberflache und die Konzentration der jeweiligen Spezies bestimmt werden. Hierbei kann von einem kompetitiven Adsorptionsmechanismus ohne sequenzielle Adsorption von Oltropfen an gleichartigen Tensidschichten ausgegangen werden. Wiesen die Tensidaggregate in der kontinuierlichen Phase der Emulsion eine hohe Krummung auf (Kugelmizellen), so konnte an hydrophilen Oberflachen keine Anreicherung der ethoxylierten Tenside festgestellt werden, sodass auch keine Oltropfen beobachtet wurden. Durch den Zusatz kleiner Mengen CTAB konnte jedoch eine Adsorption einzelner Oltropfen aus einer durch C12EO7 stabilisierten Makroemulsion ermoglicht werden, was auf eine lokale Hydrophobierung der Oberflache durch eine Monoschicht des kationischen Emulgators hindeutet. Nanoemulsionen mit flussigkristallinen Strukturen bildeten dagegen durch die Adsorption lamellarer Aggregate einen durchgangigen, olhaltigen Tensidfilm an Glas. In Gegenwart von CTAB im System kam es spontan zu einer Phasentrennung an der Oberflache unter Ausbildung von Oltropfen und anschliesender Ostwald-Reifung. Die Phasentrennung war dabei eine Konsequenz aus der Ubersattigung der Tensidstrukturen mit Ol im Rahmen des PIT-Prozesses. Die quantitative Beschreibung der Reifung durch die LSW (Lifshitz, Slyozov, Wagner)-Theorie lieferte eine im Vergleich zur Volumenphase um 6 Grosenordnungen erhohte Rate. Daraus lasst sich schliesen, dass die Diffusion des Ols durch den Tensidfilm an der Oberflache erfolgte. Die uberraschende Phasentrennung an der Oberflache konnte auch durch nachtragliche Zugabe von SDS bzw. CTAB zu einer zuvor gebildeten rein nichtionischen Adsorptionsschicht induziert werden. Der Mechanismus der Phasentrennung beinhaltet daher eine Reduzierung der Energiebarriere der Tropfenbildung aus lamellaren Strukturen durch die hohe spontane Krummung der ionischen Tenside. Basierend auf den in dieser Arbeit erhaltenen Erkenntnissen kann folglich die Adsorption der Olphase aus Emulsionen durch den Zusatz geeigneter ionischer Tenside gezielt beeinflusst und die Grose der Oldomanen an der Oberflache gesteuert werden.