Die Effizienz und Stabilität von Prozessen, die eine schnelle Oberflächenaktivität erfordern, wie z. B. Schäumen, Benetzen und Waschen, werden grundlegend durch das dynamische Verhalten von Tensiden an der Luft/Flüssigkeits-Grenzfläche bestimmt. Während die Prinzipien der Gleichgewichtsoberflächenspannung gut etabliert sind, weist das für zeitsensible Anwendungen erforderliche dynamische Verhalten eine weitaus höhere Komplexität auf. Folglich liefert diese Studie eine systematische Untersuchung darüber, wie spezifische Variationen in der molekularen Architektur von Tensiden sowohl die Adsorptionsrate an der Luft/Wasser-Grenzfläche als auch die Kinetik der Mizellbildung in der wässrigen Volumenphase bestimmen.
Wir haben die dynamische Oberflächenspannung im Millisekunden- bis Sekundenbereich mithilfe der Maximalblasendruckmethode erfasst. Durch die Variation der Alkylkettenlänge, der Verzweigung und der Art der hydrophilen Kopfgruppe haben wir die strukturellen Merkmale identifiziert, welche die Grenzflächenmobilität steuern. Die gewonnenen Daten zur dynamischen Oberflächenspannung wurden mit verschiedenen theoretischen Modellen analysiert, einschließlich des Ward-Tordai-Modells. Da die Grenzflächenadsorption mit der Verfügbarkeit freier Monomere in der Volumenphase verknüpft ist, haben wir unsere Tensiometriedaten durch Stopped-Flow-Kinetik ergänzt, die uns den Zugriff auf Informationen über die Freisetzungskinetik von Tensiden aus mizellaren Aggregaten ermöglicht. Diese Experimente erlaubten es uns, die Kinetik der Mizelldissoziation nach schneller Verdünnung von oberhalb auf unterhalb der kritischen Mizellbildungskonzentration (cmc) zu beobachten.
Durch die Analyse sowohl der Mizellkinetik als auch der Adsorptionsdynamik haben wir grundlegende Struktur-Eigenschafts-Beziehungen etabliert. Diese Erkenntnisse helfen dabei, die Leistung von Tensiden in zeitsensiblen Anwendungen zu erklären und vorherzusagen, und können ein umfassendes molekulares Bild der ablaufenden Prozesse konstruieren.