Coarse-Grained Mean-Field Simulations of Surfactant Micelles: Static and Dynamic Equilibrium Properties

Author

García Daza, Fabián Alonso

Director

Mackie, Allan D.

Date of defense

2016-09-20

Pages

97 p.



Department/Institute

Universitat Rovira i Virgili. Departament d'Enginyeria Química

Abstract

Les molècules de surfactants estan compostes per seccions hidrofíliques i hidrofòbiques del qual les interaccions oposades amb el medi solvent deriven en un comportament particular on, a una concentració de surfactant coneguda com la concentració crítica micel·lar (CMC), els surfactants s'associen en micel·les. No obstant això, malgrat el gran nombre de treballs de simulació, experimentals i teòrics, sembla estar encara incomplet l'enteniment a nivell microscòpic de l'acte assemblage de surfactants en agregats micelars. A la recerca d'un millor enteniment del procés de micelización i el seu impacte en propietats microscòpiques i macroscòpiques, aquest treball fa servir el mètode single-chain mean-field (SCMF) per a un grup de sistemes de surfactants representats per una sèrie de models de grans. En particular, el treball aborda: (i) l'estudi de propietats estàtiques d'equilibri per a diferents sistemes de surfactants i l'anàlisi de desviacions experimentals de propietats d'equilibri per surfactants gemini del qual les escales de longitud disminueixen la possibilitat de ser estudiats pels mètodes de simulació usuals, i, (ii) el desenvolupament d'una versió dinàmica del SCMF per obtenir propietats dinàmiques en equilibri que ens permetin estudiar el fenomen d'intercanvi cinètic en sistemes micelars.


Las moléculas de surfactantes están compuestas por secciones hidrofílicas e hidrofóbicas cuyas interacciones opuestas con el medio solvente derivan en un comportamiento particular donde, a una concentración de surfactante conocida como la concentración crítica micelar (CMC), los surfactants se asocian en micelas. No obstante, a pesar del gran número de trabajos de simulación, experimentales y teóricos, parece estar aún incompleto el entendimiento a nivel microscópico del auto ensamblaje de surfactantes en agregados micelares. En busca de un mejor entendimiento del proceso de micelización y su impacto en propiedades microscópicas y macroscópicas, este trabajo usa el método single-chain mean-field (SCMF) para un grupo de sistemas de surfactantes representados por una serie de modelos de granos. En particular, el trabajo aborda: (i) el estudio de propiedades estáticas de equilibrio para diferentes sistemas de surfactantes y el análisis de desviaciones experimentales de propiedades de equilibrio para surfactantes gemini cuyas escalas de longitud disminuyen la posibilidad de ser estudiados por los métodos de simulación usuales, y, (ii) el desarrollo de una versión dinámica del SCMF para obtener propiedades dinámicas en equilibrio que nos permitan estudiar el fenómeno de intercambio cinético en sistemas micelares.


Surfactants molecules are composed by hydrophilic and hydrophobic moieties whose opposite interactions with the solvent medium result in a particular behavior where, at a surfactant concentration known as the critical micelle concentration (CMC), the surfactants self-associate into micelles. However, despite the wide number of simulation, experimental and theoretical works, microscopic understanding of the self-assembly of surfactants into micellar aggregates seems to be still incomplete. Looking for a deep knowledge of the micellization process and its impact on microscopic and macroscopic properties, this work is aimed to use the single-chain mean-field (SCMF) theory for a diverse set of surfactant systems represented by a series of coarse-grained models. In particular, the work coverages the following: (i) the study of static equilibrium properties of different surfactant systems and the analysis of experimental deviations of equilibrium properties for gemini surfactant systems whose length scales decrease the possibility of being studied by regular simulation methods, and, (ii) development of a dynamic version of the SCMF scheme, to obtain dynamic equilibrium properties that enable us to study kinetics exchange phenomena in micellar systems.

Keywords

Surfactants; Micel·lització; Simulacions de Camp Mitjà; Surfactantes; Micelización; Simulaciones de Campo Medio; Surfactants; Micellization; Mean-Field Simulations

Subjects

53 - Physics; 539 - Physical nature of matter; 54 - Chemistry. Crystallography. Mineralogy; 544 - Physical chemistry

Knowledge Area

Enginyeria i Arquitectura

Documents

TESI.pdf

6.870Mb

 

Rights

ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.

This item appears in the following Collection(s)