Estructura y morfología de las fases ordenadas formadas por interacción de monómeros y sus correspondientes polímeros con el medio liotrópico AOT/AGUAacrilamida, n-isopropilacrilamida y cloruro de dialildimetilamonio

Résumé

En esta tesis se ha estudiado, por medio de RMN de 2H y de SAXS con radiación sincrotrón, el efecto que produce la incorporación de un tercer componente en la mesofase laminar AOT/agua con el fin de determinar cuáles son las condiciones necesarias para que éste pueda ser incorporado en la estructura liotrópica. Para ello se han empleado monómeros, homopolímeros y copolímeros con diferente capacidad para interaccionar con el surfactante. Analizando en el caso de los polímeros el efecto del tamaño molecular y para los polímeros termosensibles el efecto de la temperatura. En el caso de moléculas neutras que no interaccionan, como la acrilamida y su homopolímero, la mesofase laminar actúa como un tamiz; así las moléculas pequeñas, que tienen un diámetro hidrodinámico inferior al espesor de la capa de agua, entran en la mesofase situándose en la capa de agua, mientras que las moléculas grandes se excluyen llevándose consigo parte del agua y dando lugar a la fase isotrópica. Se ha empleado un modelo que compara el tamaño del ovillo macromolecular con el espaciado de la lámina de agua para determinar la fracción de polímero que se excluye de la mesofase laminar teniendo en cuenta la distribución de tamaños moleculares del polímero. Las moléculas con carga opuesta al surfactante (cloruro de dialildimetilamonio, su homopolímero y el poli[acrilamida-co-cloruro de dialildimetilamonio]), forman un complejo ordenado con el AOT debido a la interacción electrostática entre los grupos amonio y sulfosuccinato, y también como consecuencia de las interacciones hidrofóbicas de las cadenas hidrocarbonadas de las moléculas del surfactante. Esto induce la formación de dos fases laminares: una hinchada (o isotrópica a concentraciones altas) y otra colapsada que contiene el complejo. Es inaccesible determinar la composición de las fases directamente, porque en la mayoría de las muestras no se separan macroscópicamente. Para esto, hemos propuesto un modelo teóricos que permite determinar la estequiometría de los complejos y calcular la composición de cada fase partiendo de los datos experimentales. Así se ha comprobado que los complejos son no estequiometricos y que son ricos en surfactante. El peso molecular no parece influir significativamente en los resultados obtenidos, la variación de la densidad de carga si que afecta, así al disminuir la densidad de carga en el copolímero se forman complejos con mayor contenido de surfactante y más hinchados debido a que las unidades de acrilamida tienen tendencia a rodearse de agua, mientras que las unidades de dialildimetilamonio son las que interaccionan con el AOT. Las moléculas neutras como la N-isopropilacrilamida y su homopolímero interaccionan mediante enlaces de hidrógeno y muestran un comportamiento intermedio entre los polímeros neutros que no interaccionan y los polielectrolitos. Así se produce una segregación parcial del monómero o el polímero de la fase laminar, dando lugar a la coexistencia de una fase laminar rica en surfactante y otra isotrópica rica en polímero, pero se comprueba que la temperatura afecta fuertemente al sistema. Así por debajo de 25 ºC, la interacción de las unidades de NIPA con las cabezas polares hace que los polímeros puedan incorporarse dentro de la estructura laminar, debido a que adquieren una conformación más estirada debido a su interacción con el surfactante. Esta interacción disminuye al aumentar la temperatura por encima de 25 ºC, el polímero adquiere su conformación ovillada y se produce un régimen de segregación parcial, tanto mayor cuanto mayor sea el peso molecular. Por último por encima de la LCST, el polímero se colapsa y se libera agua que es parcialmente capturada por la mesofase laminar, dando lugar a un aumento del espesor