ISBN 9783843938297

978-3-8439-3829-7, Reihe Thermodynamik

Udo Dorn
Entmischungsgleichgewichte und weitere thermodynamische Eigenschaften in Systemen aus Wasser, Polyethylenglykol (PEG) und Polypropylenglykol (PPG)

157 Seiten, Dissertation Karlsruher Institut für Technologie (2018), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Polyethylenglykol (PEG) und Polypropylenglykol (PPG) sind wegen ihrer Wasserlöslichkeit und geringen Toxizität vielfältig eingesetzte Polymere. Besondere Einsatzmöglichkeiten von PEG und PPG ergeben sich in der Konzeption von Tensiden, zum Beispiel der Stoffklassen Oligoethylenglykol-monoalkylether (CiEj) und von amphiphilen Blockcopolymeren aus PEG- und PPG-Blöcken. Durch die Variation der Kettenlängen von PEG und PPG lassen sich gezielt Eigenschaften der wässrigen Tensidlösungen wie Mizellbildung, Solubilisierung, Freisetzung oder Entmischung einstellen.

Aufgrund der vielfachen Einsatzmöglichkeiten der Mischungen aus Wasser+PEG, Wasser+PPG, PEG+PPG sowie der ternären Mischung aus Wasser+PEG+PPG wäre die Entwicklung eines physikalisch-begründeten Modells wünschenswert, welches in der Lage ist, das Entmischungsverhalten und weitere thermodynamische Eigenschaften dieser Systeme oder chemisch ähnlicher Systeme zu beschreiben oder vorherzusagen. Dabei soll das Modell über einen weiten Temperatur- und Molmassenbereich gültig sein. Das Phasenverhalten wird im Wesentlichen durch die auftretenden dispersiven und assoziativen Wechselwirkungen bestimmt, die sowohl in komplexer Weise von der Temperatur als auch von der Molmasse abhängen.

Basierend auf einem Modell, welches bisher nur für binäre Mischungen formuliert wurde, konnte eine Verallgemeinerung auf beliebig viele assoziierende Komponenten in einer Mischung vorgenommen werden. Für die wässrigen Lösungen von PEG und PPG konnte das Modell unter Berücksichtigung von wenigen Entmischungsgleichgewichten und Mischungsenthalpien parametriert werden. Das Modell erlaubt die Vorhersage von Entmischungsgleichgewichten, Mischungsenthalpien und Hydratationszahlen über einen großen Molmassenbereich, wobei explizit Endgruppeneffekte berücksichtigt werden. Eine Übertragbarkeit der Parametrierung auf chemisch ähnliche Ether konnte erfolgreich mit der Vorhersage der Entmischung in Wasser+Ether Systemen gezeigt werden. Für das Entmischungsverhalten in Schmelzen aus PEG+PPG konnte die bestehende Datenbasis signifikant erweitert werden. Auf Basis dessen konnte auch eine Modellierung der Phasengleichgewichte in den Schmelzen erfolgen. Mit dem Assoziationsmodell für die binären Mischungen gelingt, unter Berücksichtigung von Wechselwirkungen in den ternären Mischungen, die Extrapolation des Entmischungsverhaltens für verschiedene Molmassen und Temperaturen.