Anisotropic Brownian motion in ordered phases of DNA fragments

Using Fluorescence Recovery After Photobleaching, we investigate the Brownian motion of DNA rod-like fragments in two distinct anisotropic phases with a local nematic symmetry. The height of the measurement volume ensures the averaging of the anisotropy of the in-plane diffusive motion parallel or perpendicular to the local nematic director in aligned domains. Still, as shown in using a model specifically designed to handle such a situation and predicting a non-Gaussian shape for the bleached spot as fluorescence recovery proceeds, the two distinct diffusion coefficients of the DNA particles can be retrieved from data analysis. In the first system investigated (a ternary DNA-lipid lamellar complex), the magnitude and anisotropy of the diffusion coefficient of the DNA fragments confined by the lipid bilayers are obtained for the first time. In the second, binary DNA-solvent system, the magnitude of the diffusion coefficient is found to decrease markedly as DNA concentration is increased from isotropic to cholesteric phase. In addition, the diffusion coefficient anisotropy measured within cholesteric domains in the phase coexistence region increases with concentration, and eventually reaches a high value in the cholesteric phase.

On delta-derivations of n-ary algebras

We give a description of delta-derivations of (n + 1)-dimensional n-ary Filippov algebras and, as a consequence, of simple finite-dimensional Filippov algebras over an algebraically closed field of characteristic zero. We also give new examples of non-trivial delta-derivations of Filippov algebras and show that there are no non-trivial delta-derivations of the simple ternary Mal'tsev algebra M-8.

Fractionation of lemon essential oil by solvent extraction: Phase equilibrium for model systems at T=298.2 K

The fractioning of lemon essential oil can be performed by liquid-liquid extraction using hydrous ethanol as a solvent. A quaternary mixture composed of limonene, gamma-terpinene, beta-pinene, and citral was used to simulate lemon essential oil. In this paper, we present (liquid + liquid) equilibrium data that were experimentally determined for systems containing essential oil compounds, ethanol, and water at T = 298.2 K. The experimental data were correlated using the NRTL and UNIQUAC models, and the mean deviations between calculated and experimental data were less than 0.0053 in all systems, indicating the accuracy of these molecular models in describing our systems. The results show that as the water content in the solvent phase increased, the values of the distribution coefficients decreased, regardless of the type of compound studied. However, the oxygenated compound always showed the highest distribution coefficient among the components of the essential oil, thus making deterpenation of the lemon essential oil a feasible process. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Metal biosorption onto dry biomass of Arthrospira (Spirulina) platensis and Chlorella vulgaris: Multi-metal systems

Binary and ternary systems of Ni2+, Zn2+, and Pb2+ were investigated at initial metal concentrations of 0.5, 1.0 and 2.0 mM as competitive adsorbates using Arthrospira platensis and Chlorella vulgaris as biosorbents. The experimental results were evaluated in terms of equilibrium sorption capacity and metal removal efficiency and fitted to the multi-component Langmuir and Freundlich isotherms. The pseudo second order model of Ho and McKay described well the adsorption kinetics, and the FT-IR spectroscopy confirmed metal binding to both biomasses. Ni2+ and Zn2+ interference on Pb2+ sorption was lower than the contrary, likely due to biosorbent preference to Pb. In general, the higher the total initial metal concentration, the lower the adsorption capacity. The results of this study demonstrated that dry biomass of C. vulgaris behaved as better biosorbent than A. platensis and suggest its use as an effective alternative sorbent for metal removal from wastewater. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Engineering Active Pharmaceutical Ingredients by Spray Drying: Effects on Physical Properties and In Vitro Dissolution

Active pharmaceutical ingredients have very strict quality requirements; minor changes in the physical and chemical properties of pharmaceuticals can adversely affect the dissolution rate and therefore the bioavailability of a given drug. Accordingly, the aim of the present study was to investigate the effect of spray drying on the physical and in vitro dissolution properties of four different active pharmaceutical ingredients, namely carbamazepine, indomethacin, piroxicam, and nifedipine. Each drug was dispersed in a solution of ethanol and water (70:30) and subjected to single-step spray drying using similar operational conditions. A complete characterization of the spray-dried drugs was performed via differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), X-ray powder diffraction (XRPD), particle size distribution analysis, solubility analysis, and an in vitro dissolution study. The results from the thermal analysis and X-ray diffraction showed that, except for carbamazepine, no chemical modifications occurred as a result of spray drying. Moreover, the particle size distribution of all the spray-dried drugs significantly decreased. In addition, SEM images showed that most of the particles had an irregular shape. There was no significant improvement in the solubility of the spray-dried drugs compared with the unprocessed compounds; however, in general, the dissolution rates of the spray-dried drugs showed a remarkable improvement over their non-spray-dried counterparts. Therefore, the results from this study demonstrate that a single spray-drying step may lead to changes in the physical properties and dissolution characteristics of drugs and thus improve their therapeutic action.

Photo-activated phase separation in giant vesicles made from different lipid mixtures

Using giant unilamellar vesicles (GUVs) made from POPC. DPPC, cholesterol and a small amount of a porphyrin-based photosensitizer that we name PE-porph, we investigated the response of the lipid bilayer under visible light, focusing in the formation of domains during the lipid oxidation induced by singlet oxygen. This reactive species is generated by light excitation of PE-porf in the vicinity of the membrane, and thus promotes formation of hydroperoxides when unsaturated lipids and cholesterol are present. Using optical microscopy we determined the lipid compositions under which GUVs initially in the homogeneous phase displayed Lo-Ld phase separation following irradiation. Such an effect is attributed to the in situ formation of both hydroperoxized POPC and cholesterol. The boundary line separating homogeneous Lo phase and phase coexistence regions in the phase diagram is displaced vertically towards the higher cholesterol content in respect to ternary diagram of POPC:DPPC:cholesterol mixtures in the absence of oxidized species. Phase separated domains emerge from sub-micrometer initial sizes to evolve over hours into large Lo-Ld domains completely separated in the lipid membrane. This study provides not only a new tool to explore the kinetics of domain formation in mixtures of lipid membranes, but may also have implications in biological signaling of redox misbalance. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

The Equilibrium Structure of Lithium Salt Solutions in Ether-Functionalized Ammonium Ionic Liquids

Molecular dynamics simulations have been performed for ionic liquids based on a ternary mixture of lithium and ammonium cations and a common anion, bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, [Tf2N](-). We address structural changes resulting from adding Li+ in ionic liquids with increasing length of an ether-functionalized chain in the ammonium cation. The calculation of static structure factors reveals the lithium effect on charge ordering and intermediate range order in comparison with the neat ionic liquids. The charge ordering is modified in the lithium solution because the coordination of [Tf2N](-) toward Li+ is much stronger than ammonium cations. Intermediate range order is observed in neat ionic liquids based on ammonium cations with a long chain, but in the lithium solutions, there is also a nonhomogenous distribution of Li+ cations. The presence of Li+ enhances interactions between the ammonium cations due to correlations between the oxygen atom of the ether chain and the nitrogen atom of another ammonium cation.

Selection of compositions with high glass forming ability in the Ni-Nb-B alloy system

A combination of an extension of the topological instability "λ criterion" and the "average electronegativity" has been recently reported in the literature to predict compositions with high glass-forming ability (GFA). In the present work, both criteria have been applied to select the Ni61.0Nb36.0B3 alloy with a high glass-forming ability. Ingots were prepared by arc-melting and were used to produce ribbons processed by the melt-spinning technique further characterized by differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The Ni61.0Nb36.0B3 alloy revealed a complete amorphization and supercooled liquid region ΔTx = 68 K. In addition, wedge-shaped samples were prepared using copper mold casting in order to determine the critical thickness for amorphous formation. Scanning electron microscopy (SEM) revealed that fully amorphous samples could be obtained, reaching up to ~800 µm in thickness.

On Ti-18Si-6B and Ti-7.5Si-22.5B powder alloys prepared by high-energy ball milling and sintering

Recently, a new ternary phase was discovered in the Ti-Si-B system, located near the Ti6Si2B composition. The present study concerns the preparation of titanium alloys that contain such phase mixed with α-titanium and other intermetallic phases. High-purity powders were initially processed in a planetary ball-mill under argon atmosphere with Ti-18Si-6B and Ti-7.5Si-22.5B at. (%) initial compositions. Variation of parameters such as rotary speed, time, and ball diameters were adopted. The as-milled powders were pressureless sintered and hot pressed. Both the as-milled and sintered materials were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and energy-dispersive spectrometry. Sintered samples have presented equilibrium structures formed mainly by the α-Ti+Ti6Si2B+Ti5Si3+TiB phases. Silicon and boron peaks disappear throughout the milling processes, as observed in the powder diffraction data. Furthermore, an iron contamination of up to 10 at. (%) is measured by X-ray spectroscopy analysis on some regions of the sintered samples. Density, hardness and tribological results for these two compositions are also presented here.

Structure of the PilZ-FimXEAL-c-di-GMP complex responsible for the regulation of bacterial type IV pilus biogenesis

Signal transduction pathways mediated by cyclic-bis(3'→5')-dimeric GMP (c-di-GMP) control many important and complex behaviors in bacteria. C-di-GMP is synthesized through the action of GGDEF domains that possess diguanylate cyclase activity and is degraded by EAL or HD-GYP domains with phosphodiesterase activity. There is mounting evidence that some important c-di-GMP-mediated pathways require protein-protein interactions between members of the GGDEF, EAL, HD-GYP and PilZ protein domain families. For example, interactions have been observed between PilZ and the EAL domain from FimX of Xanthomonas citri (Xac). FimX and PilZ are involved in the regulation of type IV pilus biogenesis via interactions of the latter with the hexameric PilB ATPase associated with the bacterial inner membrane. Here, we present the crystal structure of the ternary complex made up of PilZ, the FimX EAL domain (FimXEAL) and c-di-GMP. PilZ interacts principally with the lobe region and the N-terminal linker helix of the FimXEAL. These interactions involve a hydrophobic surface made up of amino acids conserved in a non-canonical family of PilZ domains that lack intrinsic c-di-GMP binding ability and strand complementation that joins β-sheets from both proteins. Interestingly, the c-di-GMP binds to isolated FimXEAL and to the PilZ-FimXEAL complex in a novel conformation encountered in c-di-GMP-protein complexes in which one of the two glycosidic bonds is in a rare syn conformation while the other adopts the more common anti conformation. The structure points to a means by which c-di-GMP and PilZ binding could be coupled to FimX and PilB conformational states

Ternäre polymerhaltige Lösungen - Phasenverhalten und Grenzflächenspannung

Im Rahmen dieser Arbeit wurden experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Phasen- und Grenzflächenverhalten von ternären Systemen des Typs Lösungsmittel/Fällungsmittel/Polymer durchgeführt. Diese Art der Mischungen ist vor allem für die Planung und Durchführung der Membranherstellung von Bedeutung, bei der die genaue Kenntnis des Phasendiagramms und der Grenzflächenspannung unabdingbar ist. Als Polymere dienten Polystyrol sowie Polydimethylsiloxan. Im Fall des Polystyrols kam Butanon-2 als Lösungsmittel zum Einsatz, wobei drei niedrigmolekulare lineare Alkohole als Fällungsmittel verwendet wurden. Für Polydimethylsiloxan eignen sich Toluol als Lösungsmittel und Ethanol als Fällungsmittel. Durch Lichtstreumessungen, Dampfdruckbestimmungen mittels Headspace-Gaschromatographie (VLE-Gleichgewichte) sowie Quellungsgleichgewichten lassen sich die thermodynamischen Eigenschaften der binären Subsysteme charakterisieren. Auf Grundlage der Flory-Huggins-Theorie kann das experimentell bestimmte Phasenverhalten (LLE-Gleichgewichte) in guter Übereinstimmung nach der Methode der Direktminimierung der Gibbs'schen Energie modelliert werden. Zieht man die Ergebnisse der Aktivitätsbestimmung von Dreikomponenten-Mischungen mit in Betracht, so ergeben sich systematische Abweichungen zwischen Experiment und Theorie. Sie können auf die Notwendigkeit ternärer Wechselwirkungsparameter zurückgeführt werden, die ebenfalls durch Modellierung zugänglich sind.Durch die aus den VLE- und LLE-Untersuchungen gewonnenen Ergebnissen kann die sog. Hump-Energie berechnet werden, die ein Maß für die Entmischungstendenz darstellt. Diese Größe eignet sich gut zur Beschreibung von Grenzflächenphänomenen mittels Skalengesetzen. Die für binäre Systeme gefundenen theoretisch fundierten Skalenparameter gelten jedoch nur teilweise. Ein neues Skalengesetz lässt erstmals eine Beschreibung über die gesamte Mischungslücke zu, wobei ein Parameter durch eine gemessene Grenzflächenspannung (zwischen Fällungsmittel/Polymer) ersetzt werden kann.

Composti organostannici nell'ambiente marino e membrane biologiche: risposte molecolari e biochimiche nei molluschi bivalvi

Organotin compounds are worldwide diffused environmental contaminants, mainly as consequence of their extensive past use as biocides in antifouling paints. In spite of law restrictions, due to unwanted effects, organotin still persist in waters, being poorly degraded, easily resuspended from sediments and bioaccumulated in exposed organisms. The widespread toxicity and the possible threat to humans, likely to be organotin-exposed through contaminated seafood, make organotin interactions with biomolecules an intriguing biochemical topic, apart from a matter of ecotoxicological concern. Among organotins, tributyltin (TBT) is long known as the most dangerous and abundant chemical species in the Mediterranean Sea. Due to its amphiphilic nature, provided by three lipophilic arms and an electrophilic tin core, TBT can be easily incorporated in biomembranes and affect their functionality. Accordingly, it is known as a membrane-active toxicant and a mitochondrial poison. Up to now the molecular action modes of TBT are still partially unclear and poorly explored in bivalve mollusks, even if the latter play a not neglectable role in the marine trophic chain and efficiently accumulate organotins. The bivalve mollusk Mytilus galloprovincialis, selected for all experiments, is widely cultivated in the Mediterranean and currently used in ecotoxicological studies. Most work of this thesis was devoted to TBT effects on mussel mitochondria, but other possible targets of TBT were also considered. A great deal of literature points out TBT as endocrine disrupter and the masculinization of female marine gastropods, the so-called imposex, currently signals environmental organotin contamination. The hormonal status of TBT-exposed mussels and the possible interaction between hormones and contaminants in modulating microsomal hydroxilases, involved in steroid hormone and organotin detoxification, were the research topics in the period spent in Barcelona (Marco Polo fellowship). The variegated experimental approach, which consisted of two exposure experiments and in vitro tests, and the choice of selected tissues of M. galloprovincialis, the midgut gland for mitochondrial and microsomal preparations for subsequent laboratory assays and the gonads for the endocrine evaluations, aimed at drawing a clarifying pattern on the molecular mechanisms involved in organotin toxicity. TBT was promptly incorporated in midgut gland mitochondria of adult mussels exposed to 0.5 and 1.0 μg/L TBT, and partially degraded to DBT. TBT incorporation was accompanied by a decrease in the mitochondrial oligomycin-sensitive Mg-ATPase activity, while the coexistent oligomycin-insensitive fraction was unaffected. Mitochondrial fatty acids showed a clear rise in n-3 polyunsaturated fatty acids after 120 hr of TBT exposure, mainly referable to an increase in 22:6 level. TBT was also shown to inhibit the ATP hydrolytic activity of the mitochondrial F1FO complex in vitro and to promote an apparent loss of oligomycin sensitivity at higher than 1.0 μM concentration. The complex dose-dependent profile of the inhibition curve lead to the hypothesis of multiple TBT binding sites. At lower than 1.0 μM TBT concentrations the non competitive enzyme inhibition by TBT was ascribed to the non covalent binding of TBT to FO subunit. On the other hand the observed drop in oligomycin sensitivity at higher than 1.0 μM TBT could be related to the onset of covalent bonds involving thiolic groups on the enzyme structure, apparently reached only at high TBT levels. The mitochondrial respiratory complexes were in vitro affected by TBT, apart from the cytocrome c oxidase which was apparently refractory to the contaminant. The most striking inhibitory effect was shown on complex I, and ascribed to possible covalent bonds of TBT with –SH groups on the enzyme complexes. This mechanism, shouldered by the progressive decrease of free cystein residues in the presence of increasing TBT concentrations, suggests that the onset of covalent tin-sulphur bonds in distinct protein structures may constitute the molecular basis of widespread TBT effects on mitochondrial complexes. Energy production disturbances, in turn affecting energy consuming mechanisms, could be involved in other cellular changes. Mussels exposed to a wide range of TBT concentrations (20 - 200 and 2000 ng/L respectively) did not show any change in testosterone and estrogen levels in mature gonads. Most hormones were in the non-biologically active esterified form both in control and in TBT-treated mussels. Probably the endocrine status of sexually mature mussels could be refractory even to high TBT doses. In mussel digestive gland the high biological variability of microsomal 7-benzyloxy-4-trifluoromethylcoumarin-O-Debenzyloxylase (BFCOD) activity, taken as a measure of CYP3A-like efficiency, probably concealed any enzyme response to TBT exposure. On the other hand the TBT-driven enhancement of BFCOD activity in vitro was once again ascribed to covalent binding to thiol groups which, in this case, would stimulate the enzyme activity. In mussels from Barcelona harbour, a highly contaminated site, the enzyme showed a decreased affinity for the 7-benzyloxy-4-trifluoromethylcoumarin (BCF) substrate with respect to mussel sampled from Ebro Delta, a non-polluted marine site. Contaminant exposure may thus alter the kinetic features of enzymes involved in detoxification mechanisms. Contaminants and steroid hormones were clearly shown to mutually interact in the modulation of detoxification mechanisms. The xenoestrogen 17α-ethylenyl estradiol (EE2) displayed a non-competitive mixed inhibition of CYP3A-like activity by a preferential bond to the free enzyme both in Barcelona harbour and Ebro Delta mussels. The possible interaction with co-present contaminants in Barcelona harbour mussels apparently lessened the formation of the ternary complex enzyme-EE2-BCF. The whole of data confirms TBT as membrane toxicant in mussels as in other species and stresses TBT covalent binding to protein thiols as a widespread mechanism of membrane-bound-enzyme activity modulation by the contaminant.

Phasenverhalten von Polyethylen in Mischsystemen

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Phasenverhalten von Polyethylen (PE) in nicht-reaktiven und in reaktiven Systemen. Von drei eng verteilten Polyethylenen (Mw = 6,4, 82 bzw. 380 kg/mol) in n-Hexan sowie für das System 2,2-Dimethylbutan / PE 82 wurde die Entmischung in Abhängigkeit von der Zusammensetzung, dem Druck und der Temperatur experimentell bestimmt. Die Modellierung der Trübungskurven erfolgte nach der Theorie von Sanchez und Lacombe. Dieser Ansatz beschreibt die Ergebnisse qualitativ und kann in einem engen Temperatur- und Druckbereich für gegebenes Molekulargewicht die kritische Temperatur und den kritischen Druck quantitativ vorhersagen. Durch Extrapolation der kritischen Temperatur der verschiedenen Lösungen von PE in n-Hexan auf unendliches Molekulargewicht nach Shultz-Flory wurde im Druckbereich von 20 bis 100 bar und im Temperaturbereich von 130 bis 200 °C eine Grenzlinie bestimmt. Diese Linie trennt unabhängig vom Molekulargewicht des Polymers und der Zusammensetzung der Mischung das Zweiphasengebiet vom homogenen Bereich. Im Fall des Mischlösungsmittels n-Hexan / 2,2-Dimethylbutan wurde für eine annähernd kritische Polymerkonzentration die Abhängigkeit der Entmischungsbedingungen von der Zusammensetzung untersucht. Durch einfache Erweiterung der Sanchez-Lacombe-Theorie und Einführen eines Fitparameters konnte das ternäre System beschrieben werden. An einer breit verteilten PE-Probe wurden Experimente zur Fraktionierung von PE in n-Hexan durchgeführt. Die Analyse der in den koexistenten Phasen enthaltenen Polymere lieferte Informationen über die Konzentration und die Molekulargewichtsverteilung des PE in diesen Phasen sowie die kritische Zusammensetzung der Mischung. Von verschiedenen PE-Lösungen (Mw = 0,5 kg/mol) wurde die polymerisationsinduzierte Phasenseparation in Isobornylmethacrylat mit und ohne Vernetzer untersucht. Mit 15 Gew.-% PE und in Abwesenheit von Vernetzer findet die Entmischung erst bei hohen Umsätzen statt. Die Charakterisierung der resultierenden Proben zeigte, dass sich etwas mehr als 5 Gew.-% PE im Polyisobornylmethacrylat lösen. Die Glasübergangstemperaturen der Polymermischungen steigen mit steigender Vernetzer- und sinkender Polyethylenkonzentration. Bei Proben mit 15 Gew.-% PE zeigte sich folgendes: 5 Gew.-% Vernetzer führen zu großen PE-Bereichen (150 - 200 nm) in der Matrix und der Kristallinitätsgrad ist gering. Bei der Polymermischung mit 10 Gew.-% Vernetzer bilden sich sehr kleine Polyethylenkristalle (< 80 nm) und der Kristallinitätsgrad ist hoch. Ohne Vernetzer hängt der Kristallinitätsgrad - wie bei reinem PE - von der Abkühlrate ab, mit Vernetzer ist er von ihr unabhängig.

Beeinflussung der Grenzflächenspannung zwischen den Schmelzen "unverträglicher" Homopolymere durch Copolymere

Im Rahmen dieser Arbeit wurde am System Polyethylenoxid / Polypropylenoxid (PEO / PPO) der Einfluß von Copolymeren auf die Grenzflächenspannung Sigma von Homopolymerblends untersucht. Als Additive dienten Triblockcopolymere EO-block-PO-block-EO bzw. PO-block-EO-block-PO, Diblockcopolymere S-block-EO sowie statistische Copolymere EO-ran-PO. Die Additive wurden so ausgewählt, daß sich Paare von Additiven jeweils in genau einer Eigenschaft (Zusammensetzung, Kettenlänge, Blockanordnung) unterscheiden, in allen anderen Parametern jedoch vergleichbar sind. Die Grenzflächenspannung wurde experimentell mit Hilfe der Pendant-Drop-Methode in Abhängigkeit von der Temperatur ermittelt, wobei das Polymer mit der höheren Dichte, PEO, die Tropfenphase und PPO die Matrixphase bildet. Das Additiv wurde bei Messung der Grenzflächenspannung der ternären Systeme in unterschiedlichen Konzentrationen entweder einer oder beiden Homopolymerphasen zugegeben. Die Konzentrationsabhängigkeit von Sigma lässt sich sowohl mit dem Modell von Tang und Huang als auch mit einem Langmuir-analogen Ansatz gut beschreiben.Um den Zusammenhang zwischen sigma und dem Phasenverhalten zu untersuchen, wurden für einige der ternären Systeme Trübungskurven bei 100°C aufgenommen. Der Vergleich zwischen den Phasendiagrammen und den korrespondierenden Werten von sigma weist darauf hin, dass ein Additiv sigma gerade dann wirksam reduziert, wenn es einem Homopolymer zugefügt wird, mit dem es nur begrenzt verträglich ist, da dann die Triebkraft zur Anlagerung an der Grenzfläche besonders ausgeprägt ist. Das bereits bekannte Phänomen, wonach der Wert der Grenzflächenspannung davon abhängig sein kann, in welcher der Phasen das Additiv zu Beginn der Messung vorliegt, wurde ausführlich untersucht. Es wird angenommen, dass das System nicht in jedem Fall das thermodynamische Gleichgewicht erlangt und der beobachtete Effekt auf das Erreichen stationärer Zustände zurückzuführen ist. Dieses Verhalten kann mit einem Modell beschrieben werden, in welches das Viskositätsverhältnis der Homopolymere sowie der Verteilungskoeffizient des Copolymers zwischen den Homopolymerphasen eingehen. Aus Löslichkeitsparametern wurde der binäre Wechselwirkungsparameter Chi PEO/PPO = 0.18 abgeschätzt und mit diesem die theoretischen Werte für sigma zwischen PEO und PPO nach den Modellen von Roe bzw. Helfand und Tagami berechnet. Der Vergleich mit den experimentellen Daten des binären Systems zeigt, dass beide Ansätze sigma-Werte liefern, die in der Größenordnung der experimentellen Daten liegen, hierbei erweist sich der Ansatz von Roe als besonders geeignet. Die Temperaturabhängigkeit der Grenzflächenspannung wird jedoch durch beide Ansätze unzutreffend wiedergegeben. Mit dem Modell von Helfand und Tagami wurden eine Grenzflächendicke von 7.9 Å und das Dichteprofil der Grenzfläche berechnet. Für die Copolymere EO92PO56EO92 und S9EO22 (die Indices geben die Zahl der Monomereinheiten an) können die Grenzflächenüberschusskonzentrationen, die kritische Mizellenkonzentration sowie der einem Additivmolekül an der Grenzschicht zur Verfügung stehende Platz bestimmt werden.Der Vergleich unterschiedlicher Copolymere hinsichtlich ihrer Fähigkeit, sigma wirkungsvoll herabzusetzen, zeigt, dass im Fall von Triblockcopolymeren die Anordnung der Blöcke gegenüber der Zusammensetzung eine untergeordnete Rolle spielt. Mit zunehmender Kettenlänge nimmt die Effektivität als Compatibilizer sowohl bei Blockcopolymeren als auch bei statistischen Copolymeren zu.

Grenzflächenspannung und Morphologie fließender zweiphasiger Polymermischungen

In der vorliegenden Arbeit wurde die Morphologie von zweiphasigen Polymermischungen unter Scherung in situ mit Hilfe einer Kombination aus optischer Scherzelle, Durchlichtmikroskop und computergestützten CCD-Kamera untersucht. Als Modellblends dienten die unverträglichen, bei Raumtemperatur flüssigen Polymersysteme Polyisobutylen (PIB)/Polydimethylsiloxan (PDMS) (I) und Poly(dimethyl-co-methylphenyl)siloxan/PDMS (II). Alle Komponenten verhalten sich bei den verwendeten Scherraten newtonisch.Eine der wichtigsten Einflussgrößen für die Blendmorphologie ist die Grenzflächenspannung gamma 12. Sie wurde für I und II mit Hilfe der Methode der Tropfenrelaxation (dynamisch) als Funktion der Zeit bestimmt. Diese Methode erlaubt die Messung von gamma 12 für Tropfen der Phase A in B sowie von Tropfen B in A. Bei der Methode des hängenden Tropfens (statisch) muss der Tropfen aus der Phase mit der höheren Dichte bestehen. Wo der Vergleich der beiden Methoden möglich ist, stimmen die Ergebnisse für beide Systeme sehr gut überein. Bei II sind die aus der Tropfenrelaxation erhaltenen gamma 12-Werte der beiden komplementären Zusammensetzungen im Rahmen des Fehlers gleich, bei I zeigt ein PIB-Tropfen in PDMS einen um 40 % niedrigeren Wert als ein PDMS-Tropfen in PIB, dies wird auf die Diffusion von kurzkettigen Anteilen des PDMS in die Grenzschicht zurückgeführt. Die Grenzflächenspannung hängt also unter Umständen auch bei binären Systemen deutlich von der Zusammensetzung ab.Für II wurde die Blendmorphologie über den gesamten Zusammensetzungsbereich untersucht. Die häufig beobachteten cokontinuierlichen Strukturen treten bei keiner Zusammensetzung auf. Die Phaseninversion erkennt man in einer sprunghaften Änderung der Tropfengröße zwischen phiPDMS <= 0,400 und 0,500; zudem lässt sich die Zeitabhängigkeit der Radien durch Auftragung gegen das Produkt aus der Deformation und dem Quadrat des Volumenbruchs der Tropfenphase für 0 <= phiPDMS <= 0,400 sowie 0,500 <= phiPDMS <= 1 normieren. Für I und II wurde die Morphologieentwicklung bei 25 °C nach Vorscherung bei 100 bzw. 50 s-1 und anschließendem Sprung der Scherrate auf deutlich niedrigere Werte als Funktion der Zeit verfolgt. Hierbei erhält man bei genügend langer Messdauer (mindestens 200 000-300 000 Schereinheiten) konstante Tropfengrößen. Zum einen handelt es sich dabei um pseudo-stationäre Werte, die nur durch Koaleszenz bestimmt sind, zum anderen um echte stationäre Radien, die durch gleichzeitig ablaufende Koaleszenz und Zerteilung entstehen. Für I liegen die stationären Mittelwerte auf der Zerteilungskurve, für II hingegen auf der Koaleszenzkurve.Der Einfluss eines grenzflächenwirksamen Additivs wurde anhand von I durch Zugabe des Blockcopolymer PIB-b-PDMS zu PIB untersucht. Der Vergleich des zeitlichen Verlaufs von gamma 12 mit der Morphologieentwicklung zeigt, dass das Additiv eine Stabilisierung der feinen Tropfen/Matrix-Struktur des Blends durch Hinderung der Koaleszenz und nicht durch Reduktion der Grenzflächenspannung bewirkt.