Struktureigenschaften und molekulare Dynamik flüssiger Ethylenglykol-Oligomere und ihrer Mischungen mit Wasser

Abstract

Mit Hilfe von Ultraschallabsorptionsmessungen im Freqenzbereich 0.2 bis 2000 MHz wird die Kettendynamik flüssiger Oligoethylenglykole mit Molmassen zwischen 62 und 600 g/mol untersucht. Die ermittelten Absorptionsspektren können analytisch durch eine Summe von Debye-Relaxationsfunktionen beschrieben werden, wobei die Anzahl der zur Beschreibung notwendigen Debye-Terme mit zunehmender Kettenlänge systematisch ansteigt. Das Verhalten der Relaxationszeiten und Amplituden der Debye-Spektralterme wird auf der Grundlage theoretischer Polymermodelle (Rouse-Modell und DTO-Modell) diskutiert. Die beobachteten Einzelzeitrelaxationen werden im Sinne dieser Modelle als Moden der Polymerkettendynamik interpretiert. Anhand der Anzahl und Ordnung der auftretenden Moden wird die Länge der Rouse'schen Kettensegmente abgeschätzt. Ein Vergleich mit Absorptionsspektren anderer Oligomere (Oligoethylenglykoldimethylether, n-Alkane und Oligopropylenglykol) zeigt die Beeinflussung der Kettendynamik durch die chemische Struktur der oligomeren Moleküle und deren Fähigkeit, Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden. Zur Verifizierung der dazu gefundenen Ergebnisse wurden auch frequenzabhängige Messungen der komplexen Dielektrizitätszahl an verschiedenen Ethylenglykol-Oligomeren und ihrer Mischungen mit Wasser im Bereich 0.4-3000 MHz durchgeführt. Alle gemessenen Spektren lassen sich durch eine Cole-Cole-Spektralfunktion beschreiben. Deren Hauptrelaxationszeit wird im Rahmen eines wait-and-switch -Modells diskutiert und mit den Relaxationszeiten der Ultraschallspektren verglichen. Die Ergebnisse aus der dielektrischen und akustischen Spektroskopie werden durch Messungen der Dichte, der Schallgeschwindigkeit und der Viskosität ergänzt.