Thin film formation of mixed different-sized-silica nanoparticle/stearic acid surfactant at the water-oil interface

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo alcançar um reforço estrutural em um filme interfacial, através do aumento da sua densidade ao ajustar partículas menores entre os espaços intersticiais hexagonais entre partículas maiores. O empacotamento de um filme com dois diferentes tamanhos de nanopartículas de sílica, misturados em uma interface de água-óleo, em um sistema com surfactantes igualmente carregados como as partículas, foi investigado. Portanto, sistemas de nanopartículas de sílica a 1% em peso na fase aquosa + 1 mM de ácido esteárico como surfactantes na fase oleosa, bem como sistemas de referência sem partículas e / ou surfactantes, foram estudados. A formação de um filme viscoso para os sistemas com pH de 9.8 foi observada nos resultados de reologia de cisalhamento interfacial e nos de reologia dilatacional de gota pendente. Nesse pH, os surfactantes estão desprotonados e, portanto, seu potencial tensoativo na superfície é reforçado. As partículas menores apresentaram valores de módulo de perda maiores e, portanto, um filme mais estruturado. A análise de Microscopia eletrônica de varredura (MEV) de filmes obtidos por transferência do tipo Langmuir-Blodgett mostrou um empacotamento com menor ordem para os sistemas com partículas mistas e com inúmeras descontinuidades quando comparado aos sistemas com apenas um tamanho de partícula. Uma análise mais quantitativa foi realizada por cisalhamento interfacial e reologia dilatacional, a densidade menor para as amostras com partículas misturadas, observado nas imagens de MEV foi verificado pelo modulo menor alcançado por esses sistemas. A técnica de automontagem utilizada para o sistema estudado mostra não ser a melhor abordagem para atingir o objetivo de montar estruturas altamente ordenadas com partículas mistas de 25 nm e 80 nm, uma vez que é possível perceber que seu empacotamento e montagem mudou ao longo do filme.

This work aims to achieve a structure reinforcement on an interfacial film, by improving its density when adjusting smaller particles between the hexagonal interstitial spaces between the bigger ones. The packing of a two-sizes mixed silica nanoparticles film, in a water-oil interface, in a system with surfactants equally charged as the particles, was investigated. Therefore, systems of 1 w% silica nanoparticles on water phase + 1mM stearic acid surfactants on oil phase were studied, as well as reference systems without particles and/or surfactants. A formation of a viscous film was observed in interfacial shear rheology and pendant drop dilatational rheology for the systems at the pH of 9.8, in which the surfactants are deprotonated and, therefore, more surface active. The films showed a predominantly viscous behavior and the system for the smaller particles showed higher modulus when compared to the bigger ones. Scanning electron microscopy (SEM) analysis of Langmuir-Blodgett-type transfer films showed for the systems with mixed particles a less ordered system, with numerous discontinuities, when compared to the systems with only one size particles. A more quantitative analysis was performed by interfacial shear and dilatational rheology. The lower density film observed in the SEM images for the binary systems was verified by lower moduli. The self-assembly technique used for the system studied proved not to be the best approach to reach the goal of assembling a highly ordered structure.