ミセル成長の解析的モデリング 2 ワーム状ミセルにおける混合凝集体の分子熱力学と解離エネルギー

仮説：混合非イオン性界面活性剤溶液における巨大なワームのようなミセルの成長の定量的分子熱力学理論は、特別なケースとしての古典的な「位相分離」モデルと「質量アクション」モデルを含む一般化モデルに基づいて開発できます。一般化されたモデルは、同時に多成分であり、サイズが多分散である球状滑らかなミセルについて説明しています。 理論：このモデルは、混合非イオン性ミセルの自由エネルギーの4つの成分の明示的な分析式に基づいています：界面張力、ヘッドグループ、鎖構成成分、および混合の自由エネルギー。円柱状部分の半径と球状のエンドキャップ、ならびにエンドキャップの化学組成は、自由エネルギーの最小化によって決定されます。 調査結果：多成分ミセルの場合、ミセル成長パラメーター（分解自由エネルギー）の式に追加の用語が表示されます。これは、ミセルのエンドキャップと円筒形の部分が異なる組成物を持っているという事実を考慮しています。このモデルは、調整可能なパラメーターを使用せずに、混合非イオン性界面活性剤溶液のワームのようなミセルの平均質量凝集数を正確に予測します。エンドキャップは、より高い平均表面曲率の領域でより良い収容される小さな梱包パラメーターを備えた界面活性剤で濃縮されています。このモデルは、パーソナルケアおよび家屋の洗剤で使用される非イオン性、イオン性界面活性剤、ズウィタン性界面活性剤の混合溶液にさらに拡張できます。

HYPOTHESES: Quantitative molecular-thermodynamic theory of the growth of giant wormlike micelles in mixed nonionic surfactant solutions can be developed on the basis of a generalized model, which includes the classical "phase separation" and "mass action" models as special cases. The generalized model describes spherocylindrical micelles, which are simultaneously multicomponent and polydisperse in size. THEORY: The model is based on explicit analytical expressions for the four components of the free energy of mixed nonionic micelles: interfacial-tension, headgroup-steric, chain-conformation components and free energy of mixing. The radii of the cylindrical part and the spherical endcaps, as well as the chemical composition of the endcaps, are determined by minimization of the free energy. FINDINGS: In the case of multicomponent micelles, an additional term appears in the expression for the micelle growth parameter (scission free energy), which takes into account the fact that the micelle endcaps and cylindrical part have different compositions. The model accurately predicts the mean mass aggregation number of wormlike micelles in mixed nonionic surfactant solutions without using any adjustable parameters. The endcaps are enriched in the surfactant with smaller packing parameter that is better accommodated in regions of higher mean surface curvature. The model can be further extended to mixed solutions of nonionic, ionic and zwitterionic surfactants used in personal-care and house-hold detergency.