Some rheological properties of lyotropic liquid crystals formed by phosphated polyoxyethylene surfactants, n-hexane and water

Summary

Rheological measurements have been carried out using continuous shear viscometry and creep testing on two major mesophases previously found in systems containing phosphated nonyphenol ethoxylate (PNE), phosphated fatty alcohol ethoxylate (PFE), water andn-hexane. Systems containing lamellar liquid crystals exhibited a clockwise (rheopectic) hysteresis loop on the Ferranti-Shirley cone-and-plate viscometer which increased in area with increasing water content. On the other hand, both the hexagonal liquid crystalline phase and an intermediate amorphous gel phase showed an antì-clockwise (thixotropic) hysteresis.

Creep tests with an air-bearing viscometer indicated that the majority of the lamellar phase systems tested had a linear visco-elastic behavior which could generally be characterised by one Maxwell unit combined with two Voigt units.

The results are discussed in relation to the effects that water produces on the probable structure of the mesomorphic structures, in particular the coiling of the polyoxyethylene chains on the surfactant molecules.

Zusammenfassung

Rheologische Messungen mit den Methoden der kontinuierlichen Scherviskosimetrie und der Kriech-Prüfung wurden an zwei neu gefundenen Haupt-Mesophasen in Systemen von phosphatisiertem Nonylphenol-Äthoxylat (PNE), phosphatisiertem Fettalkohol-Äthoxylat (PFE), Wasser undn-Hexan durchgeführt. Die Systeme mit lamellaren flüssigen Kristallen zeigten im Ferranti-Shirley Kegel-Platte-Viskosimeter eine im Uhrzeigersinne verlaufende (rheopexe) Hysteresis-Schleife, deren Fläche mit zunehmendem Wassergehalt größer wurde. Dagegen zeigten sowohl die hexagonale flüssigkristalline Phase als auch eine intermediäre amorphe Gelphase eine entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufende (thixotrope) Hysteresis.

Kriech-Versuche mit einem luftgelagerten Viskosimeter ergaben, daß die Mehrzahl der untersuchten lamellaren Systeme ein linear-viskoelastisches Verhalten zeigte, welches durch Kombination von einem Maxwell- und zwei Voigt-Elementen beschrieben werden kann.

Die Ergebnisse werden im Hinblick auf die Wirkung des Wassers auf die wahrscheinliche Anordnung der mesomorphen Strukturen diskutiert, insbesondere die Verknäuelung der Polyoxyäthylen-Ketten auf die oberflächenaktiven Moleküle.