Structural study of aqueous solutions of amphiphilic ionic liquids capable of forming hydrogels - a contribution to understanding gelation mechanisms

Abstract

In this work, a detailed investigation was performed on the structural and aggregation behavior of a series of aqueous solutions of 1-decyl-3-methyl alkylimidazolium salts with the capability of forming gels. The study contains experimental and molecular simulation approaches to explain the self-assembly, microscopic structure, and rheological behavior of these ionic systems. Dynamic light scattering (DLS) experiments were conducted at various concentrations to determine the hydrodynamic diameters, aggregation numbers, and size distributions of the micellar and pre-micellar structures. Molecular dynamics simulations were carried out to obtain molecular insights on the macroscopic behaviour observed in experimental determinations. In addition to the solution behavior, the rheological properties of the gel phase of one the systems studied were examined in detail. Overall, this work provides an integrated understanding of the structure–property relationships of alkylimidazolium-based ionic liquids, highlighting how subtle variations in molecular architecture and counter-anion identity dictate aggregation, phase behavior, and rheology; - Resumo: Estudo estrutural de soluções aquosas de líquidos iónicos anfifílicos capazes de formar hidrogéis – uma contribuição para a compreensão dos mecanismos de gelificação Neste trabalho, foi realizada uma investigação detalhada sobre o comportamento estrutural e de agregação de soluções aquosas de sais de 1-decil-3-metil alquilimidazólio com capacidade de formar géis. A abordagem é simultaneamente experimental e de simulação molecular, para explicar a agregação, a estrutura microscópica e o comportamento reológico desses sistemas. Foram realizadas experiências de espalhamento dinâmico de luz (DLS) em várias concentrações para determinar diâmetros hidrodinâmicos, números de agregação e distribuições de tamanho das estruturas supramoleculares. Recorreu-se a simulações de dinâmica molecular para estudar os detalhes moleculares sobre o comportamento macroscópico observado nas determinações experimentais. As propriedades reológicas da fase gel de um dos sistemas estudados foram também examinadas em detalhe. Este trabalho tenta contribuir para o conhecimento integrado das relações estrutura-propriedade dos líquidos iónicos à base de alquilimidazólio, destacando como variações subtis na arquitetura molecular e na identidade do anião determinam a agregação, o comportamento de fase e a reologia.