PROTON RELAXATION STUDY OF PARAFFINIC CHAIN MOTIONS IN A LYOTROPIC LIQUID CRYSTAL

Résumé
Les études de diffraction de rayons X montrent, dans les phases liquide-cristallines des systèmes eau-savons, la coexistence d'une organisation à grande distance des milieux aqueux et paraffinique avec un état désordonné, à courte distance, de ces deux milieux. Nous présentons ici une étude par résonance magnétique nucléaire du comportement des protons paraffiniques. Plusieurs mouvements contribuent au désordre de ce milieu ; en utilisant les caractéristiques géométriques des phases lamellaire, cubique, hexagonale, nous avons pu distinguer : - une diffusion rapide des molécules, les têtes polaires restant à l'interface eau-savon ; - des déformations des chaînes par flexions, torsions, ou rotations isomériques. Le coefficient de diffusion, mesuré en phase cubique par la méthode de gradients de champ, est de 2 x 10^-6 cm² s^-1 à 90 °C. En raison de l'existence de l'interface et de la présence de molécules voisines, les déformations sont très anisotropes ; leurs temps caractéristiques, étudiés à partir de mesures de relaxation (T₁, T_1ρ, T_D), ont distribués de 3 x 10^-6 s à 10^-9 s à 90 °C. Nous discutons les corrélations possibles entre ces deux mouvements.

Abstract
In the phases of lyotropic liquid crystals, such as soap-water systems, a large scale periodic organisation of aqueous and paraffinic media coexists with a short range disorder of both media. We present here a nuclear magnetic resonance study of the paraffinic protons in the mesophases of the potassium laurate-D₂O system. Special aspects of the NMR properties of the proton spin system in such phases are discussed. Taking benefit of the geometrical features of the lamellar, cubic and hexagonal phases we can distinguish several motions : rapid diffusion of the molecules with their polar heads remaining on the soap-water interface ; configurational changes which can be due to flexion, torsion or isomeric rotations. Owing to the existence of the interface and to the presence of neighbouring molecules the local deformation motions are highly anisotropic. The diffusion coefficient, measured in the cubic phase, with the field gradient method, has a value of 2 x 10^-6 cm² s^-1 at 90°C its activation energy is 0,25 eV. The characteristic times of thechain deformations studied by relaxations measurement (T_l, T_1ρ, T_D), are distributed from 3 x 10^-6 s to about 10^-9 s at 90 °C. Possible correlations between diffusion and deformations are discussed.