Christian Wolf M.Sc.

Benetzung löslicher Polymeroberflächen

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Seit 2017 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Thermodynamik, TU Darmstadt
2013-2017 M.Sc. Maschinenbau – Mechanical and Process Engineering, TU Darmstadt
2010-2013 B.Sc. Maschinenbau – Mechanical and Process Engineering, TU Darmstadt

In zahlreichen Industriezweigen wie der Druck-, Reinigungs- und Lebensmitteltechnik werden Körper von substratspezifischen Lösemitteln benetzt. Die dabei auftretenden Vorgänge sind heute jedoch noch weitgehend unverstanden. Zwar existieren bereits seit dem 19. Jahrhundert Bemühungen, allgemeine physikalische Modelle zu Benetzungsvorgängen aufzustellen. Bisher konnten jedoch noch keine verallgemeinerten Formen abgeleitet werden, die alle stationären und transienten experimentellen Beobachtungen bei beliebigen Materialpaarungen beschreiben.

Im Rahmen dieses Projekts wird das Verständnis von Benetzungsvorgängen auf löslichen Oberflächen geschärft.

Für eine umfassende Untersuchung von Benetzungsphänomenen auf löslichen Oberflächen werden hierzu diverse Polymersubstrate experimentell in Kontakt mit unterschiedlichen Lösemitteln gebracht. Variiert werden auf Substratseite sowohl Molekularmassen der Polymere als auch Taktizitäten und mechanische Vorbelastungen. Auf der Fluidseite wird durch Verwendung unterschiedlicher Lösemittel die substratspezifische Löslichkeit variiert.

Beobachtungen zu den Versuchen werden auf unterschiedlichen Zeitskalen angestellt. Zum einen wird im Sub-Mikrosekunden-Bereich der Ausbreitungsvorgang von Lösemitteln nach spontanem Inkontaktbringen mit Substraten untersucht. Zum anderen werden nach Benetzungsabschluss und vollständiger Verdampfung der benetzenden Tropfen tropfeninduzierte Oberflächenrestrukturierungen aufgezeichnet und quantifiziert.

Für die geschilderten Versuche wird am Fachgebiet für Technische Thermodynamik ein geschlossener Versuchsstand aufgebaut, in dem Umgebungsparameter gezielt eingestellt und deren Auswirkung mit bildgebenden Verfahren untersucht werden können.

An einem verdunstenden Lösemiteltropfen oberhalb eines löslichen Substrates greift eine Vielzahl physikalischer Phänomene ineinander. In der obenstehenden Skizze sind folgende Phänomene zu sehen: 1: Fällung, 2: Pinning der Dreiphasenkontaktlinie, 3: Substratschwellung, 4: Lösung des Substrats in die flüssige Phase hinein, 5: induzierte interne Strömungen, 6: Diffusion von Substratmolekülen in der flüssigen Phase, 7: Deformation des Substrates, 8: modifizierter Kontaktwinkel, 9: inhomogene Verdunstung entlang der Tropfenoberfläche