Autoren:	Linke, Dorota
Titel:	Wetting of complex liquids
Online-Publikationsdatum:	31-Aug-2017
Erscheinungsdatum:	2017
Sprache des Dokuments:	Englisch
Zusammenfassung/Abstract:	Previous worked showed that adding surfactants to water, even at concentration below the critical micelle concentration (CMC) results in changes in the dynamic contact angles1-4. These previous works were focused on surfactants with a molecular weight between 100 - 400 g/mol. Less focus has been given to surfactants with molecular weight 10 to 50 times higher. In this range of molecular weights there are still many unanswered question regarding the influence of the molecular weight of the surfactants on the wetting behavior. In this thesis, I look into the dynamic dewetting behavior of large triblock polymeric surfactants, Pluronic, and compare it with small molecular weight surfactants. In comparison to them, the larger Pluronic changes the surface tension already at nanomolar concentration. The dynamic contact angles were measured using a home built rotating-drum set-up. Just like small molecular weight surfactants, addition of Pluronic leads to a decrease in the dynamic contact angles. Different is the much lower surfactant concentration needed. Already at concentrations below 0.5% CMC there is a significant difference in the dynamic contact angle. The combination of dewetting experiments, surface rheology and bulk measurements of aggregates concentration shows that the relevant concentration scale is the concentration of full surface coverage (CFSC). For small molecular weight surfactants the CMC and CFSC are equal. For Pluronic those two concentrations differ. The dynamic contact angles of Pluronic solutions were measured for velocities up to 200 mm/s at room temperature. Dynamic wetting can also happen at much higher velocities and temperatures below 0oC, e.g. when suporcooled rain drops impact an airplane flying with speed over 100 m/s .Even though there were some efforts in the last years to study drop impact at different conditions of speed and temperature5-13. Little is known about impacts at speeds higher than 50m/s and temperatures below 0oC. Second part of the thesis concerns drop impact on different surfaces with speed of the impacting droplets was 50 and 90 m/s and the temperature varied between -15oC and 0oC. A special experimental set-up was developed to observe the drop impact at those conditions. This side project was done in collaboration with Dr. E. Bonaccurso from the Surface Technology & Advanced Materials ‎Airbus Group Innovations, Munich, Germany. I show that the impact, wetting and freezing of supercooled drops at velocities above 50 m/s and temperatures below 0oC, depends on different parameters, such as hydrophobicity and softness of the surface, surrounding air temperature and impact speed. In früheren Arbeiten wurde gezeigt, dass sich der dynamische Kontaktwinkel von Wasser ändert, wenn man kleine Mengen von Tensiden, in Konzentrationen unterhalb der kritischen Mizellen Konzentration (CMC), hinzufügt 1-4. Diese Arbeiten haben sich mit Tensiden mit einem molekulare Gewicht von 100 - 400 g/mol beschäftigt. Weniger Aufmerksamkeit ist bisher auf Tenside gelegt worden welche 10 bis 50 mal schwerer sind. Daher gibt es immer noch unbeantwortete Fragen zum Einfluss des molekularen Gewichtes von Tensiden auf das Benetzungsverhalten von Flüssigkeiten. In dieser Arbeit beschäftige ich mich mit dem dynamischen Entnetzungsverhalten von großen Triblock Polymer Tensiden, Pluronic, und vergleiche es mit dem von Tensiden mit geringerem molekularen Gewicht. Pluronic ist aktiver ander Oberfläche und ändert die Oberflächenspannung schon bei nanomolaren Konzentrationen im Vergleich zu kleingewichtigen Tensiden.Der dynamische Kontaktwinkel wurde mit einer eigens gebauten rotierenden Walze gemessen. Ähnlich wie bei klein gewichtigen Tensiden führt die Zugabe von Pluronic zu einer Verkleinerung des dynamischen Kontaktwinkels. Schon bei Konzentrationen unter 0.5% CMC und geringeren Geschwindigkeiten ergeben sich signifikante Änderung im dynamischen Kontaktwinkel. In Kombination mit den Entnetzungs-Experimenten, Oberflächen-Rheologie Untersuchungen und Messungen der Oberflächen-Aggregat-Konzentrationen konnte ich zeigen das die relevante Vergleichsgröße nicht der CMC ist, sondern die Konzentration der kompletten Oberflächen Bedeckung (CFSC). Für klein gewichtige Tenside stimment CMC und CFSC überein. Für Pluronic hingegen unterscheiden sich die beiden Konzentrationsskalen. Dies konnte ich für Entnetzungsgeschwindigkeiten bis 200 mm/s experimentell überprüfen Dynamische Benetzung findet auch statt bei viel größeren Geschwindigkeiten und Temperaturen unter 0 oC, zum Beispiel beim Aufschlag von Tropfen auf Flugzeugen bei Geschwindigkeiten über 100 m/s. Es gab schon unterschiedliche Bemühungen zur Untersuchung von Tropfenaufschlag in unterschiedlichen Bedingungen5-13 denoch ist wenig bekannt zum Aufschlag von Tropfen bei Geschwindigkeiten über 50 m/s und Temperaturen unter 0oC. Im zweiten Teil meiner Arbeit untersuche ich den Aufschlag von Tropfen auf unterschiedlich hydrophoben und weichen Oberflächen bei Geschwindigkeiten von 50 und 90 m/s, und Temperaturen zwischen 0oC und 15oC. Dafür habe ich einen speziellen experimentellen Aufbau entwickelt zur Beobachtung vom Tropfenaufschlag in einem Windtunnel. Dieses Projekt wurde zusammen mit Dr. E. Banaccurso von der Surface Technology Advanced Material Gruppe der Airbus Group Innovations in München Deutschland durchgeführt. Ich konnte durch die Experimente zeigen dass das Benetzungsverhalten von unterkühlten Tropfen bei Geschwindigkeiten über 50 m/s und Temperaturen unter 0°C von unterschiedlichen Parametern, unter anderem der Hydrophobizität und Weichheit der Oberfläche, der Temperatur und Aufschlagsgeschwindigkeit abhängt.
DDC-Sachgruppe:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Veröffentlichende Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Organisationseinheit:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Veröffentlichungsort:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2538
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000014872
Version:	Original work
Publikationstyp:	Dissertation
Nutzungsrechte:	Urheberrechtsschutz
Informationen zu den Nutzungsrechten:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Umfang:	131 Seiten
Enthalten in den Sammlungen:	JGU-Publikationen