Dehnrheologie und strömungsinduzierte Strukturbildung in Lösungen wurmartiger Tensidmizellen

• Antragsteller: Professor Dr. Norbert Willenbacher
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Experimentelle und Theoretische Polymerphysik ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279473196

Tensidlösungen mit wurmartiger Mizellstruktur, sog. wormlike micelles (WLM), sind von großem technischen Interesse, dienen aber auch als Modellsysteme für grundlegende Untersuchungen zur Polymerphysik. Der Zusammenhang zwischen Struktur, Mizelldynamik und Fließverhalten solcher Lösungen ist dabei von besonderem Interesse.Das linear viskoelastische Verhalten von WLM-Lösungen ist mittlerweile sehr gut verstanden und die Forschung konzentriert sich auf nicht-lineare Fließeigenschaften. Insbesondere Änderungen der Selbstorganisation und Struktur von WLM-Lösungen in Dehnströmungen sind bisher wenig untersucht, obwohl ein tieferes Verständnis dieser Phänomene entscheidend für die zielgerichtete Entwicklung neuartiger Tensidsysteme für unterschiedlichste technische Anwendungen ist. Beispielweise hat der wachsende globale Energiebedarf das Interesse an der Nutzung von Tensidlösungen für die tertiäre Erdölförderung stark gefördert. Der erfolgreiche Transfer neuer Erkenntnisse und Produkte aus Forschung in die Praxis erfordert gerade auf diesem Gebiet ein grundlegendes Verständnis der Struktur und Dynamik solcher Fluide insbesondere in Dehnströmungen.Wir möchten hier das erste systematische Forschungsvorhaben durchführen, das den Zusammenhang zwischen Rheologie und fließinduzierten Strukturänderungen von Tensidlösungen in Dehnströmungen umfasst und einen weiten Bereich von Tensidkonzentrationen und Salz-Tensid-Verhältnissen abdeckt. Basierend auf unseren jüngsten messtechnischen Weiterentwicklungen der sog. Capillary Breakup Elongational Rheometry (CaBER) Methode kann erstmals die wahre Dehnviskosität und die Fließaktivierungsenergie bestimmt werden. Vorversuche an ausgewählten Tensidsystemen haben gezeigt, dass die Fadenlebensdauer, d.h. der Widerstand, den das Fluid der Dehndeformation in diesem Experiment entgegensetzt, um Größenordnungen variieren kann, auch wenn das linear viskoelastische Verhalten der Lösungen sehr ähnlich ist; d. h. abhängig von Tensid- und Salzkonzentration können starke strömungsinduzierte Änderungen der Mizellstruktur auftreten. Mizellen können in Dehnströmungen aufbrechen oder auch große Überstrukturen bilden. Strukturuntersuchungen (Licht und Neutronenkleinwinkelstreuung, Trübungs und Doppelbrechungsmessungen, optische Geschwindigkeitsfeldbestimmung) an ausgewählten Proben sollen in einem ebenen, hyperbolischen Strömungskanal, d.h. in einer planaren Dehnströmung durchgeführt werden. So kann die Strukturbildung als Funktion der Dehnrate und der Gesamtdehnung untersucht werden.Das geplante Forschungsvorhaben wird quantitativ erfassen, bei welchen Tensidtypen, Tensid- und Salzkonzentration sowie Strömungsparametern Änderungen der Gleichgewichtsstruktur auftreten. Diese experimentellen Ergebnisse sollen als Basis für die Modifikation theoretischer Modelle dienen, die strömungsinduzierte Änderungen der Mizellaufbruch- und Rekombinationsraten berücksichtigen und darauf basierend das Fließverhalten von WLM-Lösungen vorhersagen

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Mitverantwortlich: Dr. Claude Oelschlaeger
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jonathan R. Rothstein