Einfluss von Co-Nonsolvency auf die dynamische Benetzung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Günter K. Auernhammer; Privatdozentin Dr. Petra Uhlmann, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Experimentelle und Theoretische Polymerphysik ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422852551

Das primäre Ziel dieses Projekts ist weiterhin die Untersuchung des dynamischen Benetzungsverhaltens der Polymerbürsten mit Cononsolvency-Effekten. Der vorliegende Antrag für die zweite Förderperiode (FP2) baut stark auf den Ergebnissen der ersten Förderperiode (FP1) auf. Zu diesem Zweck wird das gleiche Modellsystem verwendet: PNiPAAm-Bürsten, die durch eine Grafting-To-Methode hergestellt werden und mit Wasser und Ethanol als Lösungsmittel und Co-Lösungsmittel haben. In FP1 haben wir einige wichtige Merkmale identifiziert, die auf eine Kopplung des dynamischen Benetzungsverhaltens und der Cononsolvency von PNiPAAm-Bürsten hinweisen. (i) Intensive (nicht unbedingt lange) Vorbenetzung mit Wasser oder Ethanol verändert die Benetzungseigenschaften stark, aber reversibel und langzeitstabil. (ii) Wiederholte Benetzung und die Zusammensetzung der Gasphase können die Benetzungseigenschaften verändern. (iii) Die Veränderungen der Benetzungseigenschaften korrelieren mit den strukturellen Veränderungen in der PNiPAAm-Bürstenoberfläche, wie sie mit der Summenfrequenzgenerations-Spektroskopie beobachtet wurden.Diese Ergebnisse werfen mehrere wichtige Fragen auf, die wir in FP2 behandeln wollen. (a) Welches sind die Parameter des Vorbenetzungsverfahrens, die hauptsächlich die statischen und dynamischen Benetzungseigenschaften für eine sukzessive Benetzung steuern? (b) Welche Lagerungs- und (Vor-)Benetzungsbedingungen verstärken oder verringern die Langzeitstabilität des induzierten Benetzungszustandes? (c) Wie hängt die Cononsolvency mit der Thermosensitivität von PNiPAAm in Bezug auf ihren Einfluss auf die Benetzung zusammen? (d) Zeigen Polymerbürsten, die einen Cosolvency-Effekt aufweisen, ähnliche Merkmale in ihrem Benetzungsverhalten wie solche mit Cononsolvency-Effekten? Um diese Fragen zu beantworten, werden wir eine Reihe von komplementären experimentellen Techniken anwenden (teilweise in Zusammenarbeit mit anderen Gruppen innerhalb des SPP). (i) Dynamische Benetzungsexperimente in einem breiten Bereich gut definierter Kontaktliniengeschwindigkeiten (von μm/s bis zu einigen zehn cm/s). (ii) Analysemethoden wie spektroskopische VIS-Ellipsometrie (Bürstenschichtdicke), AFM-basierte Techniken für die mechanische Charakterisierung, SFG-Spektroskopie für Strukturinformationen. (iii) Systematische Variationen der experimentellen Parameter, wie die Eigenschaften der Polymerbürste (Molmasse, Bürstendicke, Cononsolvency vs. Cosolvency-Effekt), die Zeitskalen und Kontaktliniengeschwindigkeiten sowie die Zusammensetzung der benetzenden Flüssigkeits- und Gasphase Durch die Kombination dieser Methoden wollen wir ein grundlegendes Verständnis dafür erlangen, wie die Benetzung von Polymerbürsten mit der Cononsolvency der Bürste zusammenhängt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2171: Dynamische Benetzung flexibler, adaptiver und schaltbarer Oberflächen