Research | Forschung

Fluide zeigen in Kontakt mit Oberflächen unterschiedliches Benetzungsverhalten, welches mit dem Kontaktwinkel charakterisiert wird. Dabei hängt der Kontaktwinkel von der Materialpaarung und der Oberflächenbeschaffenheit, aber auch maßgeblich von der Vorgeschichte der polymeren Oberfläche und dort adsorbierten Stoffen, welche unter anderem aus der Umgebungsatmosphäre stammen.

Theoretische Methoden scheitern bisher oft an einem Mangel an Wissen über die Vorgeschichte oder einem Mangel an Daten zur Parametrierung von Fluid-Wand-Wechselwirkungen. In meiner Arbeit soll basierend auf einer geeigneten Zustandsgleichung das Polymer beschrieben werden, unter Berücksichtigung der auf der Oberfläche adsorbierten Stoffe und der Historie des Polymers.

Thermodynamische Zustandsgleichungen (ZGL) sind ein wichtiges Werkzeug zur Vorhersage der thermodynamischen Eigenschaften von fluiden Mischungen. Wenn die Komponenten in der Mischung sehr unterschiedliche polare Eigenschaften haben, gestaltet sich die Vorhersage mit herkömmlichen ZGL aber oftmals schwierig, da die Orientierungsstruktur im Fluid, die durch die präferentielle Ausrichtung polarer Moleküle zueinander entsteht, nicht direkt berücksichtigt wird.

Dieses Problem soll mit der Co-Oriented Fluid Functional Equation for Electrostatic interactions (COFFEE) adressiert werden. Zu diesem Zweck wurde COFFEE für Reinstoffe mit Hilfe von Daten zur Orientierungsstruktur aus molekularen Simulationen entwickelt und parametriert. Aktuell wird COFFEE für die Beschreibung von Mischungen weiterentwickelt. Dies geschieht mit Hilfe von Daten zur molekularen Orientierungsstruktur und zu Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichten für Mischungen aus molekularen Simulationen und Experimenten.

Die Viskosität von Mischungen kann ungewöhnliche Verläufe zeigen, die bislang durch Korrelation oder Mischungsregeln nur unzureichend wiedergegeben oder vorhergesagt werden. Dabei liegt diesen Modellen stets die Annahme zu Grunde, dass es sich bei den Mischungen im Wesentlichen um „ein“ Fluid handelt, dass im Vergleich zu den beteiligten Reinstoffen eine andere Viskosität aufweist. Dieses Modellbild wird auch „One-Fluid Theory“ genannt. In der irreversiblen Thermodynamik existiert neben diesem Konzept zur Modellierung der thermophysikalischen Stoffdaten in der Verfahrenstechnik noch die „Multi-Fluid Theory“, die jedoch auf Grund ihrer Komplexität selten angewandt wird. In dieser Arbeit soll diese Multi-Fluid Theory vereinfacht werden, um sie für die Anwendung in der thermischen Verfahrenstechnik gangbar zu machen.