Das Be- und Entnetzungsverhalten von Tensidlösungen spielt eine wichtige Rolle in vielen natürlichen Prozessen und industriellen Anwendungen, wie z.B. industriellen Druck- und Beschichtungsprozesse. Ein genaues Verständnis des Be- und Entnetzungsverhaltens von Tensidlösungen ist wichtig, um diese Prozesse zu kontrollieren und zu optimieren. Vorangegangene Arbeiten zeigten einen großen Einfluss von Tensiden auf das Be- und Entnetzungsverhalten wässriger Lösungen. Dieser Einfluss ist ebenfalls für geringe Tensidkonzentrationen unterhalb der kritischen Mizellenkonzentration vorhanden und nimmt mit steigender Konzentration zu. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass Marangoni Kräfte nahe der bewegten Dreiphasenkontaktlinien für die Veränderung des Benetzungsverhaltens von wässrigen Tensidlösungen verantwortlich sind. Diese Hypothese konnte bisher nicht experimentell überprüft werden, da die Dynamik bzw. das Strömungsfeld von wässrigen Tensidlösungen nahe zurückschreitender Dreiphasenkontaktlinien bisher nicht gemessen wurde.

Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit das dynamische Entnetzungsverhalten von wässrigen Tensidlösungen nahe zurückschreitender Dreiphasenkontaktlinien in Abhängigkeit von der Tensidkonzentration untersucht und die bestehende Hypothese getestet. Dazu wurden zwei komplementäre experimentelle Aufbauten erstellt, die es ermöglichen, Strömungsfelder auf der 10 µm Skala nahe der sich bewegenden Dreiphasenkontaktlinie zu messen. Ein schnelles konfokales Laser-Scanning-Mikroskop wurde entwickelt und gebaut. Es basiert auf zwei anstatt der üblichen einen Rastereinheiten und kann zweidimensionale Bilder mit bis zu 1 kHz in horizontale und 200 Hz in vertikale Richtung aufnehmen. Damit ist es deutlich schneller als vergleichbare kommerzielle Mikroskope. Zusätzlich wurde die Methode der astigmatischen Partikelverfolgung angewendet, indem ein bestehendes kommerzielles Mikroskop modifiziert wurde. Da diese Methode im Vergleich zum gebauten konfokalen Mikroskop die direkte Messung von dreidimensionalen Strömungsfeldern ermöglicht, wurde diese zum Testen der Hypothese verwendet.

Die Messung der Strömungsfelder erfolgte nahe der zurückweichenden Dreiphasenkontaktlinie von Tropfen bestehend aus wässrigen Tensidlösungen mit variierenden Konzentrationen unterhalb der kritischen Mizellenkonzentration. Die Strömungsfelder wurden mit einer bestehenden hydrodynamischen Theorie für Wasser verglichen. Ich habe herausgefunden, dass insbesondere nahe der Luft/Wasser Grenzfläche des Tropfens im Bereich bis zu 112 µm entfernt von der bewegten Dreiphasenkontaktlinien die Strömungsfelder der Tensidlösungen von der zu erwarteten Strömung für reines Wasser abweichen. Die gemessenen Strömungsfelder lassen sich nur erklären, wenn die freie Oberfläche nicht als spannungsfrei angenommen wird. Die gemessene Spannung entlang der freien Oberfläche entspricht einer Marangoni Spannung, die durch eine räumlich variable Tensidkonzentration hervorgerufen wird. Diese Beobachtung entspricht der eingangs formulierten Hypothese, welche somit grundsätzlich verifiziert ist. Aus den Strömungsfeldern konnte die Marangoni Spannung und der Gradient der Oberflächenspannung entlang der freien Oberfläche berechnet werden. Beide Parameter nehmen mit steigender Tensidkonzentration zu. Obwohl die ermittelte Oberflächenkonzentration des Tensids nahe der Kontaktlinie weniger als 0.01 % von der Gleichgewichtskonzentration abweicht, hatte dies erkennbaren Einfluss auf die Strömungsfelder. Die gemessenen Effekte treten ebenfalls für absolute Tensidkonzentrationen kleiner als 1 ppm auf. Dies impliziert, dass selbst kleinste Verunreinigungen, welche häufig unvermeidbar sind, einen entscheidenden Einfluss auf das dynamische Entnetzungsverhalten von Flüssigkeiten haben.