{"id":{"repo_id":"freiburg-diss","oai_identifier":"oai:freidok.uni-freiburg.de:1571"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/freiburg-diss/oai:freidok.uni-freiburg.de:1571","repository":{"repo_id":"freiburg-diss","name":"University of Freiburg","base_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/oai/oai2.php"},"display":{"title":"Über das Benetzungsverhalten polymermodifizierter Grenzflächen","abstract":"In dieser Arbeit wurden an drei Systemen diverse Aspekte des Benetzungsverhaltens von Polymergrenzflächen unter besonderer Berücksichtigung der chemischen Funktionalisierung und der Oberflächentopographie untersucht. In zwei Systemen dienten ultradünne Polymermonolagen mit Schichtdicken im nm-Bereich zur Kompatibilisierung der Oberfläche, im dritten Fall wurden dreidimensionale strukturierte Netzwerke untersucht.
Die Untersuchungen zum Autophobizitätsverhalten von Polystyrolschmelzen auf Polystyrolmonolagen, die durch photochemisches Anknüpfen aufgeschleuderter Polymerketten an eine Benzophenonmonolage erhalten wurden, ergaben sowohl eine Abhängigkeit des Benetzungsverhaltens vom Molekulargewicht der kovalent gebundenen Ketten als auch vom Molekulargewicht der Polymerschmelze bei einer konstant gehaltenen Pfropfdichte von 0,8 nm-2. Dabei zeigte sich, dass das Molekulargewicht der Polymerschmelze mindestens so hoch sein muss wie das Molekulargewicht der oberflächengebundenen Ketten, damit ein autophobes Entnetzen stattfinden kann: Für oberflächengebundene Ketten mit einem Molekulargewicht von Mn = 86,3 kg/mol lag der Benetzungsübergang zwischen 10 und 100 kg/mol in Bezug auf das Molekulargewicht der Polymerschmelze, während oberflächengebundene Ketten des Molekulargewichts 545 kg/mol erst ab einem Molekulargewicht der Polymerschmelze von 2420 kg/mol entnetzten. Trotz der im Vergleich zu Polymerbürsten hohen Polydispersität der oberflächengebundenen Ketten ließ sich das Benetzungsverhalten des Systems vergleichsweise leicht kontrollieren.
Der zweite Teil der Arbeit umfasste Experimente zum Tropfenaufprall auf chemisch strukturierte Oberflächen. Dabei wurden hydrophile kreisförmige Bereiche hoher Benetzbarkeit mit Durchmessern im mm-Bereich, umgeben von einem Bereich niedriger Benetzbarkeit untersucht. Die strukturierten Substrate wurden durch Erzeugen einer Monolage eines Benzophenonsilans auf einer oxidischen Fläche, gefolgt von der photochemischen Anknüpfung eines Polymers definierter Hydrophilie/Hydrophobie Polymermonolagen bis zu einer Höhe von 12 nm und mit Kontaktwinkeln zwischen 56° und 111° erzeugt. In einem nachfolgenden Ablationsschritt wurde durch Auflegen einer Maske mit einer kreisförmigen Öffnung und Bestrahlen mit UV-Licht niedriger Wellenlänge das Polymer in den bestrahlten Bereichen zersetzt, so dass ein Kontaktwinkel von 20° resultierte. Ein Wassertropfen, der auf die strukturierten Substrate prallte, erfuhr einen Selbstzentrierungseffekt, wenn gewisse Randbedingungen beachtet wurden. Der Bereich, in dem der Selbstzentrierungseffekt auftrat, konnte auf ebenen und geneigten Oberflächen eingegrenzt werden. Die Bildanalyse lieferte ferner quantitative Parameter wie die zeitliche Entwicklung des Kontaktwinkels, den maximalen Ausbreitungsdurchmesser, die Tropfenhöhe, den Gleichgewichtsdurchmesser sowie die örtliche Verschiebung des Tropfens. Die so gewonnenen Daten konnten analysiert und erfolgreich für Simulationen genutzt werden. Weiterhin ließen die Tropfenaufprallergebnisse auf chemisch strukturierte Arrays erkennen, dass die untersuchte Art der Oberflächenstrukturierung interessante Möglichkeiten für das (mehrfache) Bedrucken von Biochips bietet und so gängige Probleme während des Herstellungsprozesses vermieden werden können.
Der dritte Teil der Arbeit umfasste Versuche zur Herstellung einer biomimetischen Frauenmanteloberfläche. Mittels eines doppelten Abformansatzes konnten hydrophile elastische Polymernetzwerke erzeugt werden. Dabei wurde zunächst entweder durch Funkenerosion ein geeigneter Metallstempel erzeugt oder natürliche Frauenmantelblätter dienten als Abformvorlage. Durch Abformen der Vorlagen in Polydimethylsiloxan wurden sodann Negative der Strukturen erhalten. In diesen Negativen wurde zuletzt eine radikalische Polymerisation von HEMA mit EGBM als Vernetzer durchgeführt und ein hydrophiles, elastisches und quellbares Netzwerk der entsprechenden Dimensionen erhalten. So wurden Netzwerke mit Aspektverhältnissen von bis zu 100 erzeugt, wobei schon ab einem Aspektverhältnis von vier eine Büschelbildung der Säulen beobachtet wurde, eine Eigenschaft, welche für die Wasser abweisenden Eigenschaften der elastischen Strukturen unerlässlich ist. Wasserkontaktwinkel konnten auf den Strukturen nicht gemessen werden, da die starke Quellfähigkeit der Netzwerke zu einer sofortigen Inkorporation des Wassers führte. Um den Trend der Säulen auf das Benetzungsverhalten abzuschätzen, wurde eine Ga/In/Sn-Legierung sehr hoher Oberflächenspannung für Kontaktwinkelmessungen verwendet. Die Resultate deuteten auf eine Kontaktwinkelerhöhung durch die Mikrostruktur der Oberfläche hin. Um letztendlich das gleiche Benetzungsverhalten zu erzeugen wie auf der natürlichen Blattoberfläche, muss der optimale Vernetzungsgrad des Elastomers bestimmt und die chemische Zusammensetzung des Netzwerks verbessert werden, z. B. durch Hinzufügen eines Comonomers, so dass die Zielstrukturen sich gegenüber Wasser nur mäßig hydrophil verhalten und dennoch leicht aus der Negativform zu entfernen sind.","abstract_html":"In dieser Arbeit wurden an drei Systemen diverse Aspekte des Benetzungsverhaltens von Polymergrenzflächen unter besonderer Berücksichtigung der chemischen Funktionalisierung und der Oberflächentopographie untersucht. In zwei Systemen dienten ultradünne Polymermonolagen mit Schichtdicken im nm-Bereich zur Kompatibilisierung der Oberfläche, im dritten Fall wurden dreidimensionale strukturierte Netzwerke untersucht. <br>Die Untersuchungen zum Autophobizitätsverhalten von Polystyrolschmelzen auf Polystyrolmonolagen, die durch photochemisches Anknüpfen aufgeschleuderter Polymerketten an eine Benzophenonmonolage erhalten wurden, ergaben sowohl eine Abhängigkeit des Benetzungsverhaltens vom Molekulargewicht der kovalent gebundenen Ketten als auch vom Molekulargewicht der Polymerschmelze bei einer konstant gehaltenen Pfropfdichte von 0,8 nm-2. Dabei zeigte sich, dass das Molekulargewicht der Polymerschmelze mindestens so hoch sein muss wie das Molekulargewicht der oberflächengebundenen Ketten, damit ein autophobes Entnetzen stattfinden kann: Für oberflächengebundene Ketten mit einem Molekulargewicht von Mn = 86,3 kg/mol lag der Benetzungsübergang zwischen 10 und 100 kg/mol in Bezug auf das Molekulargewicht der Polymerschmelze, während oberflächengebundene Ketten des Molekulargewichts 545 kg/mol erst ab einem Molekulargewicht der Polymerschmelze von 2420 kg/mol entnetzten. Trotz der im Vergleich zu Polymerbürsten hohen Polydispersität der oberflächengebundenen Ketten ließ sich das Benetzungsverhalten des Systems vergleichsweise leicht kontrollieren. <br>Der zweite Teil der Arbeit umfasste Experimente zum Tropfenaufprall auf chemisch strukturierte Oberflächen. Dabei wurden hydrophile kreisförmige Bereiche hoher Benetzbarkeit mit Durchmessern im mm-Bereich, umgeben von einem Bereich niedriger Benetzbarkeit untersucht. Die strukturierten Substrate wurden durch Erzeugen einer Monolage eines Benzophenonsilans auf einer oxidischen Fläche, gefolgt von der photochemischen Anknüpfung eines Polymers definierter Hydrophilie/Hydrophobie Polymermonolagen bis zu einer Höhe von 12 nm und mit Kontaktwinkeln zwischen 56° und 111° erzeugt. In einem nachfolgenden Ablationsschritt wurde durch Auflegen einer Maske mit einer kreisförmigen Öffnung und Bestrahlen mit UV-Licht niedriger Wellenlänge das Polymer in den bestrahlten Bereichen zersetzt, so dass ein Kontaktwinkel von 20° resultierte. Ein Wassertropfen, der auf die strukturierten Substrate prallte, erfuhr einen Selbstzentrierungseffekt, wenn gewisse Randbedingungen beachtet wurden. Der Bereich, in dem der Selbstzentrierungseffekt auftrat, konnte auf ebenen und geneigten Oberflächen eingegrenzt werden. Die Bildanalyse lieferte ferner quantitative Parameter wie die zeitliche Entwicklung des Kontaktwinkels, den maximalen Ausbreitungsdurchmesser, die Tropfenhöhe, den Gleichgewichtsdurchmesser sowie die örtliche Verschiebung des Tropfens. Die so gewonnenen Daten konnten analysiert und erfolgreich für Simulationen genutzt werden. Weiterhin ließen die Tropfenaufprallergebnisse auf chemisch strukturierte Arrays erkennen, dass die untersuchte Art der Oberflächenstrukturierung interessante Möglichkeiten für das (mehrfache) Bedrucken von Biochips bietet und so gängige Probleme während des Herstellungsprozesses vermieden werden können. <br>Der dritte Teil der Arbeit umfasste Versuche zur Herstellung einer biomimetischen Frauenmanteloberfläche. Mittels eines doppelten Abformansatzes konnten hydrophile elastische Polymernetzwerke erzeugt werden. Dabei wurde zunächst entweder durch Funkenerosion ein geeigneter Metallstempel erzeugt oder natürliche Frauenmantelblätter dienten als Abformvorlage. 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Die Untersuchungen zum Autophobizitätsverhalten von Polystyrolschmelzen auf Polystyrolmonolagen, die durch photochemisches Anknüpfen aufgeschleuderter Polymerketten an eine Benzophenonmonolage erhalten wurden, ergaben sowohl eine Abhängigkeit des Benetzungsverhaltens vom Molekulargewicht der kovalent gebundenen Ketten als auch vom Molekulargewicht der Polymerschmelze bei einer konstant gehaltenen Pfropfdichte von 0,8 nm-2. Dabei zeigte sich, dass das Molekulargewicht der Polymerschmelze mindestens so hoch sein muss wie das Molekulargewicht der oberflächengebundenen Ketten, damit ein autophobes Entnetzen stattfinden kann: Für oberflächengebundene Ketten mit einem Molekulargewicht von Mn = 86,3 kg/mol lag der Benetzungsübergang zwischen 10 und 100 kg/mol in Bezug auf das Molekulargewicht der Polymerschmelze, während oberflächengebundene Ketten des Molekulargewichts 545 kg/mol erst ab einem Molekulargewicht der Polymerschmelze von 2420 kg/mol entnetzten. Trotz der im Vergleich zu Polymerbürsten hohen Polydispersität der oberflächengebundenen Ketten ließ sich das Benetzungsverhalten des Systems vergleichsweise leicht kontrollieren.
Der zweite Teil der Arbeit umfasste Experimente zum Tropfenaufprall auf chemisch strukturierte Oberflächen. Dabei wurden hydrophile kreisförmige Bereiche hoher Benetzbarkeit mit Durchmessern im mm-Bereich, umgeben von einem Bereich niedriger Benetzbarkeit untersucht. Die strukturierten Substrate wurden durch Erzeugen einer Monolage eines Benzophenonsilans auf einer oxidischen Fläche, gefolgt von der photochemischen Anknüpfung eines Polymers definierter Hydrophilie/Hydrophobie Polymermonolagen bis zu einer Höhe von 12 nm und mit Kontaktwinkeln zwischen 56° und 111° erzeugt. In einem nachfolgenden Ablationsschritt wurde durch Auflegen einer Maske mit einer kreisförmigen Öffnung und Bestrahlen mit UV-Licht niedriger Wellenlänge das Polymer in den bestrahlten Bereichen zersetzt, so dass ein Kontaktwinkel von 20° resultierte. Ein Wassertropfen, der auf die strukturierten Substrate prallte, erfuhr einen Selbstzentrierungseffekt, wenn gewisse Randbedingungen beachtet wurden. Der Bereich, in dem der Selbstzentrierungseffekt auftrat, konnte auf ebenen und geneigten Oberflächen eingegrenzt werden. Die Bildanalyse lieferte ferner quantitative Parameter wie die zeitliche Entwicklung des Kontaktwinkels, den maximalen Ausbreitungsdurchmesser, die Tropfenhöhe, den Gleichgewichtsdurchmesser sowie die örtliche Verschiebung des Tropfens. Die so gewonnenen Daten konnten analysiert und erfolgreich für Simulationen genutzt werden. Weiterhin ließen die Tropfenaufprallergebnisse auf chemisch strukturierte Arrays erkennen, dass die untersuchte Art der Oberflächenstrukturierung interessante Möglichkeiten für das (mehrfache) Bedrucken von Biochips bietet und so gängige Probleme während des Herstellungsprozesses vermieden werden können.
Der dritte Teil der Arbeit umfasste Versuche zur Herstellung einer biomimetischen Frauenmanteloberfläche. Mittels eines doppelten Abformansatzes konnten hydrophile elastische Polymernetzwerke erzeugt werden. Dabei wurde zunächst entweder durch Funkenerosion ein geeigneter Metallstempel erzeugt oder natürliche Frauenmantelblätter dienten als Abformvorlage. Durch Abformen der Vorlagen in Polydimethylsiloxan wurden sodann Negative der Strukturen erhalten. In diesen Negativen wurde zuletzt eine radikalische Polymerisation von HEMA mit EGBM als Vernetzer durchgeführt und ein hydrophiles, elastisches und quellbares Netzwerk der entsprechenden Dimensionen erhalten. So wurden Netzwerke mit Aspektverhältnissen von bis zu 100 erzeugt, wobei schon ab einem Aspektverhältnis von vier eine Büschelbildung der Säulen beobachtet wurde, eine Eigenschaft, welche für die Wasser abweisenden Eigenschaften der elastischen Strukturen unerlässlich ist. Wasserkontaktwinkel konnten auf den Strukturen nicht gemessen werden, da die starke Quellfähigkeit der Netzwerke zu einer sofortigen Inkorporation des Wassers führte. Um den Trend der Säulen auf das Benetzungsverhalten abzuschätzen, wurde eine Ga/In/Sn-Legierung sehr hoher Oberflächenspannung für Kontaktwinkelmessungen verwendet. Die Resultate deuteten auf eine Kontaktwinkelerhöhung durch die Mikrostruktur der Oberfläche hin. Um letztendlich das gleiche Benetzungsverhalten zu erzeugen wie auf der natürlichen Blattoberfläche, muss der optimale Vernetzungsgrad des Elastomers bestimmt und die chemische Zusammensetzung des Netzwerks verbessert werden, z. B. durch Hinzufügen eines Comonomers, so dass die Zielstrukturen sich gegenüber Wasser nur mäßig hydrophil verhalten und dennoch leicht aus der Negativform zu entfernen sind.","In this work, diverse aspects of the wetting behavior of three different polymer surface systems were investigated. In two systems, ultrathin polymer monolayers with layer thicknesses in the nanometer regime were used to control the surface properties. The third system comprised the preparation and investi-gation of three-dimensionally structured polymer networks.
In the first part, the autophobic behavior of polystyrene melts on polystyrene monolayers was analyzed. The monolayers were prepared by photochemical attachment of polystyrene standards on a self-assembled benzophenone monolayer. The grafting density was held constant for all experiments and amounted to = 0.8 nm-2. The results indicate a clear dependency of the wetting behavior of the molecular weight of the covalently bound chains as well as the molecular weight of the polymer melts. It was shown that the molecular weight of the polymer melt has to be at least as high as the molecular weight of the surface bound chains in order to observe autophobic dewetting. For surface-bound chains with a molecular weight of Mn = 86,3 kg/mol the wetting transition was found to be between 10 and 100 kg/mol with respect to the molecular weight of the polymer melt. Surface-bound chains with a molecular weight of 545 kg/mol only showed dewetting when covered by a polymer melt with 2420 kg/mol. In comparison with polymer brushes grown via the \"grafting-from\" method the system shows a comparatively high polydispersity. Never-theless, the wetting behavior could be controlled quite readily.
In the second part the drop impact behavior on chemically structured surfaces was studied. Hy-drophilic circular areas of high wettability surrounded by areas of low wettability were investigated. The structured substrates were prepared by self-assembly of a benzophenone monolayer on an oxidic surface, followed by photochemical attachment of a polymer with defined hydrophilicity/hydrophobicity. Follow-ing this procedure, polymer monolayers up to a height of 12 nm with contact angles between 56° and 111° were generated. In a subsequent photoablation procedure the samples were irradiated with deep UV light through a mask with a circular hole. This led to a decomposition of the polymer in the irradiated areas and a contact angle of 20° within this area. A water drop impacting on the structured substrate experienced a self centering effect. The results of the study reveal the conditions under which self centering occurred, for even and also for inclined surfaces. Using analysis software, quantitative parameters such as the temporal development of the contact angle, the maximum spreading diameter, the drop apex height, the equilibrium diameter and the drop shift could be monitored. The obtained data were analyzed and used for simula-tions. Furthermore, drop impact experiments on chemically structured arrays suggest that the proposed surface structuring can be used to circumvent some of the current problems in micro array printing appli-cations.
The third part of the work comprised experiments for the generation of a biomimetic lady's man-tle surface. Via a twofold molding approach hydrophilic elastic polymer networks were obtained. Either appropriate metal masters generated by wire electrical discharge machining or natural ladies mantle leaves served as master. Molding of the masters against PDMS resulted in the formation of an elastomeric nega-tive with the inverse master structure. Finally, a radical polymerization of HEMA with EGBM as crosslinker in the negative led to the formation of a hydrophilic, elastic and water-swellable polymer net-work with master dimensions. Following this procedure, structured polymer networks with aspect ratios of up to 100 were obtained. Already with an aspect ratio of only four bunch formation of several polymer pillars was observed which constitutes an indispensable feature for the water repellence of elastic structures. It was not possible to measure water contact angles on the structures, because the network immediately incorporated the water and became strongly swollen. In order to determine the difference between a smooth and a pillar bearing network a Ga/In/Sn alloy with a very high surface tension was used for contact angle measurements. The results indicate a higher contact angle on the microstructured surface. To eventually obtain the same wetting behavior as in the natural system the optimum crosslinking density of the elas-tomer has to be determined and the chemical composition of the network has to be improved. This might be achieved by incorporating a comonomer, so that the target structure is only moderately hydrophilic and can still be easily removed from the negative."]},{"key":"dc:format.medium","label":"Dc Format Medium","values":["application/pdf"]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Über das Benetzungsverhalten polymermodifizierter Grenzflächen","About the wetting properties of polymer modified interfaces"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor":["Rühe, Jürgen"],"dc:creator":["Mock, Ulrike"],"dc:description.abstract":["In dieser Arbeit wurden an drei Systemen diverse Aspekte des Benetzungsverhaltens von Polymergrenzflächen unter besonderer Berücksichtigung der chemischen Funktionalisierung und der Oberflächentopographie untersucht. In zwei Systemen dienten ultradünne Polymermonolagen mit Schichtdicken im nm-Bereich zur Kompatibilisierung der Oberfläche, im dritten Fall wurden dreidimensionale strukturierte Netzwerke untersucht.
Die Untersuchungen zum Autophobizitätsverhalten von Polystyrolschmelzen auf Polystyrolmonolagen, die durch photochemisches Anknüpfen aufgeschleuderter Polymerketten an eine Benzophenonmonolage erhalten wurden, ergaben sowohl eine Abhängigkeit des Benetzungsverhaltens vom Molekulargewicht der kovalent gebundenen Ketten als auch vom Molekulargewicht der Polymerschmelze bei einer konstant gehaltenen Pfropfdichte von 0,8 nm-2. Dabei zeigte sich, dass das Molekulargewicht der Polymerschmelze mindestens so hoch sein muss wie das Molekulargewicht der oberflächengebundenen Ketten, damit ein autophobes Entnetzen stattfinden kann: Für oberflächengebundene Ketten mit einem Molekulargewicht von Mn = 86,3 kg/mol lag der Benetzungsübergang zwischen 10 und 100 kg/mol in Bezug auf das Molekulargewicht der Polymerschmelze, während oberflächengebundene Ketten des Molekulargewichts 545 kg/mol erst ab einem Molekulargewicht der Polymerschmelze von 2420 kg/mol entnetzten. Trotz der im Vergleich zu Polymerbürsten hohen Polydispersität der oberflächengebundenen Ketten ließ sich das Benetzungsverhalten des Systems vergleichsweise leicht kontrollieren.
Der zweite Teil der Arbeit umfasste Experimente zum Tropfenaufprall auf chemisch strukturierte Oberflächen. Dabei wurden hydrophile kreisförmige Bereiche hoher Benetzbarkeit mit Durchmessern im mm-Bereich, umgeben von einem Bereich niedriger Benetzbarkeit untersucht. Die strukturierten Substrate wurden durch Erzeugen einer Monolage eines Benzophenonsilans auf einer oxidischen Fläche, gefolgt von der photochemischen Anknüpfung eines Polymers definierter Hydrophilie/Hydrophobie Polymermonolagen bis zu einer Höhe von 12 nm und mit Kontaktwinkeln zwischen 56° und 111° erzeugt. In einem nachfolgenden Ablationsschritt wurde durch Auflegen einer Maske mit einer kreisförmigen Öffnung und Bestrahlen mit UV-Licht niedriger Wellenlänge das Polymer in den bestrahlten Bereichen zersetzt, so dass ein Kontaktwinkel von 20° resultierte. Ein Wassertropfen, der auf die strukturierten Substrate prallte, erfuhr einen Selbstzentrierungseffekt, wenn gewisse Randbedingungen beachtet wurden. Der Bereich, in dem der Selbstzentrierungseffekt auftrat, konnte auf ebenen und geneigten Oberflächen eingegrenzt werden. Die Bildanalyse lieferte ferner quantitative Parameter wie die zeitliche Entwicklung des Kontaktwinkels, den maximalen Ausbreitungsdurchmesser, die Tropfenhöhe, den Gleichgewichtsdurchmesser sowie die örtliche Verschiebung des Tropfens. Die so gewonnenen Daten konnten analysiert und erfolgreich für Simulationen genutzt werden. Weiterhin ließen die Tropfenaufprallergebnisse auf chemisch strukturierte Arrays erkennen, dass die untersuchte Art der Oberflächenstrukturierung interessante Möglichkeiten für das (mehrfache) Bedrucken von Biochips bietet und so gängige Probleme während des Herstellungsprozesses vermieden werden können.
Der dritte Teil der Arbeit umfasste Versuche zur Herstellung einer biomimetischen Frauenmanteloberfläche. Mittels eines doppelten Abformansatzes konnten hydrophile elastische Polymernetzwerke erzeugt werden. Dabei wurde zunächst entweder durch Funkenerosion ein geeigneter Metallstempel erzeugt oder natürliche Frauenmantelblätter dienten als Abformvorlage. Durch Abformen der Vorlagen in Polydimethylsiloxan wurden sodann Negative der Strukturen erhalten. In diesen Negativen wurde zuletzt eine radikalische Polymerisation von HEMA mit EGBM als Vernetzer durchgeführt und ein hydrophiles, elastisches und quellbares Netzwerk der entsprechenden Dimensionen erhalten. So wurden Netzwerke mit Aspektverhältnissen von bis zu 100 erzeugt, wobei schon ab einem Aspektverhältnis von vier eine Büschelbildung der Säulen beobachtet wurde, eine Eigenschaft, welche für die Wasser abweisenden Eigenschaften der elastischen Strukturen unerlässlich ist. Wasserkontaktwinkel konnten auf den Strukturen nicht gemessen werden, da die starke Quellfähigkeit der Netzwerke zu einer sofortigen Inkorporation des Wassers führte. Um den Trend der Säulen auf das Benetzungsverhalten abzuschätzen, wurde eine Ga/In/Sn-Legierung sehr hoher Oberflächenspannung für Kontaktwinkelmessungen verwendet. Die Resultate deuteten auf eine Kontaktwinkelerhöhung durch die Mikrostruktur der Oberfläche hin. Um letztendlich das gleiche Benetzungsverhalten zu erzeugen wie auf der natürlichen Blattoberfläche, muss der optimale Vernetzungsgrad des Elastomers bestimmt und die chemische Zusammensetzung des Netzwerks verbessert werden, z. B. durch Hinzufügen eines Comonomers, so dass die Zielstrukturen sich gegenüber Wasser nur mäßig hydrophil verhalten und dennoch leicht aus der Negativform zu entfernen sind.","In this work, diverse aspects of the wetting behavior of three different polymer surface systems were investigated. In two systems, ultrathin polymer monolayers with layer thicknesses in the nanometer regime were used to control the surface properties. The third system comprised the preparation and investi-gation of three-dimensionally structured polymer networks.
In the first part, the autophobic behavior of polystyrene melts on polystyrene monolayers was analyzed. The monolayers were prepared by photochemical attachment of polystyrene standards on a self-assembled benzophenone monolayer. The grafting density was held constant for all experiments and amounted to = 0.8 nm-2. The results indicate a clear dependency of the wetting behavior of the molecular weight of the covalently bound chains as well as the molecular weight of the polymer melts. It was shown that the molecular weight of the polymer melt has to be at least as high as the molecular weight of the surface bound chains in order to observe autophobic dewetting. For surface-bound chains with a molecular weight of Mn = 86,3 kg/mol the wetting transition was found to be between 10 and 100 kg/mol with respect to the molecular weight of the polymer melt. Surface-bound chains with a molecular weight of 545 kg/mol only showed dewetting when covered by a polymer melt with 2420 kg/mol. In comparison with polymer brushes grown via the \"grafting-from\" method the system shows a comparatively high polydispersity. Never-theless, the wetting behavior could be controlled quite readily.
In the second part the drop impact behavior on chemically structured surfaces was studied. Hy-drophilic circular areas of high wettability surrounded by areas of low wettability were investigated. The structured substrates were prepared by self-assembly of a benzophenone monolayer on an oxidic surface, followed by photochemical attachment of a polymer with defined hydrophilicity/hydrophobicity. Follow-ing this procedure, polymer monolayers up to a height of 12 nm with contact angles between 56° and 111° were generated. In a subsequent photoablation procedure the samples were irradiated with deep UV light through a mask with a circular hole. This led to a decomposition of the polymer in the irradiated areas and a contact angle of 20° within this area. A water drop impacting on the structured substrate experienced a self centering effect. The results of the study reveal the conditions under which self centering occurred, for even and also for inclined surfaces. Using analysis software, quantitative parameters such as the temporal development of the contact angle, the maximum spreading diameter, the drop apex height, the equilibrium diameter and the drop shift could be monitored. The obtained data were analyzed and used for simula-tions. Furthermore, drop impact experiments on chemically structured arrays suggest that the proposed surface structuring can be used to circumvent some of the current problems in micro array printing appli-cations.
The third part of the work comprised experiments for the generation of a biomimetic lady's man-tle surface. Via a twofold molding approach hydrophilic elastic polymer networks were obtained. Either appropriate metal masters generated by wire electrical discharge machining or natural ladies mantle leaves served as master. Molding of the masters against PDMS resulted in the formation of an elastomeric nega-tive with the inverse master structure. Finally, a radical polymerization of HEMA with EGBM as crosslinker in the negative led to the formation of a hydrophilic, elastic and water-swellable polymer net-work with master dimensions. Following this procedure, structured polymer networks with aspect ratios of up to 100 were obtained. Already with an aspect ratio of only four bunch formation of several polymer pillars was observed which constitutes an indispensable feature for the water repellence of elastic structures. It was not possible to measure water contact angles on the structures, because the network immediately incorporated the water and became strongly swollen. In order to determine the difference between a smooth and a pillar bearing network a Ga/In/Sn alloy with a very high surface tension was used for contact angle measurements. The results indicate a higher contact angle on the microstructured surface. To eventually obtain the same wetting behavior as in the natural system the optimum crosslinking density of the elas-tomer has to be determined and the chemical composition of the network has to be improved. This might be achieved by incorporating a comonomer, so that the target structure is only moderately hydrophilic and can still be easily removed from the negative."],"dc:format.medium":["application/pdf"],"dc:subject":["polymermodifizierte Oberflächen","wetting","interface","surface","polymer"],"dc:title":["Über das Benetzungsverhalten polymermodifizierter Grenzflächen","About the wetting properties of polymer modified interfaces"],"dc:type":["DoctoralThesis"]},"updated_at":"2026-07-24T02:22:22Z"}