Kommt es während der Trocknung von dünnen Polymerbeschichtungen zu einer Inhomogenität im Feld der Temperatur- und der Konzentrationsverteilung so kann dies Oberflächendeformationen nach sich ziehen.

Eine Als Grundlage und Ansatz für die experimentelle und die analytische Untersuchung des Phänomens dient die Arbeitshypothese, dass die beobachtbare Oberflächenstrukturierung aufgrund von Konvektionsvorgängen erfolgt. Theoretische Vorbetrachtungen lassen den Schluss zu, dass bei den betrachteten Schichtdicken (unter 1 mm) als treibende Kraft für die Konvektion nur Kräfte in Frage kommen können, die auf Gradienten in der Oberflächenspannung (Marangoni-Konvektion) zurückzuführen sind.

Auf dem Weg die herrschenden Mechanismen zu verstehen, wurden bei erzwungen inhomogener Trocknung die sich einstellenden Oberflächenverformungen mit einer optischen Messmethode (s. Abb.1) visualisiert.

Das Ziel des aktuellen Forschungsvorhabens ist es, basierend auf den experimentellen Betrachtungen (s. Abb.2) ein analytisches Modell zu entwickeln, mit dem das zu beschreibende System, falls nötig zwar vereinfacht, jedoch unter physikalischen Gesichtspunkten korrekt, abgebildet werden kann. Neben der Berücksichtigung des Stofftransportes und der Oberflächenspannung stellt die Auflösung der Phasengrenzfläche in diskreter Form eine der größten Heraus-forderungen dar. Hierzu soll ein FEM-Solver verwendet werden, der in der Lage ist mit einer adaptiven Diskretisierung des Rechengebietes umzugehen.

Abbildung 2 3D-Visualisierung der Deformation einer Polymerfilmoberfläche während der Trocknung¹⁾

1) Joachim Krenn