Mit Benetzung wird das Verhalten von Flüssigkeiten bezeichnet mit Festkörperoberflächen oder anderen Flüssigkeiten in Kontakt zu treten. Es ist ein vielfältig beobachtbares Phänomen in natürlichen wie auch in technischen Prozessen. Effiziente Benetzung ist entscheidend für Prozesse wie beispielsweise dem Lackieren, Beschichten, Drucken oder auch der Arzneimittelapplikation. Tenside (von lat. tensus gespannt) sind amphiphile Substanzen, die die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten herabsetzen können. Die Zugabe von Tensiden ist eine gängige Methode um die Benetzungseigenschaften von Flüssigkeiten zu verbessern. In den sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts wurde die Bedeutung spezieller Trisiloxane für die Formulierung wasserlöslicher Pestizide erkannt, da sie die Benetzungseigenschaften auf Pflanzenblättern verbesserten. Solche Tenside, die die Benetzung beschleunigen und intensivieren sind unter dem Begriff Superspreader bekannt und das Phänomen dieser verbesserten Benetzung als Superspreading.

Vielfältige Untersuchungen wurden durchgeführt, um die besonderen Eigenschaften und die zugrundeliegenden Mechanismen dieser Tenside zu entschlüsseln. Es wurde erkannt, daß die Fläche, die diese Tenside benetzten, in den ersten Sekunden linear zunimmt. Die höchste Geschwindigkeit wurde dabei bei einer bestimmten Konzentration gefunden. Im Laufe der Zeit wurde die molekulare Struktur sowie das Aggregationsverhalten der Trisiloxane in Lösung für dieses Verhalten verantwortlich gemacht. Als treibende Kraft wurde der Gradient der Oberflächenspannung über der sich ausbreitenden Tropfenoberfläche angeführt, der bei diesen Tensiden einen längeren Bestand hat als bei anderen Tensiden, die diese Eigenschaft nicht ausweisen. Die meisten der bisherigen Untersuchungen wurden mit Filmaufnahmen mit relativ geringer zeitlicher Auflösung (ca. 500 Bilder pro Sekunde oder geringer) durchgeführt, wobei gerade die erste Phase der Benetzung mit einer Zeitauflösung im Millisekunden-Bereich für das Verständnis des Verhaltens wesentlich ist. Es erlaubt zu erkennen, wann Tenside beginnen eine Rolle zu spielen und welche grundlegenden Prozesse im Hintergrund ablaufen. Vornehmliches Ziel diese experimentelle Arbeit ist es, Licht in die erste Phase der Benetzung von hydrophoben Festkörpern und wäßrigen Grenzschichten zu bringen. Zu diesem Zweck wurden Untersuchungen mit unterschiedlichen Tensiden und Oberflächen durchgeführt. Das besondere Verhalten der Superspreader wurde dabei systematisch untersucht, wobei die den Gradienten der Oberflächenspannung beeinflussenden Parameter, wie Tensidkonzentration und relative Feuchtigkeit variiert wurden.

Die Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit wurden mit einer Videokamera durchgeführt, die eine zeitliche Auflösung von bis zu 0.02 Millisekunden ermöglicht. Es zeigte sich, daß die Benetzung von tensidhaltigen Tropfen auf hydrophoben Oberflächen mit einer, zwei oder drei Phasen beschrieben werden kann, abhängig von den physikalischen und chemischen Eigenschaften der verwendeten Tenside und Oberflächen. Tenside beeinflussen nicht die allererste Phase der Benetzung; diese ist im wesentlichen trägheitsdominiert. Nach einer charakteristischen Zeitpanne erfolgt ein Übergang von trägheitsdominiert zu viskosedominiert. Diese Phase wird durch die Tenside beeinflußt, auch sie hat eine charakteristische Dauer. Im Falle von Superspreading wird eine weitere, dritte Phase beobachtet. Federführend in dieser Phase ist der Gradient der Oberflächenspannung, welcher durch die Dynamik der Oberflächenspannung des sich ausbreitenden Tropfens beeinflußt wird. Diese Dynamik ist abhängig von der Tensidkonzentration, der relativen Luftfeuchtigkeit sowie der Benetzbarkeit der Oberfläche. Es zeigte sich, daß das Phänomen des Superspreading nur auftritt, wenn die Benetzbarkeit der Oberfläche in einem bestimmten Bereich liegt. Auf wäßrigen Oberflächen verhalten sich Superspreader und Nicht-Superspreader vergleichbar.

Diese Arbeit füllt eine Lücke bisheriger Untersuchungen – die frühe Phase der Benetzungsdynamik von Tensidlösungen. Es wurden unterschiedliche Phasen der Benetzung gefunden, die unterschiedliche charakteristische Zeiten aufweisen. Der Zeitpunkt, ab wann Tenside im Benetzungprozeß eine Rolle spielen, konnte bestimmt werden. Diese Arbeit untermauert die These, daß der Gradient der Oberflächenspannung die treibende Kraft in der Phase der Benetzung ist, die mit Superspreading beschrieben wird. Die Ergebnisse bieten eine solide Grundlagen für ein besseres Verständnis des durch Tenside verbesserten Benetztens und sogenanntes Superspreading. Sie können als Grundlage dienen, praktische Anwendungen zu generieren, wie beispielsweise bei der Schädlingsbekämpfung in der Argrarwirtschaft. Durch den Einsatz von entsprechenden Tensiden unter entsprechenden Randbedingungen könnte das Benetzungsverhalten verbessert und somit der Aufwand gemindert werden.