Rheology and Fourier-transform rheology on water-based systems

The influence of shear fields on water-based systems was investigated within this thesis. The non-linear rheological behaviour of spherical and rod-like particles was examined with Fourier-Transform rheology under LAOS conditions. As a model system for spherical particles two different kinds of polystyrene dispersions, with a solid content higher than 0.3 each, were synthesised within this work. Due to the differences in polydispersity and Debye-length, differences were also found in the rheology. In the FT-rheology both kinds of dispersions showed a similar rise in the intensities of the magnitudes of the odd higher harmonics, which were predicted by a model. The in some cases additionally appearing second harmonics were not predicted. A novel method to analyse the time domain signal was developed, that splits the time domain signal up in four characteristic functions. Those characteristic functions correspond to rheological phenomena. In some cases the intensities of the Fourier components can interfere negatively. FD-virus particles were used as a rod-like model system, which already shows a highly non-linear behaviour at concentrations below 1. % wt. Predictions for the dependence of the higher harmonics from the strain amplitude described the non-linear behaviour well at large, but no so good at small strain amplitudes. Additionally the trends of the rheological behaviour could be described by a theory for rod-like particles. An existing rheo-optical set-up was enhanced by reducing the background birefringence by a factor of 20 and by increasing the time resolution by a factor of 24. Additionally a combination of FT-rheology and rheo-optics was achieved. The influence of a constant shear field on the crystallisation process of zinc oxide in the presence of a polymer was examined. The crystallites showed a reduction in length by a factor of 2. The directed addition of polymers in combination with a defined shear field can be an easy way for a defined change of the form of crystallites.In dieser Arbeit wurde der Einfluß von mechanischen Scherfeldern auf wasserbasierte Systeme untersucht. Das nichtlineare rheologische Verhalten von kugel- und stäbchenförmigen Modellsystemen wurde mit Hilfe der FT-Rheologie unter LAOS Bedingungen analysiert. Als kugelförmige Modellsysteme dienten zwei Arten von Polystyroldispersionen mit einem Feststoffgehalt größer 0,3, die im Rahmen dieser Arbeit synthetisiert wurden. Aufgrund der Differenzen in Polydispersität und Debye-Länge wurden Unterschiede in der Rheologie gefunden. Die FT-Rheologie zeigte in beiden Arten der Dispersionen ein vergleichbares Ansteigen in den Magnituden der ungeraden Obertöne mit der Scheramplitude, die durch ein Modell vorhergesagt werden konnten. Die teilweise zusätzlich auftretenden geraden Obertöne wurden jedoch nicht vorhergesagt. Eine neuartige Methode zur Analyse der Zeitsignale wurde entwickelt, die das Zeitsignal in bis zu vier charakteristische Funktionen aufspaltet. Diese entsprechen rheologischen Phänomenen. Eine Separation des Zeitsignals in diese Funktionen wurde erfolgreich durchgeführt. Die Intensitäten der Fourierkomponenten verschiedender charakteristischer Funktionen können sich negativ überlagern. Als stäbchenförmiges Modellsystem dienten Dispersionen des FD-Virus, welche schon bei geringen Konzentrationen von 1 < % Gew. hohe Nichtlinearitäten zeigen. Vorhersagen zur Abhängigkeit der Obertöne von der Scheramplitude beschreiben das nichtlineare Verhalten gut bei großen, jedoch schlecht bei kleinen Scheramplituden. Zusätzlich konnte das rheologischen Verhalten in Trends durch eine Theorie für stäbchenförmige Partikel beschrieben werden. Ein vorhandenes rheooptisches Setup wurde durch die Korrektur der Doppelbrechung des Hintergrundes um einen Faktor 20 in der Doppelbrechung und um einen Faktor 24 in der Zeit verbessert. Gleichzeitig wurde die Kombination von FT-Rheologie und Rheooptik erreicht. Es wurde die Kristallisation von Zinkoxid unter Einfluß eines konstanten Scherfeldes in Gegenwart eines Polymers mit hohem Molekulargewicht untersucht. Die Kristallite zeigten eine Reduktion der Länge um den Faktor 2. Die gezielte Zugabe von Polymeren in Kombination mit Verscherung ist ein einfacher Weg zur definierten Änderung von Kristallformen