Hohe Geschwindigkeiten sind ein maßgeblicher Faktor für die Effizienz technischer Prozesse wie Drucken, Pumpen, Lackieren oder Schäumen. Doch oft wirken die verarbeiteten Stoffe und Additive wie Bremsklötze: Sie zeigen bei hohen Geschwindigkeiten unerwünschte Oberflächenphänomene, die zum Beispiel zu schlechter Benetzung, ungewollter Schaumbildung oder auch zur Instabilität hergestellter Schäume oder Emulsionen führen. Die Untersuchung grenzflächenrheologischer Eigenschaften mit dem neuen EDM/ODM-Modul für das Messsystem DSA100 hilft die Probleme in den Griff zu bekommen.

Anders als bei reinen Flüssigkeiten ändert sich die Oberflächenspannung von Tensid- oder Polymerlösungen bei der Dehnung einer Oberfläche, um erst nach einiger Zeit wieder einen Gleichgewichtswert einzunehmen. Der Grund dafür liegt in der geringen Mobilität der großen Moleküle. Diese Änderung der Oberflächenspannung hängt zum einen vom Grad der Flächenänderung, zum anderen von der Dehnungsgeschwindigkeit ab. In der Grenzflächenrheologie werden beide Phänomene getrennt betrachtet: die Abhängigkeit von dem Grad der Dehnung bezeichnet man als Grenzflächenelastiziztät, die Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Dehnung als Grenzflächenviskosität.

Und beide Kenngrößen können mit dem neuen EDM/ODM-Modul für das DSA100 gemessen werden. Durch Volumenänderung wird die Oberfläche eines runden Tropfens oszillierend variiert. Der Schwingung können bei veränderlicher Frequenz und Amplitude mehrere Wellenformen unterlegt werden, deren wichtigste die Sinusschwingung ist. Die Antwort des Systems wird auf zweierlei Weise gemessen: Durch Auswertung des Drucksignals für die Volumenänderung und durch optische Analyse der Änderungen des Tropfenbildes, das mit einer Kamera aufgezeichnet wird. Als oberflächenrheologische Daten erhält man den Verlustmodul, der die viskosen Eigenschaften beschreibt, und den Speichermodul als elastische Kenngröße.

Als weitere Messmethode ist die EDM-Messung – „E“ für „Expanding“ – in das Modul integriert. Ein Tropfen wird schnell gedehnt oder kontrahiert und dann in seiner Größe belassen. Gemessen wird die zeitliche Änderung der Oberflächenspannung, also die Relaxation des Systems. Man erhält daraus Auskünfte über die Mobilität und das Adsorptionsverhalten der gelösten Moleküle.

Mit Kenntnis grenzflächenrheologischer Eigenschaften kann das dynamische Verhalten eines Systems gezielt und auf Grundlage molekularer Kenngrößen beeinflusst werden.