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Emulsionen und Dispersionen

Grenzflächenchemische Methoden zur Mischbarkeit und Stabilität

Bei Emulsionen und Dispersionen werden Produkteigenschaften wie die Größe und Stabilität der Partikel oder Tröpfchen, aber auch Trennverhalten wie Ausflocken oder Aufrahmen durch Benetzbarkeit und Grenzflächenspannung bestimmt. Zur Bildung und Stabilisierung der Gemische werden vielfach Tenside eingesetzt. Unsere Instrumente tragen zur Tensidcharakterisierung und zur grenzflächenchemischen Optimierung der Produkte bei. 

Typische Produktbereiche für Emulsionen und Dispersionen

  • Farben, Lacke, Tinten
  • Kosmetika
  • Fett-Wasser-Gemische in Lebensmitteln
  • Pharmazeutika
  • Kühl- und Schmierstoffe
  • Agrochemikalien

Charakterisierung von Emulgatoren

Tenside als Emulgatoren setzen die Grenzflächenspannung zwischen Fett/Öl und Wasser herab. Auf diese Weise ermöglichen sie die Bildung kleinerer Tröpfchen und reduzieren den mechanischen Aufwand beim Mischen. Zusätzlich verhindern oder verlangsamen sie, häufig im Zusammenspiel mit dispergierten Partikeln, destabilisierende Vorgänge wie das Zusammenfließen der Tröpfchen (Koalieren). Unsere Kraftsensor-Tensiometer bieten Methoden zur Tensidcharakterisierung:

  • Direkte Messung der Grenzflächenspannung zwischen den zu mischenden Phasen
  • Messung der Oberflächenspannung von Tensidlösungen
  • Messung der kritischen Mizellbildungskonzentration (CMC)

Bildung stabiler Öl-Wasser-Gemische in Form von Mikroemulsionen

Mikroemulsionen sind transparente, thermodynamisch stabile Öl-Wasser-Gemische, die mit Hilfe mindestens zweier Tenside gebildet werden. In dem engen Temperatur- oder Konzentrationsbereich für die Herstellung einer Mikroemulsion sinkt die Grenzflächenspannung um mehrere Zehnerpotenzen. In diesem untersten Messbereich arbeitet unser Spinning Drop Tensiometer – SITE100.

Einige technische Anwendungen von Mikroemulsionen sind:

  • Tertiäre Erdölförderung
  • Transport fettlöslicher Medikamente im Körper (Bioverfügbarkeit)
  • Lösungsmittelfreie Entfettung, zum Beispiel von Tierhäuten

Untersuchungen der Dispergierbarkeit von Pulvern

Bei Fest-flüssig-Dispersionen hängen die Verteilung und die Neigung zum Ausflocken von den Oberflächeneigenschaften der festen und flüssigen Phase ab. Unsere Messinstrumente charakterisieren Tenside, die zur Verbesserung der Benetzung und Stabilität eingesetzt werden.

Ergänzend wird die freie Oberflächenenergie des Pulvers anhand des Kontaktwinkels mit der Washburn-Methode gemessen. Zusätzliche Berechnungen der Benetzungsenthalpie helfen dabei, die Oberflächeneigenschaften des Pulvers und der Flüssigkeit aufeinander abzustimmen.

Die direkte Qualitätskontrolle einer fertigen Dispersion durch Messung der Sedimentationsgeschwindigkeit gehört zum Methodenumfang unseres Force Tensiometer – K100.

Dynamische Messung für schnelle Mischvorgänge

Bei hohen Prozessgeschwindigkeiten müssen Tenside als Emulgatoren und Dispergiermittel die Grenzfläche schnell erreichen und dort wirken. Deshalb werden Informationen über die Beweglichkeit eines Tensids und die für die Wirkung erforderliche Zeit benötigt. Unsere  mobilen und stationären Bubble Pressure Tensiometer – BP50 und BP100 sowie unser Drop Volume Tensiometer – DVT50 messen dazu die dynamische Ober- oder Grenzflächenspannung in einem großen Geschwindigkeitsbereich.

KRÜSS Applikationsberichte

AR276: Grenzflächenrheologische Messungen an Erdölemulsionen

Bei der Ölförderung entstehen Öl/Wasser-Emulsionen. Diese werden mit Hilfe von Demulgatoren gebrochen, um Korrosion und die Viskosität beim Pumpen zu reduzieren. Grenzflächenrheologische Analysen von Asphaltenen zeigen, wie die Qualität von Demulgatoren anhand des Speichermoduls E‘ vorhergesagt werden kann. Die Ergebnisse für verschiedene Demulgatoren korrelierten mit deren Effizienz hinsichtlich Entwässerung und Pumpleistungsreduktion.

AR224: Prognosen zur Dispergierbarkeit im Praxistest

Die freie Oberflächenenergie von verschieden gecoateten Rußpartikeln und verschiedenen Kunststoffen wird gemessen. Der jeweilige Grad der Mischbarkeit in der Schmelze wird anhand berechneter Adsorptionsenthalpien vorhergesagt und durch Rührversuche bestätigt.

AR209: Evaluating the Efficacy of Lignosulphonates as Dispersing agents

Lehmsuspensionen werden mit Lösungen verschiedener Lignosulfonate stabilisiert. Die Qualität der Proben als Dispergiermittel wird anhand von Sedimentationsmessungen überprüft.