Ultraschallspektroskopische und rheologische Charakterisierung von konzentrierten o/w-Emulsionen mit Stabilisatoren
Creators: name: Boetcher, Uwe
Publisher: name: Technische Universität Dortmund
Year: 2009
Subjects: subject: Emulsion
subject: Ultraschallspektroskopie
subject: Rheologie
subject: DT-1200
subject: PIT Emulsion
subject: Schallgeschwindigkeit
subject: Schalldämpfung
subject: 540

description: Die Messung der Teilchengrößenverteilung und des Zetapotenzials von konzentrierten Emulsionen stellt messtechnisch eine nicht geringe Herausforderung dar. Eine große Anzahl von Messtechniken benötigt eine Verdünnung der Systeme. Diese kann aber zu ungewünschten Prozessen führen, die das Messergebnis verfälschen: Flokkulation oder Koaleszenz seien hier als Beispiel genannt. Auch können dadurch die Ladungsverteilungen und somit Interpartikelwechselwirkungen und das Zetapotenzial -ein wichtiger Stabilitätsparameter disperser Systemeverändert werden. Die hier untersuchten o/w-Emulsionen mit bzw. ohne Stabilisator konnten mithilfe der Ultraschallspektroskopie bis zu Konzentrationen von etwa 50 Gew.-% charakterisiert werden. Sie kann mittlerweile als gut validiert, aber im Vergleich zu optischen Methoden noch als deutlich unterrepräsentiert angesehen werden. Es gibt seitens der Messtechnik unterschiedlich realisierte Varianten der angewendeten Wellentypen und der Detektorenanordnung. Das in dieser Arbeit eingesetzte Verfahren nutzt Tone-Burst-Wellen bei linearer Anordnung von Sender und Empfänger. Zusätzlich wurde mit rheologischen Experimenten speziell im hochkonzentrierten Bereich der Einfluss der Teilchengröße auf die Fliesseigenschaften untersucht. Zu diesem Zweck wurden einfache o/w-Modellemulsionen mit bzw. ohne Zusatz wasserlöslicher Polymere formuliert. Beide Typen finden in vielen Industriezweigen Anwendung. Rheologische Experimente liefern ebenso Informationen mit praxisrelevantem Bezug. Dabei hat nicht nur die Auswahl der verwendeten Inhaltsstoffe und deren Menge, sondern auch der Dispersitätsgrad einen Einfluss auf die Fließeigenschaften von Emulsionen. Durch ergänzende Messung der elektrischen Leitfähigkeit der Dispersion und der Schallgeschwindigkeit eröffnen sich mit der Vielzahl der daraus gewonnenen Parameter Einblicke in die Dicke der Doppelschicht, das Überlappungsvolumen, die die Oberflächenleitfähigkeit der Teilchen charakterisierende DUKHIN-Zahl und die MAXWELL-WAGNER-Frequenz. In jüngster Zeit wurde auch seitens der Messtechnik die seit STOKES bekannte direkte Verbindung von akustischen Messergebnissen mit rheologischen Größen geschaffen. Damit sind beispielsweise die Volumenviskosität und Informationen über die Viskoelastizität von Flüssigkeiten über akustische Daten zugänglich.
description: Measurement of the particle size distribution and zeta-potential of concentrated emulsions is quite a challenge. A huge amount of possible techniques is just able to measure non-concentrated systems. But thinning can lead to unwanted processes like flocculation or coalescence. Also changes in the distribution of the ions will probably occur, so the particle-particle interactions and the zeta-potential can be affected. The investigated o/w-emulsions with or without stabilizer could be characterized with the ultrasonic spectroscopy up to concentrations of about 50 wt.-%. This method is good validated but still not wide spread in laboratories. There are different possibilities to build up the detectors and the type of the acoustic waves within this method. The tone-burst-method is used here with a linear arrangement of sender and detector. Additionally the influence of the particle size on the rheological behaviour was studied for the high loaded emulsions. Therefore easy o/w-„model“-emulsions with or without water soluble polymers were formulated. Both of them are used in many different branches of industry. Rheological experiments are also able to give information of practical relevance. Not only the different components and their amount but also the mean particle size and the polydispersity influence their rheological behaviour here. Measurement of electrical conductivity and sound speed led to insights in the thickness of the double layer, overlap volume, surface conductivity (DUKHIN-number) and MAXWELL-WAGNER frequency. Since STOKES it is known that there is a direct connection between acoustics and rheology. But just since a few years this knowledge has been used from the technical point of view and now it is possible to compute for example bulk-viscosity and viscoelastic information from acoustic data.