Grenzflächenrheologie: neues Instrument zur Analyse oszillierender Tropfen von Tensidlösungen

Drop Shape Analyzer – DSA30R zur Untersuchung dynamischer Grenzflächenvorgänge für Schäume und Emulsionen auf der ACHEMA

  • Schnelle, einfache und optimal wiederholbare Messdurchführung mit hohem Automationsgrad
  • Untersuchung oszillierender, hängender Tropfen in weitem Frequenz- und Temperaturbereich

Hamburg, 3. Mai 2018 – Auf der ACHEMA vom 11. bis 15. Juni in Frankfurt präsentiert KRÜSS ein neu entwickeltes Messinstrument für die Grenzflächenrheologie, den Drop Shape Analyzer – DSA30R. Das Gerät erfasst die Änderung der Ober- oder Grenzflächenspannung (OFS/GFS) im Zuge der Deformation einer der Phasengrenze. In der Praxis kommt es zu solchen Deformationen immer dann, wenn tensidhaltige, mehrphasige Stoffgemische wie Schäume oder Emulsionen hergestellt, verarbeitet oder befördert werden – mit unterschiedlichen Auswirkungen auf deren Stabilität. Das DSA30R gibt wissenschaftliche Parameter an die Hand, um dynamische Grenzflächenvorgänge zu beschreiben und das Stabilitätsverhalten zu optimieren. Interessant ist der Einsatz etwa für die Lebensmittel- oder Kosmetikindustrie sowie für die tertiäre Erdölförderung.

Elastizität und Viskosität der Grenzfläche anhand eines schwingenden Tropfens

Das grundlegende Messprinzip des DSA30R, die Bildauswertung eines an einer Nadel hängenden Tropfens (Pendant Drop), ist eine schon länger von KRÜSS genutzte, elegante Messmethode für die GFS/OFS. Die wesentliche Leistung des neuen Instruments besteht darin, die Tropfenoberfläche durch äußerst präzise Steuerung des Dosiervorschubs zyklisch und exakt sinusförmig zu verändern. Die GFS/OFS wird abhängig von der Oberflächenänderung gemessen und verläuft bei tensidhaltigen Proben ebenfalls sinusförmig. Aus der Auswertung resultieren der Elastizitätsmodul E‘ und der Viskositätsmodul E‘‘. E‘ geht mit der Änderung der Oberflächenkonzentration des Tensids durch die Dehnung und Stauchung einher; E‘‘ gibt die zeitliche Änderung der GFS/OFS durch Diffusion und Grenzflächenadsorption des gelösten Tensids wieder.

Schnelle und einfache Messdurchführung mit hoher Wiederholbarkeit

Bisher lag es vor allem an aufwändigen Versuchsabläufen mit entsprechend geringem Probendurchsatz, dass trotz der aufschlussreichen Ergebnisse die Grenzflächenrheologie noch nicht im großen Stil in der Forschung und Entwicklung eingesetzt wurde. Mit vielen Vereinfachungen des DSA30R bei der Vorbereitung und Messung bis hin zur Auswertung sollte sich das jetzt ändern. Die Probe wird in eine handelsübliche Glasspritze gefüllt, die mit wenigen Handgriffen eingesetzt und vollautomatisch an den Dosiervorschub gekoppelt wird. Luftblasen im Dosiersystem, die bei der Grenzflächenrheologie in der Vergangenheit eine häufige Fehlerquelle waren, lassen sich beim DSA30R bequem vermeiden.

Den gesamten Messablauf, von der Dosierung des Tropfens über die definierte Schwingung des Volumens bis hin zur Ausgabe der Ergebnisparameter, steuert ein einfach zu erstellendes Automationsprogramm der ADVANCE Software. Durch das Wegfallen vieler manueller Schritte und die genaue Vorgabe aller Dosier- und Oszillationsparameter ist für optimale Wiederholbarkeit und benutzerunabhängige Resultate gesorgt.

Analyse verschiedener Zweiphasensysteme in großem Frequenz- und Temperaturbereich

Das DSA30R ermöglicht Tropfenanalysen in Luft zur Messung der OFS oder in einer umgebenden Flüssigkeit für die GFS. Der Tropfen kann auch aufsteigend in einer schweren Phase untersucht werden, um etwa Rohöl oder Asphaltenlösungen in wässriger Umgebung zu untersuchen. Der große Frequenzbereich von 0,001 bis 20 Hz für die Tropfenschwingung erlaubt Analysen von extrem langsamen bis hin zu sehr schnellen Grenzflächenvorgängen.

Um den Einfluss der Temperatur zu untersuchen oder Messungen an höherviskosen Systemen zu erleichtern, wird die Spritze für Messungen bis 70 °C in einen temperierbaren Mantel eingebettet, wobei die umgebende Phase ebenfalls temperiert werden kann. Die Software ADVANCE für das DSA30R liest Daten des präzisen Sensors aus und dokumentiert den Temperaturverlauf während der gesamten Messung. 

Alternativ zum DSA30R als vorkonfiguriertes Messinstrument ist auch das Oscillating Drop Module – ODM für die Grenzflächenrheologie als Zubehör erhältlich, um den Funktionsumfang bestehender KRÜSS Messsysteme zu erweitern. Das DSA30R mit der Software ADVANCE wird KRÜSS auf der ACHEMA am Stand D77 in Halle 4.1 zusammen mit weiteren Neuheiten im Bereich der Grenzflächenchemie vorstellen.

Grenzflächenrheologie: neues Instrument zur Analyse oszillierender Tropfen von Tensidlösungen

Drop Shape Analyzer – DSA30R für grenzflächenrheologische Messungen an oszillierenden Tropfen

Pressekontakt: pr@kruss.de