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Dynamische Oberflächenspannung und Tenside

Das Messen der dynamischen Oberflächenspannung eröffnet neue Möglichkeiten zur Anwendung von Tensiometern in der Industrie. Durch die zeitabhängige Messung ist es mit diesem Verfahren möglich selbst hohe Konzentrationen oberflächenaktiver Stoffe (Tenside) zu differenzieren und gleichzeitig charakteristische Kennlinien zu deren Benetzungseigenschaften aufzunehmen.

Tensidanlagerung

Vorteile der dynamischen Oberflächenspannungsmessung

Wird eine Grenzfläche (z.B. Teileoberfläche) in eine tensidhaltige Flüssigkeit (z.B. Reinigungsbad) gebracht, ist diese zu Beginn quasi frei von Tensiden. Es besteht ein Konzentrationsgefälle zwischen der Flüssigkeit und der neuen Grenzfläche, so dass sich die Tensidmoleküle zur Grenzfläche bewegen und dort die Grenzflächenspannung reduzieren. Dieser Vorgang benötigt eine bestimmte Zeit, die von der Konzentration und der Beweglichkeit der Tenside in der Flüssigkeit abhängt.

Ab einer bestimmten Tensidkonzentration, der kritischen Micellbildungskonzentration CMC, schließen sich "nicht benötigte" Tenside zu Mizellen zusammen. In Reinigungsbädern stellen diese Mizellen ein Depot dar, aus dem verbrauchte Tenside rekrutiert werden. Deshalb ist die Tensidkonzentration in Reinigungsbädern weit höher als die CMC. Diese hohe Konzentration an Tensiden in der Reinigung ist über normale statische Tensiometer nicht unterscheidbar.

Messmethoden

An einer geometrisch konstanten Oberfläche stellt sich schon bei geringen Tensidkonzentrationen relativ schnell ein Absorptionsgleichgewicht ein - die Grenzflächenspannung erreicht einen Gleichgewichtswert, der mit statischen (Wilhelmy-Platte) bzw. quasistatischen (Du-Noüy-Ring) Messmethoden ermittelt werden kann. Zu Micellen zusammengeschlossene Tenside bleiben bei der Messung ohne Einfluss, es ist daher nicht möglich, die Gesamttensidkonzentration in Reinigungsbädern mit einem statischen bzw. quasistatischen Tensiometer zu bestimmen.

An einer ständig expandierenden Oberfläche hingegen, zu der stetig neue Flächenelemente hinzukommen, wird das sich einstellende Gleichgewicht kontinuierlich gestört und damit praktisch nicht erreicht. Dynamische Messmethoden führen zu größeren Oberflächenspannungsmesswerten als statische Methoden.

Messgeräte

Blasendrucktensiometer erzeugen mit der Blase eine solche neue expandierende Oberfläche. Auch die in der Nähe der frischen Grenzfläche befindlichen Micellen stellen ihre Tenside zur Verfügung, bevor weiter entfernte Tensidmoleküle zur Blase diffundiert sind und beeinflussen damit die dynamische Oberflächenspannung an der Blase. Es existiert ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Tensidkozentration und der dynamischen Oberflächenspannung auch oberhalb der kritischen Mizellbildungskonzentration.

Somit stehen Messgeräte zur Verfügung, mit der die Tensidkonzentration in Reinigungsbädern ermittelt werden kann - mit einem "Messkörper", der nicht gereinigt werden muss, sondern mit jeder Blase neu entsteht.

 

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