Emulgieren und Dispergieren-4- Tropfenkoaleszenz und Reaggregation von Partikeln Flashcards
(22 cards)
Warum ist unmittelbar nach der Zerkleinerung ist die erzeugte Oberfläche der Tropfen schlecht oder nicht ausreichend stabilisiert?
da viel Grenzfläche erzeugt wurde, diese aber noch nicht mit Emul- gatormolekülen belegt ist.
-> die Tropfen befinden sich in Bewegung und können zusammenstoßen und koaleszieren (zusammenfließen)
Wann ist der Zerkleinerungsschritt und wann die Koaleszenz maßgebend für die erzeugte Tröpfchengröße?
Ist die Stabilisierung der Tropfen schnell, dann ist der Zerkleinerungsschritt maßgebend für die erzeugten Tropfengrößen. Erfolgt sie langsam, können die Tropfen kollidieren und eventuell zu größeren Tropfen koaleszieren. In diesem Fall ist die Tropfenkoaleszenz ergebnisbestimmend.
Wovon hängt die Kollisionsrate ab?
von der vorliegenden Strömung. -> nur kollidierende Tropfecn können Koalezieren Rate hoch wenn: ⋅hohe Tropfenkonzentration ⋅große Tropfen ⋅hoher Energieeintrag
Werden bei hohem spez. Energieeintrag Tropfen sehr fein emulgiert, sinkt zwar die Tropfengröße, aber gleichzeitig steigt überproportional die Tropfenanzahl. Was hat größeren Einfluss auf die Kollisionsrate?
Der Effekt der Zunahme der Tropfenanzahl überwiegt also bei weitem dem der Abnahme der Tropfengröße. Dies bedeutet, dass es bei Homogenisierprozessen mit großem Zerkleinerungsgrad, also hohen Energieeinträgen, immer sehr hohe Kollisionsraten vorliegen.
Wie hängt die DrainageZeit (die Zeit, die es dauert bis die Flüssgkeit zwischen zwei partikeln verdrängt wurde) mit der Koaleszenz zusammen?
Dauert die Drainage länger als Tropfen/Partikel kollidieren, ist die Koaleszenz- bzw. Aggregationswahrscheinlichkeit unabhängig von allen Wechselwirkungen praktisch gleich Null
Wie ist die Kollisionszeit bei hohen Energieeinträgen und was hat das für die Koaleszenz zur Folge?
Die Kollisionszeit ist bei hohen Energieeinträgen sehr kurz.
-> In hochturbulenten Strömungen kommt es daher trotz hoher Kollisionsrate meist nie zu Kollisionen mit Filmdrainage.
» dynamischen Stabilisierung.
Nur bei sehr hohen Dispersphasenanteil, dynamische Stabilisierung nicht ausreichend
Welche Folge hat drainage auf die Emulgatoren? Gibbs-Marangoni Effekt
Durch die ablaufende Flüssigkeit werden Emulgatoren mitgerissen und so sind zu wenig Emulgatoren da, um die Flüssigkeit zu stabilisieren. ->reduzierter Grenzflächendruck im Zwischenraum. Dadurch wandert Emulgatorfilm dahin um druck auszugleichen und reist flüssigkeit mit -> verlangsammt Kollision -> stabilisierung
Welche Stabilisierungsmechanismen gibt es?
- Statische Stabilisierung: Sterische Barriere (emulgatoren) und Elektrostatische Barriere
- dynamische Stabilisierung: Gibbs-Maragoni Effekt
Wie kann die Koaleszenzrate bestimmt werden?
optisch indem man Tropfen Blau und gelb einfärbt. Beim koleszieren entstehen grüne Tropfen. Die enstehung dieser wird ermittelt und aufgezeichnte.
Wie erhält man aus Diagramm der Koaleszenzrate die Koaleszenzkinetik?
Aus der Anfangssteigung erhält man ein Maß für die Koaleszenzkinetik
von was ist die Koaleszenzrate abhängig?
von allen Faktoren, die die Kollisionsfrequenz, die Kollisions- zeit, die Drainagezeit, und die Koaleszenzwahrscheinlichkeit beeinflussen:
Koaleszenzrate seigt wenn:
•Anteil an Dispersphase zunimmt
•Tropfengröße zunimmt
•Emulgatorart
•Viskosität der kontinuierlichen Phase abnimmt
•mehr Energieeintrag
Wann treten Überemulgieren häufig auf?
- bei hohen Dispersphasenanteil und dieser sehr fein homogenisiert werden muss
- dazu emulgiermaschinen mit sehr hohe Leistungseinträgen (z.B. Ultraschall- oder Hochdruckhomogenisation)
- Emulgator mit langsamer Grenzflächenbelegungskinetik
Wie kann überemulgieren verhindert werden?
• schonendes Emulgierverfahren (z.B. Kolloidmühlen, geringe Umfangsgeschwin- digkeit, große Spaltbreite)
• lange Emulgierzeiten
»mehrere Passagen bei geringem Energieeintrag
Was ist das Elektrostatische WW-Potential zwischen Partikeln?
An der Grenzfläche bilden sich durch Elektronenübertritt
zwischen den Phasen fast immer elektrische Ladungen. Zusätzliche Ladungen werden durch adsorbierte Dispergierhilfsmittel (grenzflächenaktive Moleküle) aufgebracht. Da alle Partikel gleich geladen sind, wirken zwischen den Partikeln abstoßende Kräfte.
Was ist das Van der Waals-WW-Potential zwischen Partikeln?
durch Dipol-Dipol-Wechselwirkungen zwischen Atomhül- len; nur bei Abständen a < 100 nm relevant
Was ist das Born‘sches Abstoßungspotential zwischen Partikeln?
verhindert das Durchdringen (Deformieren) von Elektro-
nenhüllen (r ≈ 0,4 nm)
Was bedeuten die minima beim Diagramm: Wechselwirkungspotential zwischen 2 Partikeln im Abhängigkeit vom Abstand a?
- Primäres Minimum: Irreversible Aggregation bei „Kontaktabstand“ von a ≈ 0,4 nm13
- Sekundäres Minimum: Reversible Aggregation
Welche WW zwischen Partikeln sind beeinflussbar?
- > elektrostatischen WW
- Born´sche abstoßung und VanDerVaal können wenig beeinflusst werden
Wie kann die elektrostatischen WW zwischen Partikeln beeinflusst werden?
- durch Zugabe von Gegenionen
- > wird in der Debye-Hückel-Länge (Oberflächenladung abgeschirmt ist) gemessen
Was ist die Debye-Hückel-Länge?
Partikel können sich bis zur Debye-Hückel-Länge annähern, ohne abgestoßen zu werden
Welche Möglichkeiten gibt es um Partikel in einer Formulierung zu stabilisieren?
- Zugabe geladener oberflächenaktiver Tenside (Dispergierhilfsmittel): Ψ0 ↑
- Abreicherung von Ionen in der kont. Phase, v.a. mehrwertiger: LD ↑
- Zugabe langkettiger (polymerer) Dispergierhilfsmittel: a ↑
Was sind Wesentliche Einflussfaktoren für die Koaleszenz /Agglomeration und wie können diese Beeinflusst werden?
• Partikel- bzw. Tropfenanzahl
• Partikel- bzw. Tropfengröße
• Partikel- bzw. Tropfengeschwindigkeit
• Wechselwirkungskräfte zwischen den Tropfen/Partikeln.
» beeinflussbar durch die Formulierung und den Prozess
