text: 6 Hinweise, wie die Partikeleigenschaften das rheologische Verhalten Ihrer Dispersion beeinflussen - - Nutzen Sie die Kenntnisse über die Zusammenhänge, um gezielter Formulierungen entwickeln zu können
  6 Hinweise, wie die Partikeleigensch ...
  6 Hinweise, wie die Partikeleigenschaften das rheologische Verhalten Ihrer Dispersion beeinflussen
  Nutzen Sie die Kenntnisse über die Zusammenhänge, um gezielter Formulierungen entwickeln zu können
  Für die Anwendung disperser Systeme, Materialien bei denen ein Stoff, als Partikel sei es fest oder flüssig in einer anderen Phase fein verteilt ist, sind die Fließeigenschaften und die Dispersionsstabilität ein entscheidender Qualitätsfaktor.
  Die Fließeigenschaften beeinflussen die Akzeptanz beim Anwender, sind aber auch ein kritischer Parameter wenn es um die Verarbeitung wie zum Beispiel die Abfüllung geht. Die Dispersionsstabilität ist entscheidend für die Haltbarkeit und auch die Re-Dispergierung und Homogenität bei der Anwendung.
  Im Alltag sind Dispersionen jedem vertraut. Formulierungen in der Kosmetik und Körperpflege, bei Lebensmitteln, Farben, Beschichtungsmaterialien oder Klebstoffen bis hin zu Pharmazeutika sind dabei nur einige Beispiele, die mit unzähligen speziellen Rezepturen in der Polymertechnik oder dem Gebiet der Materialforschung ergänzt werden können.
  Um die Erwartungen der Anwender an das disperse System zu erfüllen, ist es die Aufgabe des Herstellers ein entsprechendes Produkt zu entwickeln und zu liefern.
  Die Partikelgröße wird dabei in der Entwicklung heute häufig bestimmt und auch die rheologischen Eigenschaften werden ermittelt, zumindest in einfacher Weise die Viskosität.
  Doch um wirklich eingreifen zu können und die optimale Balance im Hinblick auf die Formulierung, deren Akzeptanz durch die Verbraucher und Anwendungs-Performance bieten zu können, ist es von Bedeutung, die Beziehung zwischen dem Fließverhalten, der Rheologie und Partikeleigenschaften zu verstehen.
  Wie die physikalischen Eigenschaften der dispergierten Partikel, wie die durchschnittliche Größe, die Größenverteilung und auch die Form Einfluss auf die rheologischen Eigenschaften des Produkts nehmen, wird in kurzen markanten Abschnitten erklärt.
  Zunächst soll der theoretische Ansatz kurz verdeutlicht werden.
  Einen praxisrelevanten expotenziellen Viskositäts-Konzentrationszusammenhang stellt die Krieger-Doherty-Gleichung dar.
  Sie beschreibt Korrelation zwischen den rheologischen Eigenschaften von Suspensionen, bei niedrigen Scherraten (d.h. im Bereich des 1. Newtonschen Plateaus) und der Korngrößenverteilung.
  In dieser Gleichung bedeutet η die Viskosität der Suspension, η Medium die Viskosität des Lösemittels, φ der Volumengehalt der Feststoffe in der Suspension, φm der maximale Feststoffvolumengehalt in der Suspension, [η] die intrinsische Viskosität des Lösemittels, d.h. 2,5 für kugelförmige Körper.
  Diese Korrelation deutet darauf hin, dass die Viskosität mit zunehmendem Feststoffvolumengehalt steigt. Mit zunehmendem Feststoffvolumengehalt tritt folgendes ein: Die Partikel werden enger gepackt; es wird für sie schwieriger, sich frei zu bewegen; die interpartikulären Wechselwirkungen nehmen zu, und der Fließwiderstand (Viskosität im Bereich des 1. Newtonschen Plateaus*1) steigt. Nähert sich der Volumengehalt dem maximalen Wert für die Probe, steigt die Viskosität sehr stark an.
  *1: Bereich der stationären Scherviskositätskurve für Scherraten gegen Null, in dem die Scherviskosität unabhängig von der Scherrate ist.
  6 praktische Zusammenhänge graphisch dargestellt:
  1 - Abnahme der Partikelgröße führt in der Regel zu höhere Viskosität.
  Wird bei konstantem Volumenanteil die Partikelgröße verringert nimmt die Anzahl der Partikel zu, dadurch erhöhen sich die Partikel-Partikel-Wechselwirkungen, was in der Regel zu einer höheren Viskosität einer Probe führt. Dieser Effekt zeigt sich besonders bei niedrigen Scherraten, da Partikel-Partikel-Wechselwirkungen schwache Kräfte sind.
  2 - Nimmt die Partikelgröße zu, sinkt die Viskosität im Allgemeinen
  Eine höhere Partikelgröße führt zu einer geringeren Anzahl von Partikel-Partikel-Wechselwirkungen. Dieser Effekt ist aufgrund der geringen Kräfte der Partikel-Partikel-Wechselwirkungen bei niedrigen Scherraten am stärksten ausgeprägt.
  Beide Beobachtungen treffen auf Systeme zu, deren Partikelgröße der innern Phase möglicht sehr eng verteilt ist.
  3 - Bei breiter Partikelgrößenverteilung sinkt Viskosität
  Partikelsysteme die eine breite Verteilung haben (hohe Polydispersität) lassen sich in der Regel deutlich besser packen als ein System von Teilchen gleicher Größe (schmale Verteilung).
  Dies bedeutet im Wesentlichen, dass die breite Verbreitung den Partikeln mehr Bewegungsfreiheit bietet. Die Probe fließt besser, hat also eine geringere Viskosität. So kann eine genauere Definition der Partikelverteilung zur Erhöhung der Stabilität eines Systems genutzt werden.
  4 - Klein und groß
  Die richtige Kombination von Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung und Auswirkungen auf die Viskosität:
  Unter Beibehaltung der Volumenanteils der dispersen Phase hat eine Probe mit relativ großen Partikeln und einem kleinen Anteil kleiner Partikel eine geringere Viskosität als die Probe mit nur kleinen Teilchen oder nur großen Partikeln alleine.
  Einerseits ist hierbei die Änderung der Anzahl somit der Partikel-Partikel-Wechselwirkungen zu beobachten, jedoch auch die Änderung der Polydispersität, die ab einem bestimmten Verhältnis eine dominierende Wirkung zeigt.
  5 - Anzahl der Teilchen verändert das Fließverhalten.
  Ist eine konstante Partikelgröße gewährleistet ändert sich in der Regel ein ursprünglich newtonsches Fließverhalten (was dann gegeben ist, wenn so wenige Teilchen vorhanden sind, dass sie gegenseitig nicht miteinander interagieren) durch Zugabe von weiteren Partikeln hin zu scherverdünntem Fließverhalten. Dabei interagieren nun die Partikel. Diese Interaktion wird jedoch, da die Kräfte so klein sind, mit zunehmender Schergeschwindigkeit verhindert wodurch die Scherverdünnung auftritt. Eine weitere Partikelzugabe kann zu dilatantem Verhalten führen, d.h. dabei sind so viele Teilchen im System vorhanden, dass sie bei Erhöhung der Scherung damit beginnen, physikalisch miteinander zu kollidieren, eine Ursachen der Scherverdickung.
  6 - Einfluss der Partikelform
  Außer der Partikelgröße und der Konzentration hat auch die Partikelform einen Einfluss
  Aufgrund der morphologischen Eigenschaften werden Partikel mit niedrigem und hohem Konvexitätsfaktor unterschieden. (rund = 1, gezackt >1)
  Zusätzlich zu allen anderen chemischen Wechselwirkungen, die bei beiden Partikelformen auftreten können, weisen Dispersionen mit Teilchen die einen geringeren Konvexitätsfaktor haben, also gezackt sind, eine zusätzliche mechanische Festigkeit auf und zeigen somit eine höhere Viskosität bei geringer Scherung.
  Das Morphologi G3, ein vollautomatisiertes Partikelcharakterisierungssystem von Malvern Instruments, liefert hochqualitative und statistisch signifikante Informationen zur Partikelgröße und Partikelform, mit Bildern der einzelnen Partikel.
  Suspensionen mit länglichen Partikel Teilchen haben tendenziell eine höhere Viskosität im niedrigen Scherratenbereich, aber ein niedrigere im hohen Scherratebereich als ihre sphärischen Äquivalente, da bei länglichen Partikeln, die zufällige Orientierung zu einer höheren Fließgrenze und einer Erhöhung der Scherviskosität führt. Jedoch unter Scherung orientieren sich diese langgestreckten Teilchen häufig in Fließrichtung. Ist diese Scherung erreicht fließen sie leichter, haben dann also eine niedrigere Scherviskosität als die sphärische gleich großen Partikel (volumengleiche Kugel).
  Größere Partikel oder kleinere Partikel; enge oder breite Verteilung; niedrige oder hohe Konzentration; kugelförmige oder längliche Partikel, glatte oder gezackte Oberfläche, niedrige Viskosität bei geringen Scherraten; hohe Viskosität bei geringen Scherraten oder umgekehrt.
  Fragen, die für jedes Produkt und jede Anwendung individuell beantwortet werden müssen.
  Moderne Partikelcharakterisierungsmethoden und rheologische Grundversuche liefern interdisziplinäre Parameter die eine effiziente Formulierungsarbeit unterstützen.
  Das Kinexus Rotationsrheometer von Malvern Instruments liefert intelligente Rheologie-Lösungen und vereinfacht durch ein vollkommen applikationsgeführtes Interface rheologische Messungen.
  Zetapotenzial:
  Zusätzlich zur Partikelgröße, Partikelform und Rheologie kommt bei der Dispersionsstabilität auch das Zetapotenzial zum tragen.
  Wie das Zetapotenzial die Dispersionsstabilität beeinflusst, können sie in einer online Präsentation sehen und hören, die kürzlich aufgezeichnet wurde und sehr gute Bewertung erhielt:
  Dispersionen, Suspensionen, Emulsionen - Anwendungen von Zetapotenzialmessungen zur Charakterisierung und Stabilitätsbeurteilung
  Das online Seminar behandelt nach kurzer Darstellung einiger theoretischer Aspekte der elektrophoretischen Lichtstreuung hauptsächlich Anwendungen der Methode mit unterschiedlichen Zielrichtungen. Neben oberflächenchemischen Charakterisierungen werden an Beispielen Beziehungen zur Stabilitätsbeurteilung aufgezeigt. Im Mittelpunkt steht die Diskussion von ausgewählten Anwendungen der Zetapotenzialmessung mittels elektrophoretischer Lichtstreuung.
  Sie finden das aufgenommene Webinar auf der Malvern Webseite unter Schulungen / online-Multimedia Vorträge
  Halle 1/1, Stand 357
  Partikelanalysatoren
  Partikelformanalyse
  Partikelgrößenverte…
  Mehr über Malvern
  Ein grundlegender Leitfaden zur Partikelcharakterisierung
  Dieser Leitfaden vermittelt die Grundlagen zu den wichtigsten Verfahren der Partikelcharakterisierung, die derzeit in Industrie und Forschung eingesetzt werden mehr
  Eine Einführung in die Gelpermeationschromatographie (GPC) / Größenausschlusschromatographie (SEC)
  Die GPC/SEC wird erfolgreich zur Charakterisierung von Makromolekülen, wie Polymeren oder auch Proteinen, RNA/DNA eingesetzt. Wie und warum? mehr
  Orthogonale und komplementäre Verfahren zur Nanopartikelcharakterisierung
  Die orthogonale und komplementäre Anwendung von DLS und NTA ermöglicht eine neue, ganzheitliche Charakterisierung von Nanopartikeln mehr
  Mehr White Paper von Malvern
  Kosteneffiziente Röntgenfluoreszenzanalyse von Kohlenstoff bis Americium – auch ohne Referenz
  Kompaktes und robustes Röntgenfluoreszenzspektrometer für schnelle und leistungsstarke Elementaranalysen bei niedrigen Betriebskosten mehr
  Partikelgrößenverteilung und Stabilitätsanalysen: absolut exakte Ergebnisse dank dynamischer Lichtstreuung
  Charakterisierung von Nanopartikeln, Kolloiden und Proteinen in optimaler Messqualität und Messgeschwindigkeit: Auf die leistungsstarken Zetasizer-Systeme von Malvern Panalytical ist Verlass mehr
  Mastersizer 3000 Partikelgrößenmessgerät - Die cleverste Art Partikelgröße zu bestimmen
  Der neue Mastersizer 3000 erlaubt die schnelle und genaue Bestimmung der Größenverteilung sowohl von trocken als auch nass dispergierten Proben mehr
  Malvern Panalyticals Zetasizer-Systeme sind die weltweit am häufigsten eingesetzten Messsysteme zur Charakterisierung von Nanopartikel-, Kolloid- und Proteingröße sowie deren Ladungen (Zetapotential). Diese Systeme werden in den unterschiedlichsten Branchen weltweit eingesetzt, um einen ent ... mehr
  Der Mastersizer 3000 ist das marktführende Laserbeugungs-Messgerät zur Partikelgrößenbestimmung. Über einen Messbereich von 10 nm bis 3,5 mm werden Trockenpulver, Suspensionen und Emulsionen charakterisiert. Eine intuitive und innovative Software führt den Anwender von der Methodenentwicklu ... mehr
  NEU: Automatisierte Partikelanalyse – Partikelgröße, Partikelform und chemische Struktur
  Die morphologische Bildanalyse wird zunehmend zur essentiellen Messtechnologie bei der Charakterisierung von Partikeln. Das Morphologi 4 und 4-ID von Malvern Panalytical bietet eine automatisierte, softwaregeführte, verlässliche und schnelle Analyse von Partikelgröße, Partikelform und chemi ... mehr
  Mehr Videos von Malvern
  Universität Bristol und Malvern Panalytical kooperieren
  Zwischen der University of Bristol und dem Anbieter von Analysegeräten Malvern Panalytical wurde eine formelle Partnerschaft vereinbart. Das Memorandum of Understanding formalisiert die Beziehung zwischen den Organisationen und konzentriert sich auf gemeinsame Interessen- und Kooperationsbe ... mehr
  Mehr News von Malvern
  Die Technologien von Malvern Panalytical werden von Wissenschaftlern und Ingenieuren in den unterschiedlichsten Branchen und Organisationen eingesetzt, um die Herausforderungen zu meistern, die mit der Maximierung der Produktivität, der Entwicklung von Produkten besserer Qualität und deren ... mehr
  PANalytical ist der weltweit führende Anbieter von Analysegeräten und Software für Röntgendiffraktometrie (XRD) und Röntgenfluoreszenzspektrometrie (RFA) mit über einem halben Jahrhundert Erfahrung. Die Geräte zur Materialcharakterisierung werden in der Forschung und Entwicklung, in industr ... mehr