Stabile Schäume

  • 20. June 2005


Stabile Schäume

Schäume werden stabiler, wenn man silikatische Nanopartikel an die Bläschenoberflächen anlagert.

Was haben ein Glas Bier, Schlagsahne, Geschirrspülmittel, Shampoo und Schaumfestiger gemein? Sie sollen ordentlich schäumen. Schäume sind Gasblasen, die durch flüssige oder feste Stege begrenzt werden. Während feste Schäume recht stabil sind (z. B. Schaumgummi, Schlagsahne), fallen flüssige Schäume meist rasch in sich zusammen: Lassen wir ein Bier zu lange stehen, ist die Schaumkrone weg. Auch der schönste Spaß im Schaumbad ist schnell vorbei. Um Schäume zu stabilisieren, werden gewöhnlich oberflächenaktive Substanzen oder Proteine eingesetzt. Britische Forscher haben nun effektivere Schaumstabilisatoren entwickelt: feinst verteilte silikatische Nanopartikel.

Warum fällt ein Schaum in sich zusammen? Die Flüssigkeit, die die Gasbläschen umgibt, fließt langsam nach unten ab, ein Teil verdunstet auch. Dadurch werden die Lamellen zwischen den Bläschen immer dünner. Die Blasen an der Oberfläche zerplatzen, Blasen verschmelzen miteinander, kleine Blasen schrumpfen zu Gunsten größerer. Winzige Klümpchen aus Kieselerde-Nanopartikeln können dem entgegen wirken, fanden Bernard Binks und Tommy Horozov heraus. Die Teilchen lagern sich an die Oberflächen der winzigen Schaumbläschen an. Das tun oberflächenaktive Substanzen auch. Aber im Gegensatz zu diesen können sich die Teilchen nicht wieder von der Blase ablösen. Erfolgsgeheimnis ist die richtig austarierte „Wasserscheu“ der Partikel. Diese lässt sich, je nachdem, wie stark die an sich wasserfreundlichen silikatischen Partikel mit einer wasserabstoßenden Schicht überzogen werden, gezielt einstellen. Je wasserscheuer die Partikel sind, desto tiefer und fester drücken sie sich in die Luftblase. Zu wasserabweisend (hydrophob) dürfen sie andererseits aber nicht werden, weil sie sich sonst gar nicht erst in ausreichendem Maße von der Wasserphase benetzen lassen. Optimal wirken Kieselerde-Partikel mittlerer Hydrophobizität.

Unter dem Mikroskop sieht die Oberfläche der Blasen geriffelt aus. Die Blasen sind mit einer Schicht dicht an dicht gedrängter Teilchen bedeckt. Vermutlich entstehen diese stabilen Blasen beim Verschmelzen kleinerer Bläschen, die zunächst nicht so dicht eingehüllt sind. Da mehrere kleinere Blasen insgesamt eine größere Oberfläche haben als eine große des selben Gesamtvolumens, schrumpft beim Verschmelzen der Platz, der den Partikeln zur Verfügung steht. Da sich die Partikel nicht ablösen können, rücken sie immer dichter zusammen – die Oberfläche wellt sich. Die dicht gedrängten Partikel schützen die Luftblasen vor dem Kollabieren und stabilisieren so den Schaum.

Quelle: Angewandte Chemie

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