Suspensions-Rheologie, Fließgrenze, Viskosität, Kapillarkräfte

• Antragsteller: Professor Dr. Norbert Willenbacher
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 134819333

Vorversuche haben gezeigt, dass Fließgrenze und Viskosität von Suspensionen durch Zugabe einer geringen Menge einer zweiten Flüssigkeit, die mit der kontinuierlichen Phase der Suspension nicht mischbar ist, drastisch erhöht werden können. Wir schreiben dies der Ausbildung von Kapillarbrücken zu, die bekanntlich Dynamik und Fließen feuchter Schüttgüter dominieren. Ungeachtet dieser verblüffenden Analogie wurden Kapillarkräfte bisher nicht im Hinblick auf ihre Bedeutung für das rheologische Verhalten von Suspensionen oder die Formulierung stabiler Suspensionen untersucht. Die grundlegende Idee des vorliegenden Forschungsantrags ist zu erforschen, welche Bedeutung Kapillarkräfte für Suspensionen mit Partikelkonzentrationen weit unter der maximalen Packungsdichte haben, wo diese Kräfte die Ausbildung eines partikulären Netzwerks hervorrufen können, ganz ähnlich zur Wirkung attraktiver kolloidaler Wechselwirkungen. Es ist von grundlegendem, akademischen Interesse die Rheologie von Suspensionen, die durch Kapillarkräfte flockuliert sind zu untersuchen, da Stärke und Reichweite um Größenordnungen von z.B. van der Waals oder Verarmungswechselwirkungen verschieden sind. Dies sollte sich in den korrespondierenden rheologischen Eigenschaften niederschlagen. Wir möchten ein quantitatives rheologisches Modell entwickeln, das den Einfluss einer kleinen Menge einer zweiten, nicht mischbaren flüssigen Phase auf die wesentlichen rheologischen Parameter einer Suspension hat und prüfen wie weit die Analogie zu feuchten Schüttgütern reicht. Geeignete Modellsysteme auf der Basis von SiO2, AI2O3 und Ca02 Partikeln mit unterschiedlicher Größe und Oberflächenbeschaffenheit, die einen weiten Parameterbereich abdecken, sollen hierfür verwendet werden. Darüber hinaus ist das Phänomen von großem technischem Interesse, denn es eröffnet neue Freiheitsgrade in der Formulierung komplexer Fluide. Es kann zur Kontrolle der Stabilität und des Fließverhaltens solcher Materialien genutzt werden und besitzt ganz spezifische Eigenschaften, wie z.B.: geringer Materialbedarf (Kosteneffizienz), gute Anpassbarkeit an unterschiedliche Partikel/Fluid Systeme, Unabhängigkeit von pH oder lonenstärke, Steuerung der Stärke der Wechselwirkungen durch Temperatur, oder leichte Entfernbarkeit des zugesetztes Fluid während der Applikation. Daher möchten wir Formulierungsstrategien für suspensionsbasierte, komplexe Formulierungen entwickeln, die die Vorteile dieses Kapillarkraft-Konzepts aufzeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen