Patent-Verfahren zur Charakterisierung von Schäumen

Schaumfähigkeit und Schaumstabilität von Lösungen kann mit neuem Verfahren des MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung charakterisiert werden

Ein neues Verfahren und Gerät, mit dem die Schaumfähigkeit und -stabilität von verschäumbaren Lösungen unter gut definierten Bedingungen und an Hand wissenschaftlich fundierter Parameter charakterisiert werden kann, haben Forscher des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung entwickelt. Die Parameter beziehen sich auf drei unterschiedliche Stadien des Schaumzerfalls, die aus dem Verhältnis bzw. der Differenz zwischen den Volumina des Schaums und der aus dem Schaum ausfließenden Lösung in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt werden.

Die Methode zur Bestimmung der Schaumeigenschaften besteht darin, ein bestimmtes Gasvolumen in ein definiertes Volumen der zu untersuchenden Lösung, die sich in einer Kolonne befindet, unter konstanter Strömungsgeschwindigkeit einzutragen. Die Schaumhöhe und die Höhe der ausfließenden Lösungsmenge werden gleichzeitig in Abhängigkeit von der Zeit gemessen. Da der Querschnitt der Kolonne konstant ist, werden die entsprechenden Volumina des Schaums und der ausfließenden Lösung gleichzeitig bestimmt. Das Verfahren kann sowohl manuell als auch automatisch betrieben werden. An Hand des zeitlichen Verlaufs des Verhältnisses zwischen Schaumhöhenabnahme und Lösungshöhenzuwachs lassen sich alle Arten von Schäumen durch charakteristische Parameter unterscheiden.

Grundsätzlich lassen sich Schäume nach diesem Verfahren durch folgende drei charakteristische Zerfallsstadien beschreiben:

1. Anfangsstadium - gekennzeichnet dadurch, daß nur Lösung aus dem Schaum ausfließt, der Schaum hingegen noch nicht zerfällt.
2. Übergangsstadium - Lösungsausfluß und Schaumzerfall erfolgen gleichzeitig.
3. Endstadium - es erfolgt nur noch Schaumzerfall, der Lösungsausfluß ist vernachlässigbar.Die eingeführten Parameter, mittels derer die Schaumstabilität unterschiedlicher Schaumsysteme von instabilen bis zu metastabilen Schäumen charakterisiert wird, beziehen sich entweder auf die Zeitdauer der einzelnen Schaumstadien oder die Ausflußraten der Lösung in charakteristischen Stadien des Schaums.

Anwendungen

Das Verfahren kann auf alle Arten verschäumbarer Lösungen angewendet werden, ganz gleichgültig ob diese den "wet foams" (instabile Schäume) oder den "dry foams" (metastabile Schäume) zuzuordnen sind.

Potentielle Anwendungsgebiete sind Chemie-, Pharmazie-, Lebensmittelindustrie, Abwasserwirtschaft und Umweltschutz, Feuerwehr, Medizin, Wäscherei und Reinigung (Maschinenbau, Automobilindustrie), Flotation, Erdölförderung und Raffinerie, Landwirtschaft.

Vorteile des Verfahrens:

• Gut definierte Randbedingungen (Volumen der Lösung und des Gases, Bedingungen der Gaszufuhr).
• Gasgehalt pro Einheitsvolumen der Lösung ist variierbar und meßbar ( geeignet für eine theoretische Beschreibung der Schaumstabilität). Dies ist kaum möglich für andere bekannte Methoden wie Bartsch und Ross-Miles oder Methoden, die die Gasdispergierung mittels Rühren, Schütteln oder Schlagen durchführen.
• Die Parameter, mittels derer die Schaumstabilität charakterisiert wird, beziehen sich auf physikalisch sinnvolle und gut definierte Bedingungen. Sie reagieren sehr empfindlich auf die Schaumstabilität und überstreichen mehrere Größenordnungen.
• Instabile und metastabile Schäume werden durch ein identisches Verfahren charakterisiert.
• Einfachheit und Schnelligkeit des Verfahrens: Sehr stabile Schäume mit sehr langer Lebensdauer können durch Kurzzeitmessungen charakterisiert werden.
• Vernünftige Reproduzierbarkeit der Ergebnisse.