bunsenmagazin - Deutsche Bunsengesellschaft für Physikalische ...

FORSCHUNG
Bei dem anionischen Tensid ändert sich die Oberfl ächenspannung
über den untersuchten Zeitraum sehr wenig. Bei Konzentrationen
unterhalb der cmc stellt sich auch nach längerer Zeit
keine niedrige Oberfl ächenspannung ein, wobei bei Konzentrationen
deutlich oberhalb der cmc eine niedrige Oberfl ächenspannung
schon bei sehr kurzen Zeiten erreicht werden kann.
Das nichtionische Tensid hat eine deutlich niedrigere cmc und
wurde nur bei Konzentrationen oberhalb der cmc gemessen.
Bei allen untersuchten Konzentrationen wird die Oberfl ächenspannung
mit zunehmendem Oberfl ächenalter niedriger. Je
höher die Tensidkonzentration ist, desto schneller sinkt die
Oberfl ächenspannung.
Die Kinetik der Schaumbildung der beiden Tenside wurde
im so genannten Rotortest untersucht und ist in Abbildung 5
dargestellt. In einem Rotortest wird in einer Tensidlösung in
einem temperierten Gefäß unter konstantem mechanischem
Einfl uss die Schaumhöhe des durch den Rotor entstandenen
Schaums in Abhängigkeit der Zeit und der Rotorgeschwindigkeit
gemessen. Abbildung 5 zeigt beispielhaft die Schaumhöhe
einer C12E6-Lösung als Funktion der Zeit für verschiedene Tensidkonzentrationen.
Schaumhöhe [ cm ]
Abbildung 5: Schaumhöhe in Abhängigkeit von der Zeit für C12E6 6
Aus der Gleichgewichtsoberfl ächenspannung σeq und der
Oberfl ächenspannung nach einem gewissen Oberfl ächenalter
t, wie aus Abbildung 4 zu entnehmen ist, kann man nach der
folgenden Gleichung den relativen dynamischen Filmdruck σ
(t)/ σeq berechnen 7 :
σWasser ist hierbei die Oberfl ächenspannung des reinen Wassers.
Bei einem Oberfl ächenalter von 0 ist der Filmdruck auch
0, und bei einem ausreichend hohen Oberfl ächenalter ist σ (t)
gleich σeq und der Filmdruck ist 1.
78
10
8
6
4
2
0 100 200 300
(t)/eq = (Wasser – (t))/(Wasser-eq)
Konzentration
20 mM
10 mM
5 mM
2 mM
1 mM
0.5 mM
Zeit [ s ]
400
(5)
dh/dt [cm·s -1 ]
0.06
0.04
0.02
0.00
BUNSEN-MAGAZIN · 10. JAHRGANG · 3/2008
Abbildung 6: Korrelation der Schaumkinetik mit dem relativen dynamischen
Oberflächendruck 6
In Abbildung 6 wurden der relative dynamische Filmdruck und
die Anschäumgeschwindigkeit aus Abbildung 5 für die zwei
untersuchten Tenside gegenüber gestellt. Zusätzlich wurden
der Einfl uss der Alkylkettenlänge und die Gegenwart von Salz
auf das anionische Tensid C12SO3Na berücksichtigt. Anhand
dieses Zusammenhangs kann man schließen, dass ein höherer
relativer dynamischer Oberfl ächendruck mit einer schnelleren
Schaumkinetik korrespondiert, unabhängig vom Tensidtyp.
4. ABLAUFVERHALTEN
C 12SO 3Na
C 12E 6
2 mM C 12SO 3Na + NaCl
C 16 SO 3 Na
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
(t = 100 ms) / eq Benetzungsvorgänge sind die Grundvoraussetzung für jeden
Wasch- und Reinigungsprozess und für viele kosmetische Anwendungen.
Sie betreffen die Grenzfl äche fest/fl üssig, sind
intensiv untersucht worden und werden in ihrer Auswirkung für
unterschiedliche Anwendungen in 8 dargestellt. Die Bedeutung
der Benetzung durch Lösungen grenzfl ächenaktiver Substanzen
soll am Beispiel des Spülprozesses dargestellt werden.
Das Ziel dieses Spülgangs ist es, eine möglichst saubere und
optisch ansprechende rückstandsfreie Oberfl äche zu hinterlassen.
Speziell auf harten Oberfl ächen mit einer größeren räumlichen
Ausdehnung spielt dieser Effekt eine große Rolle, da bei
diesen Oberfl ächen Rückstände oder Tropfenbildung sofort
deutlich sichtbar werden. Das Abfl ießen von Flüssigkeiten von
vertikalen Oberfl ächen kann systematisch untersucht werden,
um Reinigungsfl üssigkeiten zu optimieren 5 .
Das Abfl ießen einer tensidhaltigen wässrigen Lösung von einer
harten Oberfl äche ist skizzenhaft in Abbildung 7 dargestellt
und wurde bereits mehrfach beschrieben 9, 10 . Aufgrund der
Benetzung der Flüssigkeit auf der Oberfl äche und des dem entgegenwirkenden
Effekts der Gravitation wird ein abfl ießender
Flüssigkeitsfi lm auf einer senkrechten Oberfl äche mit der Zeit
im oberen Bereich dünner und im unteren Bereich dicker.
Erhöht man die Tensidkonzentration der Flüssigkeit wird das
Verhalten des Wasserfi lms komplexer. Das Tensid adsorbiert
aufgrund seiner oberfl ächenaktiven Eigenschaften sowohl auf