Mikro-Rheologie: Visko-elastische Eigenschaften von Dispersionen 

Messgeräte

Mikro-Rheologie

Die Mikro-Rheologie (MR) arbeitet mit Teilchen im Mikrometerbereich, um die lokale Deformation einer Probe zu messen, die aus einer aufgebrachten Kraft (aktiv) oder aus der thermischen Energie (passiv) resultiert. Mit der Mikro-Rheologie sind neue Möglichkeiten zur Charakterisierung von weichen Stoffsystemen, wie Gele, Kolloide, Polymere, Schäume u.a., verfügbar. Mikrorheologische Untersuchungen stellen die schwachen Wechselwirkungen innerhalb von Multikomponentensystemen in den Fokus. Durch mikrorheologische Beobachtungen werden die visko-elastischen Eigenschaften von strukturierten, weichen Stoffsystemen untersucht.

Messmethode

1. Passive Mikro-Rheologie

Der RHEOLASER LAB verzichtet auf externe Kraftausübung zur Charakterisierung von Stoffsystemen und nutzt die Eigenbewegung kleiner Partikel zur Untersuchung. Mit der Multi Speckle Diffusing Wave Spectroscopy (MS-DWS) – Methode kann diese Bewegung erfasst und somit auf mikrorheologische Parameter geschlossen werden. Zur Auswertung der Daten bietet die Software die Endprodukteigenschaften der Systeme beschreibende Parameter (Solid-Liquid Balance, Elasticity Index, Macroscopic Viscosity Index) sowie traditionelle rheologische Größen wie den Elastizitäts- und Verlustmodul (G’ bzw. G’’).

2. Aktive Mikro-Rheologie

Mit dem Einsatz von akustischen Wellen im DT-600 zur Beschreibung von visko-elastischen Eigenschaften von Stoffsystemen besteht die Möglichkeit, in einem Messbereich von 1 bis 100 MHz mechanisch gesehen besonders anfällige Systeme wie z.B. Gelstrukturen, zerstörungsfrei zu vermessen. Der wesentliche Zusammenhang bei der akustischen Rheologie ist die Abhängigkeit der akustischen Dämpfung von der eingebrachten Frequenz der Ultraschallwelle. Für newtonsche Systeme ist diese Abhängigkeit linear. Die akustische Rheologie macht Parameter wie die dynamische Viskosität, Volumenviskosität, elastischer und Verlustmodul G’_long bzw. G’’_long zugänglich. Außerdem können durch die Aufnahme eines akustischen Dämpfungsspektrums (a_long vs. Frequenz ω) Tests auf Newton’sches Verhalten der Flüssigkeit durchgeführt werden.

Vorteile

Mikrorheologische Untersuchungen sind stets zerstörungsfrei. Mit dem RHEOLASER LAB 6 können sechs Dispersionen gleichzeitig untersucht werden. Mit dem DT 600 können Newtontests mit der Aufnahme eines einzigen Spektrums durchgeführt werden, weltweit einmalig ist dabei die Möglichkeit, die Volumenviskosität zu bestimmen.

Beispiel

Das Beispiel zeigt vier unterschiedliche Zahnpastaproben, die mit dem RHEOLASER LAB vermessen wurden. Untersucht wurde die Formstabilität anhand des Parameters Solid-Liquid Balance (SLB). Probe 4 schneidet bei diesem Test am besten ab, da sich diese Zahnpasta direkt nach dem Aufbringen auf die Zahnbürste wie ein Feststoff verhält (SLB < 0,5).

Literatur