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Kolloidwechselwirkungen
Unter Kolloiden versteht man allgemein mikroskopisch heterogene Systeme, d.h. echte Dispersionen, in denen Feststoffe (z.B. Polymere) im Größenbereich von 10 bis 10000 nm in einer homogenen Flüssigkeitsmatrix verteilt vorliegen. Das Potential der gemittelten Kraft U eines kolloidalen Systems kann als Funktion der Ortskoordinaten der einzelnen Partikel formuliert werden. Es wird näherungsweise aus der Summe aller effektiven Paarpotentiale V eines N-Teilchen-Systems berechnet. Für Kolloide läßt sich das effektive Paarpotential (s. Abb., Kurve c) durch einen attraktiven (anziehenden) und einen repulsiven (abstoßenden) Anteil ausdrücken:
- Die Berührung zweier Teilchen verursacht aufgrund der Bornschen Wechselwirkung eine starke Abstoßung. Sie tritt dann in Erscheinung, wenn sich zwei Kolloide so dicht aneinander annähern, daß die Elektronenwolken ihrer am weitesten außen gelegenen Atome sich zu überlappen beginnen (Kurve b).Fluktuierende elektromagnetische Felder dagegen, die mit der Polarisierbarkeit der Teilchen zusammenhängen, erzeugen eine anziehende Kraft, die sogenannte van-der-Waals-Wechselwirkung (Kurve a).
- Da aufgrund der Teilchengröße die van-der-Waals Anziehung (proportional der Polarisierbarkeit) so stark ist, daß Kolloide irreversibel aggregieren würden, müssen ihre Dispersionen durch Erzeugung einer (langreichweitigen) Abstoßungskraft zwischen den Teilchen stabilisiert werden. Dies kann zum Beispiel durch Aufbringen von Ladungen geschehen.
Bei sterisch stabilisierten Kolloiden wird die Stabilisierung der kolloidalen Dispersion durch Oberflächenbedeckung der Teilchen mit Polymerschichten erreicht. Bei starker Annäherung der Kolloide resultiert, entropisch bedingt, ein repulsiver, abstoßender Beitrag zum Wechselwirkungspotential, weil die in Kontakt geratenen Polymerschichten komprimiert werden: Die Polymerketten können dann nicht mehr so viele Konformationen einnehmen wie im Falle des freien, ungestörten Teilchens. Die Stabilisierung der in unserer Arbeitsgruppe durch Emulsionspolymerisation hergestellten Polymer-Mikronetzwerke in organischer Phase ist der von sterisch stabilisierten Kolloiden sehr ähnlich. Die Besonderheit dieser Mikronetzwerke liegt in der Möglichkeit, den Quellungsgrad in gutem, organischem Lösungsmittel und damit das Paarpotential über die Vernetzung zu variieren. Polymer-Mikronetzwerke sollten im Grenzfall hoher Vernetzung (1:10) mit dem repulsiven Potential harter Kugeln verglichen werden können. Treten dagegen vermehrt einzelne Polymerkettenenden auf der Kolloidoberfläche auf, wie dies bei schwach vernetzten, "weichen Kugeln" der Fall ist, sollte man mit einer Abschwächung des repulsiven Potentials harter Kugeln rechnen (s.Polymer-/Kolloid-Wechselwirkungen. Abb. 1).
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