Dispersionen

Kolloiddispersionen

Allen kolloidalen Systemen ist gemein, dass jeweils eine Zustandsform oder Phase der Materie in einer anderen Phase dispergiert, d. h. fein verteilt ist. Dabei weist die dispergierte Phase (zumeist in einer Dimension) eine Ausdehnung von typischerweise einigen Nanometern auf. Bis auf den Fall gasförmig/gasförmig kommen alle möglichen Kombinationen von disperser Phase und dispergierter Phase vor. (z.B. fest/gasförmig (Aerosole wie Rauch, Stäube) oder flüssig/flüssig (Emulsionen wie Mayonaise oder Milch))
Von besonderem Interesse ist der Fall fest/flüssig als Kolloiddispersion im engeren Sinne. Die disperse Phase wird oft als Kolloidteilchen bezeichnet und kann aus verschiedenen Materialien bestehen (Kunststoff wie z.B. PMMA; anorganisches Material wie SiO₂ oder Al₂O₃) und in verschiedenen Formen (Kugel, Stäbchen, Blättchen) vorkommen. Auch viele biologische Systeme sind kolloidaler Natur: rote Blutkörperchen im Blutplasma, Viren, Bakterien, Proteine. Auch unser Lymphatisches System ist eine (komplexe) Kolloiddispersion.
Von herausragendem technischen Interesse sind Kunststoffdispersionen als Basismaterialien für Farben, Lacke, Beschichtungen, Klebstoffe usw. Die Kunststoffteilchen sind in der Regel kugelförmig und die makroskopischen Eigenschaften der Dispersion hängen vor allem von drei charakteristischen Partikeleigenschaften ab: der Teilchengröße, der Teilchengrößeverteilung (Polydispersität) und den Partikelwechselwirkungen.

Wir untersuchen Polymerkolloiddispersionen (hergestellt in Emulsionspolymerisation), in denen sich kugelförmige Polymermikronetzwerke in organischen Lösungsmitteln befinden. Dort quellen sie auf (R im Bereich von 50 bis 500nm) und die ins Lösungsmittel ragenden "Haare" führen zu einer Abstoßung der einzelnen Teilchen (Sterische Stabilisierung). Die Dynamik und Struktur solcher Systeme kann mit einem Potential harter Kugeln beschrieben werden, das man auch in atomaren Systemen findet. Da die Kolloide aber größer und schwerer als Atome sind, sind die Zeitskalen der Bewegung wesentlich langsamer und die Längenskala der Beobachtung ist wesentlich größer.
Solche Systeme sind somit ideal geeignet, um mit Lichtstreumethoden untersucht zu werden. So läßt sich die Struktur mit statischer und die Dynamik mit dynamischer Lichtstreuung studieren.
In Systemen sehr eng verteilter Kolloide kann es sogar zur Kristallisation der Kolloide kommen.