Viskosit?t ist eine ma?gebliche Eigenschaft von Fluiden. Die Viskosit?t beschreibt den Widerstand von Fluiden gegen das Flie?en und steht mit der inneren Reibung in der Fluid im Zusammenhang. Zur Betrachtung des Flie?verhaltens wird meist die Scherstr?mung herangezogen. Bei einer Scherstr?mung bewegen sich Schichten des Fluids aufgrund einer Scherkraft relativ zueinander. Durch diese externe Kraft wird eine Schubspannung erzeugt. Die Schubspannung ist definiert als ?eine Kraft, die über eine vorgegebene Fl?che des Fluids hinweg wirkt und zu einem als ?Schergeschwindigkeit‘ oder ?Scherrate‘ bezeichneten Geschwindigkeitsgradienten über die Dicke der Probe hinweg führt“. Die ?Scherviskosit?t“ oder ?dynamische Viskosit?t“ im Zusammenhang mit diesem Vorgang ergibt sich aus dem Verh?ltnis von Schubspannung zu Schergeschwindigkeit, wie weiter unten dargestellt.

Darstellung der Viskosität

Nichtnewtonsche Fluide

Viele unkomplizierte Fluide werden als ?Newtonsche Fluide“ klassifiziert. Bei diesen Fluiden ist die Viskosit?t unabh?ngig von der eingepr?gten Scherkraft. Beispiele hierfür sind Wasser und einfach strukturierte Kohlenwasserstoffe. Mit zunehmender Komplexit?t eines Fluids, z.?B. durch den Einschluss von Luftblasen, Tropfen, Partikeln oder Polymeren, weisen Fluide m?glicherweise ein komplizierteres Verhalten auf und verhalten sich als nichtnewtonsche Fluide. Bei nichtnewtonschen Fluiden ist die Viskosit?t von der Gr??e der eingepr?gten Scherkraft abh?ngig. Diese Arten von Fluiden werden meist als ?strukturierte Fluide“ oder ?komplexe Fluide“ bezeichnet. Das Verhalten dieser Fluide wird mithilfe eines Rheometers bestimmt. Mit einem Rheometer kann eine Reihe von Viskosit?tswerten über ein breiteres Spektrum an Schergeschwindigkeiten, Schubspannungen und Temperaturen hinweg als mit einem einfachen Viskosimeter ermittelt werden.

Ein solches nichtnewtonsches Verhalten weisen viele in Industrie und Handel anzutreffende Produkte auf. Gut bekannte Beispiele w?ren Zahnpasta, Mayonnaise, Farben, Kosmetika und Zemente. Bei diesen Produkten handelt es sich grunds?tzlich um Stoffe mit strukturviskosem Verhalten, d.?h. die Viskosit?t verringert sich mit steigender Scherrate. Es gibt jedoch hochstrukturierte so genannte ?dilatante“ Stoffe, bei denen die Viskosit?t mit der Scherrate steigt.?

Anwendungsgebiete der Viskosit?t?

Meist werden Stoffe ben?tigt, die bei niedrigen Scherraten eine hohe Viskosit?t aufweisen, um Schichtenbildung oder Kriechen zu vermeiden, bei h?heren Scherraten jedoch dünnflüssiger werden, damit die Stoffe besser aufgetragen bzw. verarbeitet werden k?nnen. Daher ist ein einzelner Messwert für die Viskosit?t zur Beschreibung der Viskosit?t solcher Materialien nicht ausreichend. Stattdessen ist die Viskosit?t über einen breiteren Bereich von Scherraten oder Scherspannungen hinweg oder zumindest bei einer für den Prozess oder das Auftragen relevanten Scherrate zu messen. Nichtnewtonsche Fluide k?nnen zudem noch weitere Ph?nomene wie Flie?grenzen, Thixotropie und Viskoelastizit?t aufweisen, die sich nicht unwesentlich auf das Materialverhalten und das Verhalten des Produkts auswirken k?nnen.

Viskositätsdiagramm

Weitere Viskosit?tsma?e sind die ?Relative Viskosit?t“, die ?Spezifische Viskosit?t“ und die ?Intrinsische Viskosit?t“. Diese Viskosit?tsma?e beziehen sich auf Dispersionen und benennen den Beitrag der gel?sten bzw. dispergierten Phase zur Viskosit?t einer L?sung bzw. Dispersion. Diese Parameter k?nnen am einfachsten mithilfe eines Differential-Viskosimeters ermittelt werden, wie dies beim OMNISEC Gelpermeationschromatographie(GPC)-System erfolgt.

Für die Beschreibung des Verhaltens von newtonschen Fluiden über einen engen Bereich von Scherraten sind meist einfache Viskosimeter ausreichend. Bei nichtnewtonschen Fluiden und bei Anwendungen, bei denen ein breiterer Bereich von Scherraten zu betrachten ist, sind kompliziertere Viskosimeter und Rheometer erforderlich. Malvern Panalytical bietet eine Reihe von hochentwickelten Viskosimetern und Rheometern an, die diesen Anforderungen genügen und zu folgenden Zwecken genutzt werden k?nnen:

  • Erstellen von Viskosit?tsprofilen von nichtnewtonschen Fluiden mit scherratenabh?ngigem Verhalten zur Simulation von Zust?nden bei Verarbeitung bzw. Nutzung.
  • Aufnahme des viskoelastischen Fingerabdrucks zur Bestimmung des Ausma?es an feststoff?hnlichem bzw. flüssigkeits?hnlichem Verhalten.
  • Beurteilung und Optimierung der Stabilit?t einer Dispersion.
  • Bestimmung der Thixotropie von Farben und Beschichtungsmaterialien zur Optimierung der Produktanwendung und Qualit?t des Endprodukts.
  • Bestimmung des Einflusses der molekularen Struktur von Polymeren auf die Viskoelastizit?t und somit auf die Verarbeitungsmerkmale und Anwendungsqualit?t.
  • Festlegen objektiver Parameter für die Pumpbarkeit und Schmierf?higkeit von Lebensmitteln und K?rperpflegeprodukten.
  • Aufnahme von Profilen bei der Aush?rtung von Klebstoffen und Geliersystemen.
  • Untersuchung von Therapeutika, insbesondere Bio-Pharmazeutika, in der Pr?formulierungsphase.?

OMNISEC

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Das weltweit modernste GPC/SEC-Multidetektorsystem

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Typ der Messung
Viskosität
Technologie
[Retag / Delete] Rheometry - capillary
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