Kolloidale Gele sind häufig Zwischenstufen bei der Erzeugung hoch-poröser Partikelsysteme. Im Herstellprozess werden die Gele nach ihrer Entstehung fragmentiert. Diese Gelfragmente verdichten sich dann zu Partikeln, deren anwendungstechnische Eigenschaften durch ihre Größe und Porosität bestimmt werden. Im hier bearbeiteten Forschungsvorhaben wird die Nutzbarmachung dieses Phänomens für neuartige Partikelsysteme am Beispiel der gefällten Kieselsäure untersucht.

In der 1. Förderperiode wurden die Bildungskinetik, die mechanisch-rheologischen Eigenschaften und die Fragmentierung der Gele in Abhängigkeit der Herstellbedingungen erforscht.

Im 2. Förderabschnitt wird derzeit die Verdichtung (Synärese) der erzeugten Gele im Ödometer untersucht. Der Ödometerversuch (1-dimensionaler Kompressionsversuch) stammt ursprünglich aus der Bodenmechanik. Er stellt sich als eine interessante neuartige Untersuchungsmethode für Gele dar. Mit ihm werden quantitative Daten zur zeitabhängigen Schrumpfung von Gelproben erhalten. Die Synärese der Gele zeigt eine charakteristische Abhängigkeit von den Herstellparametern.

In der 3. Förderperiode soll diese Abhängigkeit nun genutzt werden, um hoch-poröse Partikelsysteme zu „designen“. Der dabei verfolgte Ansatz sieht die gezielte Änderung der Parameter während des Herstellprozesses vor. Es ist zu erwarten, dass auf diese Weise neuartige Partikelqualitäten erzeugt werden können.

Neues Verfahren

Semi-Batch Fällungsexperimente mit Veränderung der Prozessbedingungen im temperierten Rührkessel mit pH-gesteuerten Dosiervorrichtungen

Screening

Untersuchung der Synärese von Gel-Partikelstrukturen bei zeitlich veränderlichen Herstellbedingungen mit Hilfe von 1-dimensionalen Komressionsversuchen (Ödometer-Versuch)

Produktcharakterisierung

Charakterisierung der erzeugten Gel-Partikelstrukturen:

• Größenverteilung: SLS & DLS

• Porosität: BET & Hg-Porosimetrie

• Aufbau: CLSM & SEM-Gefrierbruch

• NMR-Untersuchungen

Modellierung / Simulation

Kopplung MD-Simulationen des Konsolidierungsverhaltens von Gel-Partikelsystemen mit Fluidströmung (CFD & Two-Fluid-Model), um den Anschluss an semi-empirische Modelle zu schaffen