FASTER - Untersuchung von Flüssig-Flüssig-Grenzflächen

Hintergrund und wissenschaftliche Ziele:

Emulsionen spielen in vielen Bereichen der Industrie eine wichtige Rolle, so in der Lebensmittelproduktion, der kosmetischen und pharmazeutischen Industrie, aber auch in der Ölindustrie. Ein Problem der Emulsionstechnologie ist die Kontrolle deren Stabilität. Denn viele dieser speziellen Mischungen müssen in Lebensmitteln, Kosmetika und pharmazeutischen Produkten lange Zeit hochstabil bleiben. Jüngste Studien haben gezeigt, dass die Emulsionswissenschaft sowohl aus Ergebnissen der klassischen physikalisch-chemischen Grundlagenforschung an Oberflächen als auch von neuerdings durchgeführten Experimenten unter Schwerelosigkeit profitiert. Forscher wollen vor allem wissen, welche Effekte an den Grenzflächen der sich vermischenden Flüssigkeiten ablaufen. Die Eigenschaften dieser sogenannten Flüssig-Flüssig-Grenzflächen spielen eine Schlüsselrolle im Verhalten von Emulsionen, insbesondere bezüglich ihrer Stabilisierung oder Destabilisierung.

Emulsionen sind Mixturen aus zwei sich nicht ohne weiteres zu vermischenden, eigentlich ineinander unlösbaren Flüssigkeiten, bei dem die eine in Form kleiner Tröpfchen in der anderen verteilt ist. Die Flüssigkeiten mischen sich nicht freiwillig, sondern benötigen dazu ein Hilfsmittel: Erst wenn man Tenside - also beispielsweise Spülmittel - hinzugibt, vermengen sich die beiden Flüssigkeiten sehr fein. Die Tensidmoleküle reichern sich auf der Oberfläche der emulgierten Tröpfchen an und stabilisieren die Mischung. Auch die dynamische Elastizität der Grenzflächen - die sogenannte dynamische Oberflächenspannung - nimmt Einfluss auf die Stabilität einer Emulsion. Weil Auftrieb oder Absinken der emulgierten Tröpfchen in der Schwerelosigkeit verhindert wird, bietet die Weltraumforschung eine einzigartige Möglichkeit, Untersuchungen aller grundlegenden Mechanismen (Ostwald-Reifung, Koaleszenz und Aggregation) im Zusammenhang mit der Stabilität von Emulsionen durchzuführen.

Experimentbeschreibung:

FASTER ist ein Tensiometer zur Messung der dynamischen Eigenschaften von WasserÖl-Grenzflächen an einzelnen, suspendierten Tropfen. In der Anlage wird ein Tropfen (zum Beispiel Wasser) in einer mit Matrixflüssigkeit (zum Beispiel Öl) gefüllten Kammer erzeugt. Anschließend wird ein oberflächenaktiver Stoff injiziert. Ein Piezoelement erzeugt periodische Druckänderungen in der Matrixkammer, die das Tropfenprofil verändern. Dabei wird die Druckdifferenz zwischen Tropfen und Matrix mit Sensoren detektiert und das Tropfenprofil mit einer Videokamera aufgezeichnet. Die Wissenschaftler werden 22 Proben unterschiedlicher Zusammensetzung bei drei verschiedenen Temperaturen und drei unterschiedlichen Amplituden der Druckänderung vermessen. Die FASTER-Apparatur ist ein Experimenteinschub für das European Drawer Rack (EDR) im Columbus-Modul und wird von der Bodenstation in einem weitgehend automatischen Modus betrieben.

Status:

Das Raumschiff CRS3 des kommerziellen, US-amerikanischen Startdienstleisters SpaceX startete am 18. April 2014 mit der FASTER-Apparatur vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral zur ISS. Im ersten Halbjahr 2014 sollen bereits die ersten Messungen beginnen.

Perspektiven für Forschung und Anwendung:

Aus den ISS-Experimenten werden grundlegende Erkenntnisse und Daten zum dynamischen Verhalten von Emulsionen erwartet. Die Forscher hoffen, einen tieferen Einblick in die Adsorptionsdynamik von Molekülen an der Grenzschicht und den Tensidtransport zu bekommen. Die Rolle oberflächenaktiver Additive in der Grenzflächenrheologie zur Stabilisation von Suspensionen soll aufgeklärt werden. Damit können dann Vorhersagen zur Produktion maßgeschneiderter Mischungen gemacht werden, was für industrielle Anwendungen interessant ist.

Start: 18. April 2014 / Falcon 9 (SpaceX CRS3)
ISS-Zeitraum seit April 2014
Unterbringung European Drawer Rack (EDR) im Columbus-Modul
Experimentator Dr. Reinhard Miller
Einrichtung Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung
Bereich Fluidphysik
Partner ESA, multinationales Topical Team

 

Zuletzt geändert am: 03.07.2014 12:11:55 Uhr

URL dieses Artikels

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Weltraumtransporter Dragon mit der FASTER-Hardware

Weltraumtransporter Dragon mit der FASTER%2dHardware

Am 20. April 2014 erreichte der kommerzielle Weltraumtransporter Dragon (SpaceX CRS3) mit der FASTER-Hardware die ISS.