DD213513A1 - Zetapotentialmesszelle fuer plattenfoermiges material - Google Patents

Abstract

Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine im Aufbau einfache, funktionssichere Zetapotentialmesszelle zu schaffen, die eine schnelle Auswechslung der Messobjekte erlaubt.Dabei steht die technische Aufgabe, eine Messzelle zu entwickeln, die Messungen des Zeta- und Stroemungspotentials an platten- und folienfoermigen Stoffen ermoeglicht. Die Erfindung besteht darin, dass die Zetapotentialmesszelle aus zwei Elektrodenteilen und einem Mittelteil fluessigkeitsdicht zusammengesetzt ist. Im aus zwei Haelften bestehenden Mittelteil sind zwischen den zu untersuchenden Platten oder Folien Abstandhalter angeordnet, so dass ein 0,1 bis 0,4 mm starker Spalt entsteht. Die beiden Elektrodenteile dienen zur Aufnahme der Bezugselektroden und werden von Fluessigkeit durchstroemt. Die Messung des Stroemungspotentials erfolgt mit einem Gleichspannungsmessgeraet mit hohem Eingangswiderstand. Die Erfindung ist fuer die Bestimmung physikalisch-chemischer Eigenschaften an Platten oder Folien aus organischen Polymeren, anorganischem Material (Glaeser, keramischen Platten) und mit nicht elektrisch leitenden Schichten bedeckten Metallen anwendbar.

Description

Titel der-VErfindung

Zetapotentiaimeßzelle Für plattenförmiges Material

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Zetapotentialmeßzelie zur Bestimmung physikalisch-chemischer Eigenschaften an p'latt&nocJer foiienförmigen Materialien. Sie ist an Platten oder Folien aus organischen Polymeren, aus anorganischem Material, z.B. Glaser oder dichte keramische Platten oder aus mit nicht elektrisch leitenden Schichten bedeckten Metallen anwendbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das elektrokinetische Potential (Zetapotentiäl) ist eine physikalische Meßgröße, die den Oberflächenzustand fester Stoffe charakterisiert. Mit der Kenntnis des Zetapotentials ist es mögiich, technologische Vorgänge zu steuern sowie Stoffeigenschaften gezielt zu beeinflussen. Derartige Vorgänge werden z.B. von VVElGL, 3. : Elektrokinetische Grenzflächenvorgänge .(Weihheim:' Verlag Chemie 1977) ausführlich dargestellt. In dieser Monographie wird sichtbar, daß sich die Messung des Zetapotentials bisher im wesentlichen auf pulver- oder faserförmige bzw. körnige Stoffebeschränkt, die entweder in Form von Pulveraufschüttungen oder Faserpfropfen als poröses Diaphragma oder als Suspension mit geringem Feststoffgehalt untersucht werden.

Es gibt weiterhin Angaben in der Literatur, daß das Zetapotential plattenförmigen Materials ermittelt Wird, Die bisher beschriebene Apparatur hat den Nachteil, daß die

!.i. IX ' A

zu untersuchenden Platten selbst eine so große mechanische Stabilität aufweisen müssen, daß sie als mechanisch tragendes Element der Meßzelle wirksam sind. Das Prinzip der Messung an Platten ist in der Ausbildung eines sehr engen Spaltes zwischen zwei Platten begründet, dessen Weite über die gesamte Meßfläche konstant gehalten wird. Für Meßobjekte, die selbst keine ausreichende Stabilität aufweisen, kommt diese Apparatur nicht in Betracht.

Die Kennzeichnung des Oberflächenzustandes von ebenen festen Stoffen wurde auch durch Messung des Randwinkels, der Benetzüngsspannung sowie anderer grenzflächenenergetischer Grundgrößen, die aus der Oberflächenspannung berechnet werden können, vorgenommen. Zur Messung dieser Größen ist eine Reihe von Verfahren bekannt, die auf der Bestimmung des sich zwischen Feststoff und Flüssigkeit ausbildenden Randwinkels beruhen.

Es hat sich erwiesen, daß die Ermittlung dieser Grenzflächengrößen für viele technologische Vorgänge nicht ausreichend sind, da elektrische Wechselwirkungen nicht berücksichtigt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer im Aufbau einfachen, funktionssicheren Zetapotentialmeßzelle für plattenförmiges Material. Dabei soll eine schnelle Auswechslung der Meßöbjekte und der Einbau ohne die Verwendung klebender :Dichtstoffe ermöglicht werden*

Wesen der Erfindung

Der . .Erfindung liegt die technische Aufgäbe zugrunde, eine Zetapotentialmeßzelle zu entwickeln, welche Messungen des StrömungS- und Zetapotentials an platten- und fölienförmigen Stoffen gewährleistet, wobei der flüssigkeitsdichte Einbau des Untersuchungsmaterials ohne Anwendung von klebenden Dichtstoffen möglich sein soll.

Vsnrr-iöQQ * fV

. ;.'^;·'-:; : - '" - ^v ' -^;. .-' :.... ..,. '. . · " ' ' ' 3 „v_:

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zetapotentiaimeßzelle aus einem Mittelteil und zwei Elektrodenteilen besteht. Zwischen der oberen und der unteren Hälfte des Mittelteiles sind zwei gleich große Platten oder Folien aus dem zu untersuchenden Material so befestigt, daß durch Abstandhalter zwischen den zu untersuchenden ' Platten oder Folien ein Spalt entsteht.

Die Abstandhalter bestehen aus einem chemisch weitgehend inerten Stoff, z.B. aus Folie von Polytetrafluorethylen einer Stärke von 0,1 bis 0,4 mm.

Der Mittelteil und die beiden Elektrodenteile sind rnecha* nisch und gleichzeitig flüssigkeitsdicht verbunden, indem zwischen Mittelteil und Elektrodenteil jeweils ein Dichtungsring eingefügt ist. Der Dichtungsring muß solche Abmessungen aufweisen, daß die Strömung der Flüssigkeit durch den Spalt nicht beeinträchtigt wird

An den Elektrodenteilen sind Anschlüsse für die in die Meßzelle einfließende bzw. ausfließende Flüssigkeit sowie zum Anschluß eines Flüssigkeitsmanometers angebracht

Die beiden Elektrodenteile dienen zur Aufnahme von Be- zugselektroden, die zürn Abgriff der bei der Durchströmung des Spaltes mit einer Flüssigkeit entstehenden elektrischen Spannung, die im Fachsprachgebrauch als I Strömungspotential bezeichnet wird, benutzt werden

Als Bezugselektroden können für elektrochemische Messungen übliche Elektroden wie Kalomel-, Quecksilberoxid-, Silberchlorid- oder Silbersulfatelektroden eingesetzt werden. Die Auswahl dieser Elektroden richtet sich nach ' der Art der untersuchten Flüssigkeit, die den Spalt durchströmt . ·;·; Die Messung des Strömungspotentiäls erfolgt mit einem GJeichspannungsmeßgerät mit hohem Eingangswiderstand, z.B; mit einem Digitalvoltmeter, das einen Eingangswiderständ > 10 Xl besitzt. Die Messung kann auch mit Hilfe eines Differentiai-Druck-Ubertragerserfolgen, wobei simultan der hydrostatische Druckabfall über der Zeile und das Strömungspotential registriert werden. ^:

Au s f ü h r uncjsb e i s ρ i e 1

Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel soll eine zweckmäßige Form der Ausführung dargestellt werden^ Wie aus Figur 1 hervorgeht, ist zwischen zwei Elektrodenteilen 2 und 3 ein Mittelteil 1 mit Dichtungsringen 4 angeordnet. Zum Elektrolytzu- und -ablauf sind an den Elektrödenteilen 2 und 3 Schlauchanschlüsse 5 angebracht. In Figur 2 ist der Mittelteil im Schnitt dargestellt. Dabei sind zwischen der Probenhalterung 8 zwei Proben 7, die durch zwei Abstandhalter 6, getrennt sind, befestigt. Zur Untersuchung der Oberflächeneigenschaften von 1 mm dicker Polyvinylchloridfolie sind zwei Probestücke der Abmessung 50 mm c 20 mm eingesetzt und unter Verwendung von zwei 0,35 mm dicken Abstandhaltern 6 aus Polytetrafluorethylen mit der Abmessung 5 mm χ 20 mm im Mittelteil 1 festgeschraubt. Zwei Elektrodenteile 2 und 3 sind mit Schrauben am Mittelteil 1 befestigt.

Die Elektrodenteile 2 und 3 tragen je eine Ag/AgCl-Bezugselektrode. An die Schlauchanschlüsse 5 der Elektroden- . teile 2 und 3 sind Schläuche befestigt, durch die die Meßflüssigkeit unter einem festgelegten hydrostatischen Druckgefälle in die Meßzelle eintritt bzw. aus ihr ausfließt* Zur Aufrechterhältung eines konstanten Flössigkeitsdruckes wurde die Meßflüssigkeit einer Mariotteschen Flasche entnommen.

Es wurde der Einfluß von zwei isomeren C₁^₁-Aminhydrochloriden in wäßriger Losung der Konzentration 10~*^T mol/1 untersuchte In Anwesenheit von Tridecalmethylaminhydro-'-chlori'd wurde an den Proben von Polyvinylchlorid ein Strömungspotentiäl von E = -3,8 mV gemessen. Dieser Wert entspricht einem Zetapotential von r = -14,3 mV. Die Anwesenheit von Tetradecylaminhydrochlorid bewirkt eine Umkehrung des Vorzeichens des Strömungspotentials, das mit dem Wert von E= +4,3 mV (entspricht ^ - +17,1 mV) ermittelt wurde.

it η η

Zur vergleichenden Untersuchung der Oberflächeneigenscharten von verschiedenen Poiymerplatten wird eine Zetapotentialmeßzelle entsprechend dem Ausfübrungsbeispiel benutzt. Der Abstand zwischen je zwei Probeplatten wird durch Abstandhalter aus 0,1 nun dicker Polytefcrafluorethylenfo.iie auf 0, 1: mm festgelegt. Für Polyethylen wird bei einem hydrostatischen Druck von 6230 Pa ein Strömungspotential von L = ^-2,1 mV entsprechend ^= -60,5 mV, für Piacryl bei einem Druck von 5230 Pa ein Strömungspotential von E = -1,1. mV entsprechend ^= -37,8 mV und für Polyvinylchlorid bei einem Druck von 5940 Pa ein Strömungspotential von E -- -1,9 mV entsprechend t£ = -57,5 mV gefunden.

Claims (2)

1. Ιΐ r f i η d u .η g. s a η s ρ r ti c h

   ,1.. Zetapotentialmeßzelle für plattenförmiges Material, gekennzeichnet dadurch,daß die Meßzelle aus dem aus zwei Zellenhälften zusammengesetzten Mittelteil und zwei Elektrodenteilen besteht, wobei die Platten und Folien aus dem zu untersuchenden Material im Mittelteil unter Verwendung von Abstandha]lern unter Bildung eines Spaltes befestigt sind und der Mittelteil mil: den. zwei Ei ektrodentei len unter Fluss ig ke;i-.ts abdichtung verbunden ist.
2. 2. Zetapotent.ia imeßzelle nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der von einer Meßflussigkeit durchströmte Spalt eine Weite von 0,1 mm bis O, ι mm aufV vveist. ; ' · . '·' ' ' " --. ·. '

   » η η .< η Γ'. ·"· ..' ι'; ' ' ί \ ί