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FASES - Stabilität von Emulsionen

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  • Luca Parmitano installiert FASES

    Luca Parmitano installiert FASES

    Der italienische ESA-Astronaut Luca Parmitano hat die Proben für die FASES-Anlage aus dem europäischen Weltraumtransporter ATV-4 geholt und die Anlage drei Stunden lang im Columbus-Labor installiert.

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 Stabilitätskontrolle. 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. Experimente in der FASES-Anlage sollen den Zusammenhang zwischen Stabilität der Emulsion und den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Tröpfchen-Grenzflächen unter Schwerelosigkeit herausfinden.

Experimentbeschreibung:

FASES wird im Fluid Science Labor (FSL) der ESA im europäischen Columbus-Modul betrieben. Die 35 Kilogramm schwere und 40 x 28 x 27 Zentimeter große FASES-Box beherbergt 44 kleine, mit Flüssigkeiten gefüllte Experimentzellen, zwei Diagnose-Einheiten und eine Fördereinrichtung. Für FASES wurden zwei unterschiedliche Typen von Experimentzellen entwickelt, die mit exakt definierten, in Zusammensetzung und Konzentration unterschiedlichen Gemischen aus hochreinem Wasser, Paraffin und Hexan gefüllt sind. Ein "Förderband" transportiert die je einen Milliliter fassenden Experimentzellen an zwei Messstationen vorbei. An den beiden Diagnoseinstrumenten angekommen, laufen die eigentlichen Messungen ab. So ist die Thermal Conditioning Unit (TCU) mit angeschlossenem Mikroskop für die transparente Probengruppe zuständig. Mit der TCU wird die zeitliche Änderung der Tröpfchengrößenverteilung gemessen. Im Differential Scanning Calorimeter (DSC) werden die nicht-transparenten Proben in festgelegten Versuchsabläufen untersucht. Gemessen werden Unterschiede von Wärmeströmen in einer Probe beim Durchfahren definierter Temperaturrampen. Wiederholte Messungen in definierten zeitlichen Abständen lassen dann ebenfalls auf die zeitliche Änderung der Tröpfchengrößenverteilung schließen. FASES wurde kurz nach dem Andocken des eurropäischen Weltraumtransporters ATV-4 an der Raumstation von der Crew entladen. Die haltbarkeitsbeschränkten Zellen mussten zügig nach ihrer Ankunft auf der ISS im FSL verarbeitet werden. Die weiteren Experimente sind im Zeitraum von sechs bis acht Monaten geplant. Die Daten werden in dieser Zeit kontinuierlich zur Erde gesandt und an die Wissenschaftler zur Auswertung verteilt.

Status:

Der Transport zur ISS erfolge mit ATV-4 Anfang Juni 2013. Die Messkampagnen erstrecken sich von September 2013 bis Mitte 2014.

Perspektiven für Forschung und Anwendung:

Aus den ISS-Experimenten werden grundlegende Erkenntnisse und Daten zum dynamischen Verhalten von Emulsionen erwartet. Damit können dann Vorhersagen zur Produktion maßgeschneiderter Mischungen gemacht werden, was für industrielle Anwendungen interessant ist.

Start: 6. Juni 2013 / ATV-4 Albert Einstein
ISS-Zeitraum Mitte 2013 bis 2014
Unterbringung Fluid Science Lab (FSL) im Columbus-Modul
Experimentator Dr. Reinhard Miller
Einrichtung Max-Plack-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung
Bereich Fluidphysik
Partner ESA, multinationales Tropical Team

 

Zuletzt geändert am:
03.07.2014 12:12:31 Uhr