DE2326409C3 - Verfahren zur Messung des elektrokinetischen Potentials (Z-Potentials) - Google Patents
Verfahren zur Messung des elektrokinetischen Potentials (Z-Potentials)Info
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des elektrokinetischen Potentials (Zeta-Potentials), insbesondere
in der Siebpartie einer Papiermaschine bei der Herstellung von Papier unter Verwendung von zwei
Elektroden, die in Kontakt mit der wäßrigen Dispersion sind und an die ein Meßinstrument angeschlossen ist.
Das elektrokinetische Potential dispergierter Stoffe (Teilchen) wird bedingt durch die Ausbildung einer
elektrochemischen Doppelschicht. Diese kommt dadurch zustande, daß sich bei der Berührung zweier
Phasen diejenige mit der höheren Dielektrizitätskonstanten positiv gegenüber der anderen Phase auflädt.
Diese Aufladungen sichern beispielsweise die Stabilität disperser Systeme. Bei Kenntnis des elektrokinetischen
Potentials kann man durch gezielte Elektrolytzugabe dieses Potential und die Stabilität disperser Systeme
beeinflussen, wodurch beispielsweise bei der Papierherstellung die Bindung von Hilfs- und Füllstoffen an
Zellulosefasern steuerbar ist.
Bekanntlich entsteht bei der Papierherstellung das Papierblatt auf dem Sieb der Papiermaschine aus einer
wäßrigen Suspension, die durch dieses Sieb hindurch entwässert wird. Die festen oder gelösten Bestandteile
der Suspension sind außer den Zellstoffasern Füllstoffe, Pigmente, Leime Salze, dispergierte Kunststoffe u. a.
Jeder dieser Zusätze hat eine bestimmte Funktion, die das weite Gebiet von der Streckung des relativ teuren
Zellstoffaseranteils durch billigere Füllstoffe über die Beeinflussung der Farbe bis hin zu speziellen Eigenschalten,
wie Naßfestigkeit, Farbannahme, Durchsichtigkeit usw., überstreichen. Es ist also auf jeden Fall
günstig, eine möglichst große Retention aller Bestandteile zu erreichen, was durch laufende Messung und
Regelung des elektrokinetischen Potentials möglich wäre.
Die Grundlagen dieser Meßmethoden sind /.. B. die Elektroosmose, das Strömungspotential, die Elektrophorese
und das Sedimentationspotential. Diese Methoden arbeiten diskontinuierlich, weil zur Bestimmung des
elektrokinetischen Potentials eine Probe aus einer Substanz genommen und in eine entsprechende
Apparatur eingebracht werden muß. Solche Meßvorgänge einschließlich der immer notwendigen Reinieunesschritte
sind sehr zeitraubend.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 14 98 696 ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Größe für den
elektrostatischen Ladungszustand einer wäßrigen Dispersion geladener Teilchen bekannt, bei dem eine
Strömung dieser wäßrigen Dispersion über eine dielektrische Fläche geleitet wird und daß an in
Strömungsrichtung beabstandeten Stellen dieser Strömung Elektroden in Kontakt mit der wäßrigen
Dispersion gebracht werden und an einem an die beiden
ίο Elektroden angeschlossenen Meßinstrument ein Stromoder
Spannungswert gemessen wird.
Bei diesem Verfahren wird zwar kontinuierlich der elektrische Ladungszustand einer Dispersion gemessen,
und dieser Ladungszustand wird oftmals mit dem Zeta-Potential gleichgesetzt. Da aber in dieser bekannten
Meßapparatur ein Undefiniertes und zu geringes Schergefälle zwischen der festen Phase und dem
Dispersionsmittel erzeugt wird, was Voraussetzung für die Messung des Zeta-Potentials ist, kann das Zeta-Potential
damit nicht gemessen werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei geringem apparativem
Aufwand das elektrokinetische Potential, insbesondere dasjenige der wäßrigen Stoff-Suspension in der
Siebpartie bei der Herstellung von Papier, kontinuierlich gemessen werden kann.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß von den beiden Elektroden die eine Elektrode in Kontakt mit dem
Dispersionsmittel und die andere Elektrode in Kontakt mit der Dispersion gebracht wird, und daß die dem
Strömungspotential entsprechende Potentialdifferenz zwischen den Elektroden kontinuierlich gemessen wird.
Dabei wirkt es sich günstig aus, wenn bei der Messung
in einer Siebpartie mit Metallsieb, auf dem sich dispergierte Teilchen sammeln, das Sieb die eine
Elektrode bildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist direkt am Ort der Papierherstellung anwendbar, eine Probennahme ist
nicht nötig, so daß eine kontinuierliche Messung des elektrokinetischen Potentials gewährleistet ist. Dadurch
ist eine laufende Überwachung des elektrokinetischen Potentials der wäßrigen Suspension in der Siebpartie
der Papiermaschine möglich, wodurch eine ständige Kontrolle der Papierherstellung ermöglicht wird.
Das Verfahren erfordert einen äußerst geringen apparativen Aufwand. Eine Elektrode ist mit der
Suspension und die andere mit der wäßrigen Phase, d. h. mit dem durch das Sieb hindurchtretenden Abwasser, in
Kontakt gebracht.
Die Messung der Potentialdifferenz zwischen den Elektroden kann in an sich bekannter Weise mit
kommerziell erhältlichen Geräten erfolgen.
Der Aufbau der Meßanordnung zur Bestimmung des elektrokinetischen Potentials kann noch dadurch
vereinfacht werden, daß bei einer Siebpartie mit Metallsieb dieses Sieb die eine Elektrode bildet, wobei
nach einer Weiterbildurg der Erfindung die andere Elektrode, die mit der Dispersion (Suspension) in
Kontakt gebracht wird, zweckmäßigerweise aus dem gleichen Material wie das Sieb besteht, damit eine
Beeinflussung der Meßergebnisse auf Grund unterschiedlicher Elektrodenmaterialien nicht auftreten
kann.
Um Meßfehler durch Aufladungserscheinungen an den Elektroden zu vermeiden, werden polarisationsfreie
L.cktroden verwendet.
Um die Wirksamkeil, Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit
des erfindungsgemäßen Verfahrens zu
erhöhen, kann das der Potentialdifferenz zwischen den Elektroden entsprechende Meßsignal Einrichtungen zur
Regelung des elektrokinetischen Potentials zugeführt
werden. Diese Einrichtungen können spezielle Dosiervorrichtungen für die einzelnen Füll- und Hilfsstoffe
oder für andere das elektrokinetisrhe Potential beeinflussende Substanzen und Lösungen sein, wodurch
die Retention aller verwendeten Stoffe auf kontinuierlichem Wege optimierbar ist.
Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnung näher erläutert werden, in der schematisch die Siebpartie einer
Papiermaschine dargestellt ist mit einem Sieb 1, über dem sich eine wäßrige Suspension 3 aus Zellstoffasern,
Füllstoffen, Pigmenten, Leimen, Salzen und anderen dispergierten Stoffen befindet, die durch dieses Sieb
hindurch entwässert wird. Aus dieser wäßrigen Suspension entsteht das Papierblatt. Falls das Sieb 1 aus Metall
besteht, dient es als eine Elektrode 4, während als Gegenelektrode eine vorzugsweise aus den gleichen
Material wie das Sieb 1 bestehende Elektrode 5 mit der Oberfläche der Suspension 3 in Kontakt gebracht wird.
Besteht das Sieb 1 aus Kunststoff oder aus einem anderen nichtmetallenen Material, oder treten zwischen
dem Sieb und dem Elektrodenmaterial störende Polarisationserscheinungen auf, dann körnen, wie in der
Figur gestrichelt eingezeichnet, zwei vorzugsweise aus polarisationsfreiem Elektrodenmaterial bestehende
Elektroden 6 und 7 verwendet werden, von denen eine 7 in Kontakt mit der Suspension 3 und die andere 6 in
Kontakt mit dem Abwasser gebracht wird. Das durch das sich bildende Papiervlies der Suspension strömende
Wasser erzeugt ein dem elektrokinetischen Potential direkt proportionales Strömungspotential, das mit
einem zwischen den beiden Elektroden 4 und 5 bzw. 6 und 7 angeordneten Meßinstrument 8 bzw. 9 gemessen
wird. Das Meßsignal kann in bekannter Weise verstärkt und elektrischen oder pneumatischen Dosiereinrichtungen
zur Regelung des elektrokinetischen Potentials zugeführt werden.
Durch die kontinuierliche Messung des elektrokinetischen
Potentials kann die Zusammensetzung des Dickstoffes, der der Papiermaschine über das Sieb
zugeführt wird, laufend überwacht weiden und bei Veränderungen durch analoge Steuerung korrigiert
werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zur Messung des elektrokinetischen Potentials (Zeta-Potentials), insbesondere in der
Siebpartie einer Papiermaschine bei der Herstellung von Papier, unter Verwendung von zwei Elektroden,
die in Kontakt mit der wäßriger. Dispersion sind und an die ein Meßinstrument angeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden Elektroden (4, 5) oder (6, 7) die eine
Elektrode (4 oder 6) in Kontakt mit dem Dispersionsmittel und die andere Elektrode (5 oder
7) in Kontakt mit der Dispersion gebracht wird, und daß die dem Strömungspotential entsprechende
Potentialdifferenz zwischen den Elektroden kontinuierlich gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Messung in einer Siebpartie mit
Metallsieb (1), auf dem sich dispergierte Teilchen sammeln, das Sieb die eine Elektrode (4) bildet.
Priority Applications (1)
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