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Rheologische Untersuchungen im System Wasser-Ton-Email-Elektrolyt

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Zusammenfassung

Mit einem Haake-Rotationsviskosimeter wurde die Viskosität verschiedener wäßriger Tonsuspensionen ohne und mit Elektrolytzusatz untersucht. Sämtliche untersuchten Tone zeichneten sich durch eine mehr oder weniger starke Elektrolytabhängigkeit aus. Die beiden Bestandteile eines Elektrolyten, Kation und Anion, wirken rheologisch entgegengesetzt. Kationen erhöhen, Anionen dagegen senken die Viskosität. Die Wirksamkeit der Kationen konnte mathematisch als eine Funktion der Polarisierungskraft formuliert werden. Von der Polarisierungskraft ist die Hydrathüllendicke, und von dieser wiederum die Abschirmung der Kationenladung abhängig. Die Polarisierungskraft ist außerdem ein Maß für die Basizität der Kationen. Somit können alle im Zusammenhang mit der Elektrolytabhängigkeit auftretenden rheologischen Erscheinungen an Tonsuspensionen auf eine einzige Größe, die Polarisierungskraft, zurückgeführt und durch sie erklärt werden.

Die Kenntnis von den rheologischen Eigenschaften der Tone ermöglicht es, auch das Fließverhalten von tonhaltigen Emailschlickern zu verstehen und dasselbe in gewünschter Weise zu verändern. Reine Email-Wasser-Suspensionen sind thixotrop (besser ‚'pseudothixotrop“), angerührte Ton-Wasser-Suspensionen dagegen rheopex (besser ‚'pseudo-rheopex“). Durch Überlagerung beider Systeme erhält man ein strukturviskoses System. Hierzu sind etwa 30–40 Gew.-% Tonzusatz erforderlich. Man kann die Tonmenge erheblich senken, wenn die strukturviskose Verknüpfung der Tonteilchen untereinander durch Kationen, insbesondere Alkalikationen, bewerkstelligt wird. Die Kationen erzeugen die Viskosität, die Anionen beeinflussen die Fließgrenze.

Die Tone wurden durch zwei rheologische Kenngrößen, denτ r - und denΔ-Wert, klassifiziert. Diese Größen charakterisieren eindeutig das Fließ- und Elektrolytverhalten kaolinitischer Tonsuspensionen und ermöglichen es, aus natürlichen Tonen Gemische mit gezielten rheologischen Eigenschaften herzustellen.

Summary

The rheological behaviour of aqueos suspensions of several natural clays was studied by means of a Haake Rotovisko rotating viscometer. The viscosity of clay suspensions depends on electrolytes. The two constituents of electrolytes, cation and anions, produce contrary rheological effects. Cations increase, but anions lower viscosity. The cation effectiveness was mathematically formulated as a function of polarization capacity. The connexion is the following: cation effectiveness is dependent on cation charge screening. Cation charge screening is based on solvation hull thickness. Solvation hull thickness depends on polarization capacity. Besides this polarization capacity is a criterion for the electropositive charakter of cations. So it is possible to explain the rheological behaviour of aqueous clay suspensions and to reduce the rheological effects to the polarization capacity of cations.

The knowledge of the rheological clay properties makes it possible to understand the flow behaviour of clay containing enamel suspensions and to vary it in a different manner. Mere enamel water suspensions are thixotropic, on the contrary clay water suspensions are rheopexic. As a result of overlapping of both systems, a structure-viscous system is obtained. This needs an amount of 30–40% of clay. However, the amount of clay may be descreased, if cations with low polarization capacities, especially alkali cations, are added.

Clays are classified by two characteristic rheological numbers, theτ r - and theΔ-value. Both values characterize flow- and electrolytic properties of kaolinitic clay suspensions and allow to produce mixtures from natural clays with special rheological properties.

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  1. M. Schön

    Present address: Anorganische Abteilung, Farbenfabriken Bayer, Leverkusen

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    Authors
    1. M. Schön
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    Herrn Professor Dr. K.Hansen zum 60. Geburtstag gewidmet

    Herrn Dr.H. Kyri danke ich für sein beständiges Interesse an dieser Arbeit und für ideenreiche Diskussionen. Besonderen Dank schulde ich FrauB. Schultes für ihre unermüdliche und hilfreiche Mitarbeit.

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    Schön, M. Rheologische Untersuchungen im System Wasser-Ton-Email-Elektrolyt. Rheol Acta 9, 1–29 (1970). https://doi.org/10.1007/BF01984591

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