Überwachung der Tensidkonzentration für industrielle Bäder und Elektrolyseprozesse
Reinigungsbäder – Galvanikbäder – Ätzbäder – elektrolytische Metallraffination
Tenside übernehmen in industriellen Bädern wichtige Funktionen. In Reinigungsbädern sind sie der wirksame Bestandteil, im Galvanikbad oder Ätzbad sorgen Sie als Netzmittel für gleichmäße Benetzung des gesamten Werkstücks. Wenn wie bei der Galvanik oder bei der elektrolytischen Gewinnung und Raffination von Metallen wie Kupfer Gase freigesetzt werden, verhindern Tenside durch Verkleinerung aufsteigender Gasblasen oder durch einen Schaumteppich die Entstehung giftiger oder ätzender Sprühnebel (Säurenebel). Damit all diese Prozesse optimal ablaufen, muss der Tensidgehalt in regelmäßigen Abständen überprüft werden.
Regelmäßige Badkontrollen mit einem mobilen Blasendrucktensiometer
Die Kontrolle sollte engmaschig erfolgen, um schnell reagieren zu können, wenn die Tensidkonzentration unter einen kritischen Wert gesunken ist. Andernfalls können hohe Kosten durch Qualitäts- und Zeitverluste entstehen: Die Anlage muss für längere Zeit gestoppt werden, Schaum oder Schmutz müssen aufwändig von Hand abgeschöpft und Teile nachgereinigt werden, während sich die Aufträge stauen.
Für die Überwachung bieten sich mobile Lösungen an, damit der Tensidgehalt direkt im Bad oder an Ort und Stelle nach einer schnellen Probenentnahme gemessen werden kann. All das leisten Badkontrollen auf Basis der Oberflächenspannung mit einem Blasendrucktensiometer.
Konzentrationsmessung anhand der Oberflächenspannung – eine Aufgabe mit Hindernissen
Die Oberflächenspannung von Tensidlösungen hängt von der Konzentration ab; daher ist es naheliegend, diese Größe auch für die Badkontrolle heranzuziehen. Da auch die Wirkung der Tenside in den Bädern direkt oder indirekt mit der Verringerung der Oberflächenspannung zusammenhängt, wird mit deren Messung eine prozessnahe Größe erfasst. Allerdings reduzieren Tenside die Oberflächenspannung nur unterhalb der kritischen Mizellkonzentration (CMC). Oberhalb dieser Konzentration ist die Oberfläche mit Tensidmolekülen gesättigt und in der Lösung bilden sich die als Mizellen bezeichneten Molekülaggregate. Die Oberflächenspannung bleibt konstant und ist keine geeignete Prüfgröße mehr. Dabei liegt der Tensidgehalt in industriellen Bädern fast immer oberhalb der CMC.
Die Lösung: Messung der dynamischen Oberflächenspannung
Die Blasendruckmethode ist dennoch für die Badkontrolle geeignet, weil sie die Oberflächenspannung frisch gebildeter Oberflächen misst, bei denen die Tensidsättigung noch nicht stattgefunden hat. Diese dynamische Oberflächenspannung hängt auch oberhalb der CMC stark von der Tensidkonzentration im Inneren der Lösung ab. Das Verfahren basiert auf der Messung des Innendrucks von Gasblasen, die mithilfe einer Kapillare in der Probe erzeugt werden. Das Oberflächenalter kann durch Variation der Blasenbildungsgeschwindigkeit über einen großen Bereich eingestellt und für das jeweilige Tensid optimiert werden.
Von der Eichkurve zur mobilen Einpunktmessung
Um die Blasendruckmethode für die Badkontrolle zu nutzen, wird zunächst im Labor eine Eichkurve für das jeweilige Tensid erstellt. Dabei wird erstens die genaue Korrelation zwischen Oberflächenspannung und Konzentration bestimmt und zweitens das Oberflächenalter ermittelt, bei dem die dynamische Oberflächenspannung am stärksten von der Konzentration abhängt.
Dieses Oberflächenalter wird am Messinstrument eingestellt und für die Badkontrolle verwendet. Moderne Messinstrumente greifen auf gespeicherte Eichkurven zu, zeigen die Tensidkonzentration an und validieren das Ergebnis anhand zuvor definierter Grenzwerte. Zudem stellen sie den Trend der letzten Messungen dar, damit der Zeitpunkt einer notwendigen Nachdosierung abgeschätzt werden kann. Auf diese Weise lässt sich Qualitätsverlusten und Ausfallzeiten mit geringem Aufwand vorbeugen.
