DE2326409A1

DE2326409A1 - Verfahren zur messung des elektrokinetischen potentials (zeta-potentials)

Info

Publication number: DE2326409A1
Application number: DE19732326409
Authority: DE
Inventors: Wieland Dipl Phys Dr Sack
Original assignee: Felex Schoeller Jr and GmbH and Co KG
Current assignee: Sack Wieland Dipl-Physdr 4516 Bissendorf De
Priority date: 1973-05-24
Filing date: 1973-05-24
Publication date: 1974-12-12
Also published as: DE2326409C3; DE2326409B2

Description

Verfahren zur Messung des elektrokinetischen Potentials (Zeta-Potentials) Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des elektrokinetischen Potentials (Zeta-Potentials), insbesondere in der Siebpartie bei der Herstellung von Papiers durch Messung des dem elektrokinetischen Potential direkt proportionalen Strömungspotentials einer Dispersion, in der sich die dispergierten Stoffe und das DispersionsmitteL relativ zueinander bewegens Das elektrokinetische Potential dispergierter Stoffe (Teilchen) wird bedingt durch die Ausbildung einer elektro-chemischen 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 beispiels weise 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 Papier herstellung die Bindung von HiLfs- und Füllst offen an ZeLlulosefasern steuerbar ist.
Bekanntlicb entsteht bei der Papierherstellung das Papierblatt auf dem Sieb der Papiermaschine aus einer wässrigen Suspension, die durch dieses Sieb hindurch entwasser 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 bin zu spezieLLen Eigenschaften, wie Naßfestigkeit, Farbannahme, Durchsichtigkeit usw., überstreichen.
Viele dieser Zusätze sind teuer, und viele erscbweren die Klärung der Abwässer. Es ist also auf jeden Fall günstig, einen möglichst geringen Teil dieser Zusätze mit dem Abwasser aus dem sich bildenden Blatt abfLießen zu lassen, d.h., es muß eine möglichst große Retention aller festen Bestandteile erreicht werden, was durch laufende Messung und Regelung des elektrokinetischen Potentials möglich wäre.
Es ist eine Reihe von Methoden bekannt geworden, nach denen das elektrokinetische Potential gemessen werden kann. Die Grundlagen dieser Meßmethoden sind beispieLsweise die Elektroosmose, das Strömungspotential, die Blektrophorese und das SedimentationspotentiaL. Alle diese Methoden arbeiten diskontinuierlich, weil zur Bestimmung des elektrokinetischen Potentials eine Probe aus einer Substanz genommen und in eine entspreebende Apparatur eingebracht werden muß. Solche Meßvorgänge einschließlich der immer notwendigen ileinigungsschritte sind sehr zeitraubend. Außerdem ist der apparative Aufwand meistens sehr erheblich.
Insbesondere bei der Papierherstellung in der Siebpartie und überall dort, wo dispergierte Stoffe mit Hilfe eines Siebs oder eines Filters vom DispersionsmitteL getrennt werden, bietet es sieb an, mit Hilfe des Strömungspotentials das elektrokinetische Potential zu messen. Es ist bereits bekannt, dafür Vorrichtungen zu verwenden, die ein U-Rohr umfassen, in das ein Pfropfen aus den dispergierten Stoffen hineingebracht wird. An den Stirnseiten des Pfropfens werden Elektroden angebracbt. In den beiden Schenkeln des U-Rohres steht die meist mit Hilfe von Druckgas durch den Pfropfen zu drückende Flüssigkeit Auch diese ilethode ist, wie zuvor schon gesagt, eine diskontinuierliche Methode. Nach jedem Meßvorgang muß das U-Rohr gereinigt und neu beschickt werden.
Sie ist, wie alle anderen bisher bekannten Methoden, nicht geeignet, die Meßwerte kontinuierlich zu erhalten und diese Meßwerte einer automatischen Steuerungsvorrichtung zur Einstellung des elektrokinetischen Potentials zuzuführen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, 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 meßbar ist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwei Elektroden in Strömungsrichtung des DispersionsmitteLs im Abstand voneinander angeordnet sind, derart, daß die eine Elektrode in Kontakt mit dem Dispersionsmittel und die andere Elektrode in Kontakt mit der Dispersion ist, und daß die dem Strömungspotential entsprechende Potentialdifferenz zwischen den Elektroden kontinuierlich gemessen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist direkt am Ort de Papierherstellung anwendbar. Eine Probennahme, wie bei den bekannten Verfahren, ist nicht nötig, so daß eine kontinuierliche Messung des elektokinetischen Potentials gewährleistet ist. Dadurch ist eine laufende Überwachung des elektrokinetischen Potentials der wässrigen Suspension in der Siebpartie der Papiermaschine gestattet, wodurch eine ständige Kontrolle der verschiedenen zu erreichenden Papiereigenschaften ermöglicht wird. Dadurch kann durch geeignete Wahl der Konzentration und Art der Ionen und weitere Zugabe geeigneter Elektrolyten das elektrokinetische Potential so beeinflußt werden, daß eine optimale Retention aller festen Bestanzteile erreichbar ist.
Das Verfahren erfordert einen äußerst geringen apparativen Aufwand. Es wird lediglich eine Elektrode mit der Suspension und die andere Elektrode mit der wässrigen Phase, d.h. mit dem durch das Sieb bindurchtretenden Abwasser, in Kontakt gebracbt.
Die Messung der Potentialdifferenz zwischen den Elektroden karfn 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 Weiterbildung der Erfindung die andere Elektiode, 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 Aufladungserscheinunren an den Elektroden zu vermeiden, werden polarisationsfreie Elektroden verwendet.
Um die Wirksamkeit, leistunrn-;sfähigkeit und Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erhöhen, kann das der Potentialdifferenz zwischen den Elektroden entsprechende Meßsignal Einrichtungen zur Regelung des eLektrokinetischen Potentials zugeführt werden0 Diese Einrichtungen können spezielle Dosiervorrichtungen für die einzelnen Füll-und Hilfsstoffe oder für andere das elektrokinetische Potential beeinflussende Substanzen und Lösungen sein, wodurch die Retention aller verwendeten Stoffe auf kontinuierlichem Wege optimierbar ist0 Die Erfindung soll nun an Hand der beigefügten 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. Ills das Sieb 1 aus Metall besteht, dient es als eine Elektrode 4, während als Gegenelektrode eine vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das Sieb 1 bestehende Elektrode 5 mit der Oberfläche der Suspension 3 in Kontakt gebracht wird. Bestebt das Sieb 1 aus Kunststoff oder aus einem anderen nichtmetallenen Material, oder treten zwischen dem Sieb und dem Elektrodenmaterial störende Polarisationserscheinungen auf, dann können, 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 werden und bei Veränderungen durch analoge Steuerung korrigiert werden.

Claims

Patenta nsprüche
Verfahren zur Messung des elektrokinetischen Potentials (Zeta-Potentials), insbesondere in der Siebpartie bei der Herstellung von Papier, durch Messung des dem elektrokinetischen Potential direkt proportionalen Strömungspotentials einer Dispersion, in der sich die dispergierten Stoffe und das Dispersionsmittel relativ zueinander bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Elektroden (4, 5 oder 6, 7) in Strömungsrichtung des Dispersionsmittels im Abstand voneinander angeordnet sind, derart, daß die eine Elektrode (4 oder 6) in Eontakt mit dem Dispersionsmittel und die andere Elektrode (5 oder 7) in Kontakt mit der Dispersion ist, und daß die dem Strömungspotential entsprechende PotentiaLdifferenz zwischen den Elektroden kontinuierlich gemessen wird 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Siebpartie mit MetaLLsieb dieses Sieb (1) die eine Elektrode (4) bildet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Elektrode (5) mit der Suspension (3) in Kontakt ist und aus dem gleichen Material wie das Sieb (1) besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (4, 5 oder 6,7) polarisationsfrei sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Potentialdifferenz zwischen den Elektroden (4 und 5 oder 6 und 7) entsprechende Meßsignal Einrichtungen zur Regelgung des elektrokinetischen Potentials steuert.