Future Materials | 15.09.2023

Unsere beständigsten Hydrocolloide, unübertroffenes Potenzial.

Neuüberlegung von Formulierungen

Eine Hauptfunktion jedes Rheologieadditivs ist es, die Lösung auf die gewünschte Viskosität zu verdicken. Von den beiden Produkten, die wir betrachten, können Alginat und mikrokristalline Cellolosegele (MCG) dies gut über einen weiten pH-Bereich hinweg tun. Darüber hinaus zeigen MCGs auch bei niedriger Viskosität und Menge ausgezeichnete Stabilisierungseigenschaften. Alginat hingegen stabilisiert Dispersionsmittel nur nach ihrer Gelierreaktion mit mehrwertigen Kationen wie Calciumkationen. Die Reaktion von Calcium mit Alginat ist in Abbildung 1 dargestellt. Diese Gelierreaktion mit Calcium erfolgt exponentiell. Dies bedeutet, dass niedrige Konzentrationen von Calciumkationen unter 0,033% normalerweise keine Gelierung induzieren. Daher behindern durchschnittliche Mengen und Schwankungen von Calcium im Leitungswasser nicht den Produktionsprozess, und verschiedene Vor-Gele können gebildet werden.

Die bio-basierten Leistungsträger

Während Alginsäure-Gelnetzwerke durch hohe Scherscherenergie irreversibel zerstört und dann Klumpen bilden, sind ungelatierte Alginaten scherungsaufweitend. Hier zeigen Alginaten mit höherer Viskosität ein intensiveres Verhalten als Alginaten mit niedriger Viskosität bei gleicher Viskosität (Abbildung 2). In Bezug auf die Auswirkungen von Scherstress zeigen MCGs faszinierende Eigenschaften. Aufgrund eines thixotropen Charakters von MCG-haltigen Lösungen (wie in Abbildung 3 zu sehen) sind sie ideale Kandidaten für z.B. Spritzanwendungen und die gezielte Destabilisierung von statischen Dispersionen während der Anwendung.

Die bio-basierten Leistungsträger
Die bio-basierten Leistungsträger
Abbildung 2: Scherverdünnungsverhalten von Alginat. Rot: Alginat mit niedriger Viskosität bei 3%, Blau: Alginat mit hoher Viskosität bei 1%.
Abbildung 2: Scherverdünnungsverhalten von Alginat. Rot: Alginat mit niedriger Viskosität bei 3%, Blau: Alginat mit hoher Viskosität bei 1%.
Abbildung 3: Thixotroper Effekt von Mikrocellulose-Gelen. Unter Scherstress sinken die Gelstärke und Viskosität signifikant (Zeitpunkt 0), werden jedoch schnell wieder aufgebaut, wenn der Scherstress entfernt wird.
Abbildung 3: Thixotroper Effekt von Mikrocellulose-Gelen. Unter Scherstress sinken die Gelstärke und Viskosität signifikant (Zeitpunkt 0), werden jedoch schnell wieder aufgebaut, wenn der Scherstress entfernt wird.

Aber wie widerstandsfähig sind diese Netzwerke? Tatsächlich haben Mikrokristallzellulose-Gele und Alginat eine breite Toleranz gegenüber pH-Werten und bei MCGs sogar gegenüber Temperaturen. MCGs zeigen eine pH-Stabilität zwischen 4 und 10, während Alginat allein zwischen 4 und 8 stabil ist. Hinsichtlich der Temperaturstabilität behalten MCG-Gele und mit Calcium verfestigtes Alginat ihren Gelcharakter auch bei höheren Temperaturen bei. Im Gegensatz zu MCGs unterliegen Alginate jedoch einem Abbau-Prozess bei erhöhten Temperaturen. Dies muss bei der Formulierung berücksichtigt werden. Dennoch machen die chemisch unveränderte Natur von Alginaten und deren Anpassungsfähigkeit durch den Ioneninhalt sie zu hervorragenden Komponenten von bio-basierten und erneuerbaren Klebe- und Beschichtungssystemen. Darüber hinaus bieten die einzigartigen Synergien mit anderen Hydrokolloiden wie Pektinen unzählige Möglichkeiten zur Anpassung Ihrer einzigartigen Formulierung.

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