Flüssigkeitsbrücken

Flüssigkeitsbrücken sind kapillare Verbindungen aus Flüssigkeit, die sich zwischen Feststoffpartikeln oder zwischen einem Partikel und einer festen Wand bilden. Sie entstehen, wenn eine kleine Menge Flüssigkeit in einem ansonsten gasgefüllten Porenraum vorhanden ist. Aufgrund von Benetzungs- und Kapillarkräften bildet sich die Flüssigkeit dann als Meniskus zwischen den Festkörperoberflächen aus.

Solche Flüssigkeitsbrücken erzeugen Anziehungskräfte zwischen den beteiligten Feststoffpartikeln. Verantwortlich hierfür sind der Kapillardruck und die Oberflächenspannung der Flüssigkeit in Kombination mit dem Benetzungsverhalten der Feststoffoberfläche. Eine häufig verwendete, vereinfachte Beziehung für den Kapillardruck in einer Flüssigkeitsbrücke lautet:

p_(cap) = 2 * γ * cos(θ) / r

• p_(cap): Kapillardruck in der Flüssigkeitsbrücke
• γ: Oberflächenspannung der Flüssigkeit
• θ: Benetzungswinkel (Kontaktwinkel)
• r: charakteristischer Krümmungsradius des Meniskus

Je größer die Oberflächenspannung, desto größer wird der Kapillardruck. Eine gute Benetzung (kleiner theta, cos(theta) nahe 1) verstärkt die Anziehung zusätzlich. Die aus p_(cap) resultierende Kraft F_(cap) auf einen Partikelverbund kann näherungsweise aus der wirksamen Kontaktfläche A abgeschätzt werden:

F_(cap) ≈ p_(cap) * A

• F_(cap): Kapillarkraft
• A: Wirksame Kontaktfläche der Flüssigkeitsbrücke

In Schüttgütern können Flüssigkeitsbrücken die Kohäsion deutlich erhöhen. Feuchte Pulver neigen zu Anbackungen, Brückenbildung in Silos und zur Bildung von Agglomeraten. Je nach Flüssigkeitsmenge unterscheidet man penduläre Zustände (vereinzelt ausgebildete Flüssigkeitsbrücken), funikuläre Netzwerke und kapillare Sättigung. In der Praxis spielen Flüssigkeitsbrücken eine Rolle bei der Agglomeration, der Trocknung, den Fließproblemen feuchter Pulver sowie bei der Bewertung der Reinigbarkeit und der Restanhaftungen in Apparaten.