Thixotropie

Der Begriff der Thixotropie

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(griechisch: thixis = das Berühren und trepo = ich wende, ändere) bezeichnet die Eigenschaft eines Nicht-Newtonschen Fluids, bei einer konstanten Scherung über eine Zeitachse X die Viskosität abzubauen. Nach Aussetzung der Scherbeanspruchung wird die Ausgangsviskosität wieder aufgebaut. Vereinfacht heisst das, je länger man eine thixotrope Flüssigkeit umrührt, desto dünnflüssiger wird sie. Der Begriff wurde von dem Grundlagenforscher Herbert Freundlich geprägt.

Dieses Verhalten ist eng verwandt mit der Strukturviskosität, bei der die Viskosität durch Scherung auf einen Wert erniedrigt wird, aber bei konstanter Scherbeanspruchung nicht weiter abbaut. Die Ursache dafür ist die gleiche: Die Struktur im Fluid ändert sich, so dass kleinere Wechselwirkungen zwischen den Partikeln auftreten. Nach der Einwirkung der Scherkraft relaxiert diese Strukturänderungen nicht sofort.

Das gegensätzliche Verhalten wird Rheopexie genannt. Rheologie ist die Wissenschaft, die sich mit dem Verformungs- und Fließverhalten von Materie beschäftigt.

Beispiele für thixotrope Fluide:

• feuchter Kaffee-Satz
• Synovial-Flüssigkeit in den Gelenken ist durch die darin enthaltene Hyaluronsäure thixotrop, weswegen man sich vor sportlichen Betätigungen aufwärmen soll.
• Ketchup ^[1]: muss meist geschüttelt werden, bevor er aus der Flasche läuft.
• Zahncreme soll, wenn sie aus der Tube gepresst wird, als hochpastöse Masse auf der Zahnbürste liegen. Die Relaxationszeit ist hier sehr kurz.
• zahnärztliche Abformmaterialien insbesondere Polyether sind unter Druck bei Platzierung des Abformlöffels im Mund und der damit verbundenen Kompression der Masse fließfähiger. Dies ist der Darstellung schwieriger Details durch ein besseres Anfließen zuträglich.
• Spritzlack soll nach dem Aufspritzen möglichst schnell zähflüssig werden, beim Zerstäuben und Auftreffen allerdings sehr dünnflüssig.
• Druckfarben werden durch mechanische Einwirkung wie Rühren, Schütteln, Umspachteln oder Rakeln von einer festen oder pastösen Konsistenz in eine fließende Konsistenz überführt. Im Offsetdruck erledigen diese Aufgabe die Farbspaltungen im Farbwerk, verstärkt durch oszillierende Verreiberwalzen. Auf dem Bedruckstoff soll die Zügigkeit wieder zunehmen.
• Dispersionsfarben
• Lippenstift
• Sand-Wasser-Gemische, vorwiegend in Ufernähe
• Treibsand, trocken ein Sand-Gas-Gemisch.
• Bohrsuspensionen (Spülung) für Tiefenbohrungen haben thixotropes Verhalten. Bohrsuspensionen fördern das Bohrklein an die Oberfläche, bei Stillstand der Spülpumpen wird durch die Thixotropie der Bohrsuspensionen das Absinken des Bohrkleins zurück in den Bohrschacht verhindert, obwohl die Bohrspülung sich nicht aufwärts bewegt.
• Thixotropiebildner verhindern bei Korrosionsschutzölen ein Ablaufen, indem sie nach dem Aufsprühen auf Metalloberflächen scherungsbedingt ihre Konsistenz verändern
• Joghurt zählt hingegen nicht zu den thixotropen Fluiden, da seine Strukturveränderungen nach dem Zerdrücken irreversibel sind.
• Vertraut ist thixotropes Verhalten auch durch das Kneten von Ton oder Knetmasse.

Thixotropie in der Bodenkunde

In der Bodenkunde bezeichnet Thixotropie einen Vorgang in feinkörnigen, meist tonigen Sedimenten, bei dem durch mechanische Beanspruchung reversible Viskositätsunterschiede auftreten. Typisch ist ein Wechsel fest -> flüssig durch Erschütterung mit anschließender Rückkehr in den festen Zustand. Thixotrop sind z.B. Quickerde, Quickton und Treibsand.

Ausschlaggebend für diese Eigenschaft sind Korngrößenzusammensetzung und Art der sedimentbildenden Stoffe. Meist sind es plättchenförmige Tonminerale, die sich - in mikroskopischem Maßstab - zunächst in alle Raumrichtungen gegeneinander abstützen. Bei Erschütterung bricht die Struktur wie ein Kartenhaus in sich zusammen, die Mineralplättchen parallelisieren sich und beginnen mangels interner Haftkräfte und unter Einwirkung der Schwerkraft aneinander vorbeizugleiten.

Quellen

1. ↑ Physik TU-München "Viskosität"