Emulsionen per Gas an- und abschalten

Majonäse, Waschlauge, Hautcreme, Erdölförderung oder Kunststoffproduktion: Wenn Substanzen wie Wasser und Öl sich nicht freiwillig zu Emulsionen mischen, helfen Chemiker mit so genannten Emulgator-Molekülen nach. Jetzt haben nordamerikanische Forscher auch eine Möglichkeit gefunden, das Ganze einfach, schnell und billig wieder voneinander zu lösen.

Kingston (Kanada)/Atlanta (USA) - Sie leiten Kohlendioxid oder Luft in die Mischung und können den Emulgator nach Belieben und wiederholt an- und ausschalten. Das Verfahren dürfte nicht nur der Kunststoffindustrie gelegen kommen, denn bisher ist das Emulgieren entweder nicht rückgängig zu machen, oder die Emulgatoren verändern die Ausgangsstoffe, die kompliziert und teuer wieder gereinigt werden müssen. Auch die Erdölindustrie dürfte profitieren, erlaubt die Methode doch, bisher nicht förderbare Ölvorkommen doch aus dem Boden zu spülen.

"Viele industrielle Anwendungen, die auf Emulsionen basieren, würden von einer effizienten, schnellen Methode profitieren, diese Emulsionen zu einem speziellen, gewünschten Zeitpunkt zu trennen", schreiben die Forscher um Philip G. Jessop und Yingxin Liu im Fachblatt "Science". Die Chemiker der Queens University im kanadischen Kingston und des Georgia Institute of Technology in den USA experimentierten mit so genannten Emulgatoren oder Tensiden, die die Grenzflächenspannung zwischen den an sich nicht mischbaren Substanzen senken und winzige Tröpfchen der einen Substanz in der anderen, eine Emulsion, stabilisieren. Diesen Zustand rückgängig zu machen, erforderte bisher allerdings komplizierte chemische Verfahren, Veränderungen der Temperatur oder des pH-Wertes.

Im Verfahren von Jessop und Kollegen jedoch müssen lediglich Kohlenstoff oder Luft durch die Mischung gesprudelt werden, und das Emulgieren lässt sich beliebig oft und reversibel wiederholen: Das Team entdeckte, dass langkettige Alkyl-Amidin-Verbindungen bei Raumtemperatur zugesetztes Kohlendioxid binden und dann an einem Ende des Moleküls eine positive Ladung tragen. Dieses Ende zieht die bipolaren Wassermoleküle an, während das andere Ende wasserabstoßend reagiert, sich aber mit öligen Substanzen mischt. Diese zusammenhaltende Wirkung wird wieder aufgehoben, wenn bei 65 Grad Celsius Luft, Stickstoff oder Argon durch das Gemisch blubbern: Sie verdrängen das Kohlendioxid, neutralisieren die Alkyl-Amidin-Moleküle wieder und brechen so die Emulsion.

Der Vorteil des Verfahrens liegt in seiner Schlichtheit, die sich auf Verarbeitungsgeschwindigkeit und Preis niederschlägt, sowie darin, dass Kohlendioxid und Luft einfach und überall zu haben sind. Nachdem sich die Methode im Labor bewährt hat, müssen nun Praxistests den Einsatz in industrielle Verfahren umsetzen.