Schaumsysteme

Schaumsysteme bezeichnen Strukturen, in denen gasförmige Phasen in einer kontinuierlichen Matrix eingeschlossen oder dispergiert sind. Sie bilden poröse Gewebe mit niedriger Dichte und variablen mechanischen Eigenschaften. Grundsätzlich lassen sich Schäume in flüssige Schäume (Gas in einer Flüssigkeit) und feste Schäume (Gas in einem Festkörper, z. B. Metall-, Polymer- oder Keramikschaum) unterscheiden.

Die Eigenschaften eines Schaums hängen von der Blasenverteilung, dem Gasanteil, der Dicke der Filmlamellen um die Blasen sowie von Drainage- und Koaleszenzprozessen ab. Wichtige Kenngrößen sind Porosität, Dichte, Blasengröße und Festigkeit der Matrix. Dünne Filmschichten neigen zu stabilerem Zustand, während Drainage und Ripening zu einer Änderung der Porenstruktur führen können.

Die Stabilisierung erfolgt durch Grenzflächenaktive Substanzen wie Tenside, Proteine, Polymere oder Nanopartikel, die Filmstabilität erhöhen und Koaleszenz sowie Ostwald-Reifung hemmen. Methoden zur Herstellung umfassen mechanisches Schlagen oder Rühren, Gasinjektion, Treibmittel in der Kunststoffindustrie oder Blasformen in der Bau- und Verpackungsbranche.

Anwendungen finden sich in der Dämmtechnik (Schaumstoffe und poröse Bauelemente in Beton), in der Verpackung, in Möbeln und Fahrzeugen, in Lebensmitteln und Kosmetikprodukten (Schaumseifen, Schlagsahne) sowie in der Luft- und Metallverarbeitung (Metallschaum, Leichtbaustrukturen).

Die Charakterisierung umfasst Dichte, Porosität, Porengrößenverteilung, mechanische Eigenschaften und rheologische Verhalten. Bildgebende Verfahren wie Mikroskopie oder Computertomografie sowie standardisierte Tests liefern relevante Daten. Der Forschungsbedarf liegt u. a. in der weiteren Stabilisierung von Schäumen, nachhaltigen Treibmitteln, sowie der Entwicklung effizienterer oder recycelbarer Schaumsysteme.