gelbildung

Gelbildung bezeichnet den Prozess, bei dem aus einem flüssigen Sol eine dreidimensionale, vernetzte Struktur entsteht, die das Lösungsmittel stark bindet und zu einer gelartigen Substanz führt. Der Sol-Gel-Übergang wird Gelation genannt. In vielen Systemen entsteht das Netzwerk durch Wechselwirkungen oder kovalente Verknüpfungen zwischen Gelbildnern, wodurch ein zusammenhängendes Netzwerk den Stoff stabilisiert. Der Gelpunkt markiert den Übergang, ab dem das Gewebe eine dominierende elastische Reaktion zeigt; rheologisch lässt sich dies oft über den Vergleich von Speicher- und Verlustmodul G' und G'' charakterisieren.

Man unterscheidet chemische Gele, in denen das Netzwerk durch kovalente Bindungen fixiert wird, und physikalische Gele, bei denen die Verknüpfungen durch reversible Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrücken, Ionenbindungen oder hydrophobe Effekte entstehen. Initiierung kann chemisch erfolgen (Katalysatoren, Enzyme, Radikalbildung) oder durch physikalische Prozesse wie Temperaturänderungen oder Verdunstung. Beispiele: Alginatgel, das durch Kalziumionenbindung vernetzt wird; Gelatine- oder Stärkegagele, die durch Temperatur- oder Strukturveränderungen entstehen; Silikagel-Systeme, die durch Hydrolyse und Polycondensation von Silanen gebildet werden.

Die Eigenschaften von Gelegen hängen von Vernetzungsdichte, Lösungsmittelgehalt und Bindungstyp ab. Typische rheologische Merkmale sind G' und G'', sowie der Gelpunkt. Gelbildung wird von Parametern wie Polymerkonzentration, Temperatur, pH-Wert, Ionenstärke und dem Vorhandensein von Initiatoren oder Katalysatoren beeinflusst. Gele finden breite Anwendungen in der Lebensmitteltechnik, Biomedizin (Hydrogele als Drug-Delivery-Träger oder Gerüste für Gewebe) und der Materialwissenschaft (Hydrogele, Aerogele, Xerogele).