Struktur-Wirkungsbeziehungen bei der Verminderung der Wandreibung in Strömungssystemen durch supramolekulare Strukturen (PDF)

Strömungen in Rohrsystemen verursachen Druck- und Energieverluste und können im Falle korrosiver Medien oberhalb kritischer Strömungsintensitäten auch verantwortlich für die Initiierung von strömungsinduzierter Lokalkorrosion (SILK) sein. Betroffen hiervon sind insbesondere Rohrsysteme in den Bereichen Öl- und Gasförderung bzw. -transport, Raffinerie, Chemie, Kraftwerke oder Fernwärme. Als kritische Größe für die Initiierung von SILK wird üblicherweise die Schubspannung als Maß für die Reibung zwischen turbulent strömenden Fluiden und Wand angegeben. Hochmolekulare Polymere und oberflächenaktive Verbindungen können Wandschubspannungen in Strömungssystemen auf Werte reduzieren, die unkritisch für die Zerstörung von schützenden Deckschichten sind und damit das Auftreten von SILK vermindern. Im Rahmen dieser Arbeit wurde am Beispiel von Polyglycerin und Polyethylenimin untersucht, ob hyperverzweigte globular strukturierte Polymere grundsätzlich als Drag Reducer einsetzbar sind und ggf. eine höhere Degradationsbeständigkeit in hohen Scherfeldern aufweisen als oberflächenaktive Verbindungen wie Tenside. Unter Anwendung elektrochemischer und rheologischer Untersuchungsmethoden wurde nachgewiesen, dass auch globulare Strukturen wie die der Polyglycerine und Polyethylenimine eine Verminderung der Wandschubspannung bewirken, wenn deren Größe ausreichend hoch ist. Dabei wurden jedoch elektrochemisch und rheologisch unterschiedliche Intensitäten der Fließbeeinflussung gemessen. Dies kann dadurch erklärt werden, dass lokale Strömungsintensitäten die Konzentration von Additiven in Wandnähe beeinflussen was zu einer Zunahme der Viskosität in der Phasengrenzschicht und damit zu einer Beeinflussung der Wechelwirkungsintensität Fluid/Wand führt. Dies kann bereits eine Verminderung des strömungsinduzierten Korrosionsangriffs bewirken. Somit wurde mit den hyperverzweigten Polyglycerinen eine Substanzklasse mit neuer supramolekularer Struktur gefunden, welche wie die hochmolekularen Polymere und oberflächenaktiven Substanzen mit amphipathischer Struktur strömungsverbessernde Eigenschaften besitzt.