Was ist ein poröser Festkörper?
Ein poröser Festkörper (poröses Material) ist ein Material mit einer großen Anzahl kleiner innerer Hohlräume oder Poren. In der Natur gibt es viele poröse Festkörper: Bimsstein, Holzkohle, Muscheln, Pflanzen, Knochen und andere Gewebe haben eine poröse Struktur. Auch Bienenstöcke haben eine poröse Struktur mit hohlen, regelmäßigen, sechseckigen Säulen, die ohne Zwischenräume angeordnet sind, was allgemein als Wabenstruktur bekannt ist.
Neben den natürlichen Materialien verarbeitet die Industrie auch Metalle, Harze, Glas und andere Materialien zu künstlichen porösen Strukturen und stellt je nach Verwendungszweck eine Vielzahl von porösen Festkörper her.
Anwendungen poröser Festkörper
In der Natur vorkommende poröse Festkörper werden häufig verwendet. Die wichtigsten natürlichen porösen Materialien und ihre Anwendungen sind folgende:
- Zeolithe: Katalysatoren, Bodenverbesserer und Wasserreinigungsmittel
- Holzkohle: desodorierendes, feuchtigkeitsabsorbierendes und filterndes Material
- Muscheln: Wasserreinigungsmaterial für Flüsse und Seen
Poröse Festkörper, die aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, finden ebenfalls in vielen Bereichen Anwendung:
- Poröse Metalle: Konstruktionsmaterialien für Gebäude und Industriemaschinen, Materialien zur Unfallvermeidung und Filter für Autos, künstliche Knochen und Implantate
- Poröses Glas: Trennmembranen, Katalysatorträger
- Poröse Harze (geschäumte Harze): Wärmedämmstoffe, Polstermaterialien, Schallabsorber
Eigenschaften poröser Festkörper
Die Eigenschaften poröser Festkörper hängen nicht nur von den Bestandteilen der Zusammensetzung ab, sondern auch von der Art der porösen Struktur. So hat beispielsweise die Größe der Hohlräume einen erheblichen Einfluss auf die porösen Eigenschaften. Werden poröse Festkörper als Adsorptions- oder Trennmittel verwendet, hängt die Größe der Moleküle, die adsorbiert oder getrennt werden können, von der Größe der Poren ab. Bei der Verwendung poröser Festkörper als Strukturbauteile gilt: Je kleiner die Poren sind, desto höher ist die mechanische Festigkeit, aber desto schwerer ist das Material.
Auch der Bildungszustand der Hohlräume beeinflusst die Eigenschaften des porösen Festkörpers. Zu den porösen Strukturen gehören unabhängige Porenstrukturen, bei denen einzelne Poren unabhängig voneinander gebildet werden, und kontinuierliche Porenstrukturen, bei denen benachbarte Poren miteinander verbunden sind.
Am Beispiel von porösen Harzen wie Styropor und Urethanschaum zeigt sich, dass poröse Festkörper mit einer unabhängigen Porenstruktur keine Gase oder Flüssigkeiten nach innen durchlassen. Das bedeutet, dass die Luft immer im Inneren des porösen Festkörpers eingeschlossen ist, was zu einer hohen Wärmedämmung, Auftriebskraft und Puffereigenschaften führt. Andererseits sind poröse Festkörper mit einer durchgehenden Porenstruktur weniger starr als solche mit einer unabhängigen Porenstruktur, haben aber hervorragende Wasser- und Schallabsorptionseigenschaften.