ENGINEERINGNET.BE - Bij gemorste koffie kan je vastellen dat de resulterende vlek niet mooi gelijkmatig is, maar een ring om de rand krijgt.
Deze opmerkelijke observatie is dagelijkse kost in de printindustrie, waar dit opdroogpatroon de eindkwaliteit zou ruïneren. Promovendus Ruben van Gaalen onderzocht dit probleem door te focussen op een veelbelovende oplossing: het inzetten van surfactanten.
Het opdrogen van druppels op een ondergrond is een ingewikkeld proces. Aan de randen van de druppel is verdamping vele malen sneller dan over de rest van het oppervlak. Verdampte moleculen kunnen namelijk beter wegstromen aan de rand van een druppel.
Vanwege deze snellere verdamping aan de randen is er een constante vloeistofstroming van het midden van de druppel naar de zijkanten: het zogenaamde `koffie-ring-effect’.
Dit is waar surfactanten een rol gaan spelen. Surfactanten zijn moleculen die uit twee delen bestaan: een hydrofiele kop, die aangetrokken wordt door water, en een hydrofobe staart, die water afstoot.
Door deze vorm hebben surfactanten de neiging op het oppervlak van een druppel te gaan zitten, waar de kop in contact kan zijn met het water en de staart met de lucht.
Als surfactanten op een oppervlak zitten, wordt de oppervlaktespanning kleiner. Omdat de afname in oppervlaktespanning niet gelijkmatig over het druppeloppervlak is, kunnen allerlei bijzondere stromingspatronen waargenomen worden.
Een van deze patronen is een circulatie, waarbij inktdeeltjes terugstromen naar het midden van de druppel en het koffie-ring-effect daarmee opheffen.
Maar niet bij alle surfactanten en druppels is dit gedrag waar te nemen. Met behulp van computersimulaties stelde Van Gaalen verschillende factoren vast die bepalen wanneer er circulatie is.
Zo ontdekte hij dat dit alleen gebeurt wanneer er ook voldoende surfactant in de bulk van de druppel is en wanneer de verdamping relatief snel is. Met deze bevindingen kunnen experimentele resultaten die voorheen onverklaarbaar waren, nu uitgelegd worden en kunnen printbedrijven beter en efficiënter inkt ontwikkelen.
