Wetting and Capillary Flow of Surfactant Solutions and Inks

Abstract: Popular Abstract in Swedish Ytaktiva ämnen (tensider) har många olika användningsområden, bl.a. är de en viktig beståndsdel i tvättmedel, hygienprodukter och en del läkemedel och livsmedel. Tensider används av en mängd olika orsaker, t.ex. kan de stabilisera lösningar och lösa upp fett. Det speciella med dessa ytaktiva ämnen är att de består av en hydrofil del som gillar vatten och en hydrofob del som ogillar vatten. Därför har de en naturlig dragningskraft att adsorbera till olika gränsytor mellan icke blandbara faser vilket orsakar en reducerad ytspänning. Det leder också till att de kan bilda aggregat i lösningen och till att lösningar av icke blandbara faser kan bilda små droppar vars ytor kläds med det ytaktiva ämnet. Aggregaten, vilket är en gruppbildning av flera molekyler, har olika struktur beroende av tensidtyp, tensidkoncentration och interaktioner mellan lösningsmedel och tensider. I vattenlösningar bildas ofta små miceller som ofta har en sfärisk eller cylindrisk struktur. I micellerna är de hydrofila huvudgrupperna ordnade utåt mot lösningen och de hydrofoba svansarna gömmer sig i micellernas inre. Om olja tillförs sväller micellerna till emulsionsdroppar. Tensiders adsorption och ytspänningssänkande förmåga möjliggör förbättrad vätning av t.ex. en vattendroppe på en annars vattenavstötande (hydrofob) yta. I många tekniska applikationer, så som besprutning av växter och tryckning med bläckstråleskrivare (små färgdroppar sprutas på pappret med hjälp av ett litet sprutmunstycke), är tensidtillsatsers effekter på vätning och spridningsdynamik av stor betydelse. I de fall substratet är poröst, kan också effekten av tensider på absorption av vätskan vara ett viktigt steg i processen. I det här doktorandprojektet har vi studerat hur olika faktorer, så som tensidkoncentration, tensidtyp och ytans kemi och topografi, påverkar spridnings- och absorptionsförlopp. Vi har också studerat kapillärstigning av tensidlösningar i hydrofila och hydrofoba kapillärer. Studierna visar att spridningsförloppet på hydrofoba ytor kan delas upp i minst två olika intervall inom vilka olika faktorer styr dynamiken. I det första intervallet, direkt efter att droppen träffar substratet, styr tröghets-, gravitation- och kapillärkrafter. I det andra intervallet styrs spridningen av diffusion av tensid från lösningen till gränsskikten mellan droppen och luften. Tensiden transporteras sedan till gränsskiktet mellan den fasta ytan och vätskan. De praktiska aspekterna av forskningsarbetet har framför allt varit inriktade mot tryckning med bläckstråleskrivare. Därför har vi även studerat växelverkan mellan vattenbaserade tryckfärger och papper. Det är viktigt att kunna kontrollera spridnings- och absorptionsförloppet av tryckfärgen för att erhålla en god tryckkvalitet. Genom att bättre förstå hur olika parametrar påverkar dessa processer kan problem så som blödning (olika färger blandar sig med varandra på ett oönskat sätt), taggighet av droppkanten och genomtryck minimeras. Utöver tryckning väntas forskningen vara av betydelse inom ett stort antal tillämpningsområden.