Wie sich Tropfen lösen
Tropfverhalten von Suspensionen lässt sich über die Größe der darin gelösten Teilchen steuern.
Tintenstrahldrucker tropfen auf Knopfdruck: Aus einer kleinen Düse spritzen winzige Tropfen auf das Papier. Dabei ist wichtig, dass sich die Tröpfchen exakt ablösen, sonst gehen sie daneben und das Druckbild wird unscharf. Wie sich bei Suspensionen wie Tinte, Blut oder Saft, also Flüssigkeiten, in denen Festkörper-Teilchen schweben, Tropfen ablösen und warum, war bislang noch nicht geklärt. Jetzt ist es Wissenschaftlern jetzt gelungen, diese Frage zu beantworten. „Die einzelnen Festkörper-Teilchen spielen beim Ablösen von Tropfen in Suspensionen eine tragende Rolle. Sie bringen die Ablösung in Gang und beschleunigen sie“, erklärt Christian Wagner von der Universität des Saarlandes. Gemeinsam mit einem Team aus Frankreich hat seine Forschergruppe das Tropfverhalten der komplex zusammengesetzten Flüssigkeiten untersucht.
Abb.: Blick in ein Tropfen-Experiment: Die Forscher konnten erstmals belegen, dass Feststoff-Teilchen in Suspensionen den Tropfvorgang auslösen und beschleunigen. Unten: Silikonöl ohne Festkörper-Partikel. (Bild: C. Wagner et al, U. Saarland)
Wagner und sein Team verdünnten dazu eine Suspension und brachten diese zwischen zwei Platten. Anschließend zogen sie die Platten auseinander, beobachteten mithilfe von Hochgeschwindigkeits-Kameras sowie hochauflösenden Mikroskop-Objektiven, was sich hierbei abspielte. „Werden die Platten auseinandergezogen, bildet die Suspension dazwischen fadenförmige Gebilde, vergleichbar mit einer Brücke. Die Festkörper-Teilchen schweben darin wie kleine Kügelchen“, erläutert Wagner. „Wir konnten nachweisen, dass einzelne Partikel dabei die Oberfläche der Flüssigkeit stören und regelrecht ausbeulen.“ Das Teilchen behindert die Strömung der Flüssigkeit im Inneren des Flüssigkeitsfadens ebenso wie an seiner Außenseite. Es beeinflusst aber gleichzeitig die Oberflächenkrümmung, der kapillare Druck erhöht sich, und der Ablöseprozess wird beschleunigt, denn die Oberflächenspannung strebt an, die Oberfläche zu verkleinern. Schließlich reißt der Tropfen ab.
Die Größe und Verteilung der Teilchen in der Suspension haben demzufolge großen Einfluss auf das Tropfverhalten. Indem diese Parameter geändert werden, lässt sich also auch das Tropfverhalten steuern. Die neuen Erkenntnisse können Anwendung finden in einer Vielzahl industrieller Verfahren, bei denen Suspensionen zum Einsatz kommen, wie bei der Arzneimittelherstellung, bei Beschichtungen, Druckverfahren bis hin zur Kosmetik und Lebensmitteltechnik.
UdS / RK
