Procesos de mojado y demojado en superficies sólidas planas: gotas y filamentos

Abstract

En la presente tesis desarrollamos una descripción detallada de la interacción líquido–sólido en problemas de recubrimiento de superficies sólidas planas por la aplicación de películas líquidas delgadas. Para ello utilizamos como prototipo aceites de silicona (polidimetilsiloxanos–PDMS) sobre sustratos de vidrio tratados convenientemente para lograr mojabilidad parcial. Específicamente, describimos la relación entre el ángulo de contacto y el desplazamiento de la línea de contacto a través de ciclos de histéresis estáticos que, a nuestro entender, no han sido reportados en la literatura con suficiente grado de detalle. Esto nos permite definir la existencia de dos pares de ángulos característicos para definir el rango de histéresis estática. Asimismo, estudiamos también la relación entre el ángulo de contacto y la velocidad de la línea de contacto, es decir, la interacción sólido–líquido durante la dinámica de mojado o demojado. Para ello interpretamos nuestros resultados experimentales a través de un modelo físico que combina los efectos hidrodinámicos y los cinético–moleculares. De esta manera, obtenemos una relación constitutiva para nuestro sistema sólido–líquido, la cual gobierna el movimiento de la línea de contacto sobre el sustrato. Cabe destacar que esta ley incluye tanto los procesos de mojado como de demojado, a diferencia de lo reportado usualmente en la bibliografía donde cada proceso se considera por separado. A partir del conocimiento detallado del sistema utilizado se procede a estudiar diferentes configuraciones geométricas de las películas líquidas. En particular, nos enfocamos en gotas con superficie de apoyo no circular, y en filamentos líquidos que se retraen axialmente y se fragmentan en gotas. En el caso de las gotas, estudiamos todos los aspectos geométricos de su forma mediante métodos experimentales, analíticos y numéricos, encontrándose muy buen acuerdo entre los modelos teóricos y/o numéricos con las mediciones de laboratorio. Respecto a los filamentos, estudiamos la dinámica de retracción axial involucrada que conduce a su fragmentación consecutiva en un arreglo lineal de gotas. Esta dinámica es descripta mediante un modelo simple que tiene en cuenta los efectos de histéresis dinámica. Este modelo es validado mediante la comparación de sus predicciones con los resultados experimentales.