Recubrimientos inspirados en el whisky

Cualquiera que haya pintado una superficie con la idea de que quede homogénea y decorativa, en vez de con irregularidades y penosa de ver, sabe que hay tres factores que influyen en el éxito de la operación suponiendo que partimos de una superficie limpia: el recubrimiento que se aplica, cómo se aplica y cómo se seca. De los tres el más crítico y el que escapa al control de la mayoría de los pintores es la composición del recubrimiento. Por eso el desarrollo de nuevos materiales es continuo en este campo, para mejorar el aspecto y las propiedades asociadas pero, fundamentalmente, se trabaja para conseguirlo rebajando los costes (que en un coche de alta gama, por ejemplo, pueden alcanzar el valor de un coche medio).

Los químicos y físicos de superficies estudian todo tipo de sustancias a la búsqueda de ideas que mejoren los sistemas de recubrimiento. Y un grupo de investigadores parece que las han encontrado en el whisky; pero no bebiéndolo, sino fijándose en la forma en que se seca. De hecho lo prefieren claramente al café.

A diferencia del café, el whisky tiende a dejar depósitos uniformes cuando se seca. El equipo de Hyoungsoo Kim, de la Universidad de Princeton (EE.UU.), ha estudiado los secretos del whisky midiendo el movimiento del fluido en las gotas que se están evaporando. Los resultados indican que es una combinación de moléculas (surfactantes y polímeros) la que permite dirigir el proceso de deposición del whisky.

recubrimientos inspirados en el whisky

Muchas disoluciones y dispersiones, como las pinturas o el café, producen una mancha no uniforme cuando se secan sobre una superficie. El llamado cerco o anillo de café surge porque la evaporación es más rápida en los bordes de la mancha que en el centro. Cuando el líquido fluye hacia la parte externa para rellenar la pérdida, arrastra con él las partículas presentes en la disolución que se terminan depositando en el borde. Esta deposición no uniforme es del todo indeseable en la mayoría de las aplicaciones, especialmente en las impresoras 3D que construyen a base de depositar capa sobre capa de dispersiones líquidas.

Por investigaciones anteriores ya se sabía que la mezcla de disolventes (como agua con alcohol) puede reducir el efecto anillo de café, pero solo para gotas submilimétricas. Sin embargo, las gotas de whisky grandes producen manchas uniformes (algunas de gran belleza plástica como en esta serie de Ernie Button).

Mancha de whisky Macallan sobre vidrio (izquierda); mancha de whisky Glenlivet con marcadores fluorescentes incorporados (derecha)

Mancha de whisky Macallan sobre vidrio (izquierda); mancha de whisky Glenlivet con marcadores fluorescentes incorporados (derecha)

Kim y sus colaboradores usaron marcadores fluorescentes para seguir el movimiento del fluido en las gotas de whisky. Observaron que se produce un flujo hacia el interior que contrarresta el flujo hacia el exterior de la evaporación diferencial. Explican el comportamiento atribuyéndolo a moléculas surfactantes hidrofóbicas que rebajan la tensión superficial. Cuando una gota se evapora los surfactantes se acumulan en el borde, creando un gradiente de tensión que empuja el líquido hacia el interior (el llamado efecto Marangoni). Además los polímeros de origen vegetal presentes en el whisky se adhieren a la superficie, ayudando a que las partículas tengan acceso al sustrato donde se terminan adhiriendo.

Experimentalmente comprobaron su hipótesis usando líquidos similares al whisky pero que no contenían o moléculas surfactantes o polímeros. En ambos casos las manchas no eran uniformes.

Estas nuevas ideas es muy posible que encuentren pronto aplicación práctica en recubrimientos aeroespaciales.

Referencia:

H. Kim et al (2016) Controlled Uniform Coating from the Interplay of Marangoni Flows and Surface-Adsorbed Macromolecules Physical Review Letters DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.124501

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next

Esta anotación participa en el LVI Carnaval de Química alojado en el blog Ese punto azul pálido de @DaniEPAP

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