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Comment mouiller un polymère soluble par une goutte de solvant ?

Le travail de these de Julien Dupas vient d’être publié dans Langmuir (“Dynamic Wetting on a Thin Film of Soluble Polymer : Effects of Nonlinearities in the Sorption Isotherm” by Julien Dupas, Emilie Verneuil, Marco Ramaioli, Laurent Forny, Laurence Talini, and Francois Lequeux

DOI : 10.1021/la402157d (http://dx.doi.org/10.1021/la402157d)

Résumé : La dynamique du mouillage d’un substrat soluble par une goutte de solvant est reliée à l’amplitude des flux de solvant dans le substrat. Dans le cas d’un film supporté de polymère hydrosoluble, d’épaisseur e, sur lequel une goutte d’eau s’étale à la vitesse U, nous avons mesuré que l’angle de contact de la goutte est inversement proportionnel au produit de sa vitesse et de l’épaisseur, eU, sur deux décades. De même que la plupart des polymères hydrosolubles, le polymère utilisé, un polysaccharide, possède un isotherme d’absorption ϕ(aw) fortement non-linéaire, avec ϕ, la fraction volumique d’eau dans le polymère et aw est l’activité de l’eau. Dans cette étude, et pour la première fois, nous avons tenu compte de la non-linéarité de l’isotherme d’absorption pour décrire l’évolution de la prise en eau du substrat solide au cours du mouillage. Ainsi, nous avons mesuré la fraction en eau au voisinage de la goutte, à des distances de la ligne de contact comprises entre 5 µm et 2 mm et nous avons montré que le profil d’hydratation présente les deux caractéristiques suivantes : (i) Les profils ont une forme très complexe qui résulte directement de la non-linéarité de l’isotherme d’absorption. (ii) Une longueur de coupure apparaît, ξ, en deçà de laquelle la fraction en eau dans le substrat varie lentement avec la distance à la ligne de contact. Ici, nous proposons un modèle permettant de décrire le taux d’hydratation au voisinage de la ligne de contact en tenant compte des deux processus possibles de transport de l’eau à savoir : d’une part, un processus d’évaporation-condensation issu de l’évaporation de l’eau contenue dans la goutte, qui diffuse à travers l’atmosphère et vient condenser sur le substrat qui l’absorbe, et d’autre part, un transport diffusif de l’eau liquide ente la goutte et le substrat solide. Nous avons ainsi montré que la dépendance de l’angle de contact avec le produit eU résulte du processus d’évaporation-condensation aux petites distances. Nous avons démontré pourquoi le second type de transport, par diffusion de l’eau liquide, ne modifie pas cette relation.