Viscoelastic liquid bridge breakup and liquid transfer between two surfaces

Abstract

Hemos estudiado experimentalmente la ruptura de puentes líquidos formados por soluciones acuosas de poli(ácido acrílico) entre dos superficies sólidas separadas con líneas de contacto que se mueven libremente. Para concentraciones de polímero superiores a un determinado umbral (~30 ppm), la línea de contacto de la superficie con el mayor ángulo de contacto de retroceso se retrae completamente antes de que se produzca la ruptura capilar del puente líquido en su cuello. Esto significa que todo el líquido permanece adherido a la superficie opuesta cuando las superficies se separan. Este comportamiento se produce independientemente del rango de volumen de líquido y velocidad de estiramiento estudiados. Este comportamiento es muy diferente del observado en líquidos newtonianos o en sistemas no newtonianos en los que las líneas de contacto se fijan intencionadamente. Se demuestra que este comportamiento se deriva de la competencia entre el adelgazamiento del cuello del puente (retrasado por el engrosamiento extensional) y el retroceso de la línea de contacto (potenciado por el adelgazamiento por cizallamiento) en la superficie con menor ángulo de contacto de retroceso. Si las dos superficies presentan las mismas propiedades de mojado, la línea de contacto superior se retrae completamente antes de la ruptura capilar debido a la asimetría causada por la gravedad y, por tanto, todo el líquido permanece en la superficie inferior.

We studied experimentally the breakup of liquid bridges made of aqueous solutions of Poly(acrylic acid) between two separating solid surfaces with freely moving contact lines. For polymer concentrations higher than a certain threshold (30 ppm), the contact line on the surface with the highest receding contact angle fully retracts before the liquid bridge capillary breakup takes place at its neck. This means that all the liquid remains attached to the opposing surface when the surfaces are separated. This behavior occurs regardless of the range of liquid volume and stretching speed studied. Such behavior is very different from that observed for Newtonian liquids or non-Newtonian systems where contact lines are intentionally pinned. It is shown that this behavior stems from the competition between thinning of bridge neck (delayed by extensional thickening) and receding of contact line (enhanced by shear thinning) on the surface with lower receding contact angle. If the two surfaces exhibit the same wetting properties, the upper contact line fully retracts before the capillary breakup due to the asymmetry caused by gravity, and, therefore, all the liquid remains on the lower surface.