Wenn eine frisch gestrichene Wand trocknet, so bilden sich oftmals Risse in dem im flüssigen Zustand perfekten Farbüberzug aus. Dies hängt damit zusammen, dass die elastische Flüssigkeitshaut während des Trocknens einen Druck auf die Farbschicht ausübt, der oftmals nur durch die Ausbildung von Rissen ausgeglichen werden kann. Wissenschaftler aus Indien haben sich nun dieses Problems angenommen und ein Rezept für die Herstellung von Pigmentpartikeln aufgestellt, bei denen dieses Problem nicht auftritt. Ihre Studie gibt Anhaltspunkte für die Herstellung einer neuer Generation von rissfreien Farbüberzügen.
Um sich dem komplizierten Problem des Trocknens von flüssigen Farbschichten anzunehmen, vereinfachten Mahesh Tirumkudulu und seine Kollegen des Indischen Instituts für Technologie in Mumbai das Problem zunächst zu einem idealisierten System. Dieses bestand aus einer Flüssigkeit, in der nur eine einzige Teilchensorte homogen dispergiert war.
Auf diese Weise konnten die Forscher das Austrocknen der Schicht mit mathematischen Methoden beschreiben. In ihrer Studie berechneten sie so, auf welche Art und Weise der bei diesem Vorgang auftretende Druck auf die Teilchen von deren Größe und Elastizität abhing.
Um Risse zu vermeiden, müssen die Teilchen dem beim Trocknen auftretenden Maximaldruck standhalten können, ohne die Grenze ihres elastischen Verformungsvermögens zu erreichen, so die Forscher. Diese Grenze hängt auf komplizierte Art und Weise nicht nur von den Eigenschaften einzelner Teilchen ab, sondern auch von ihrer Packungsdichte. Somit gelang es, für alle untersuchten Teilchensorten eine maximale Dicke der Farbschicht zu berechnen, unterhalb derer keine Risse auftraten.
Die Forscher untersuchten die Vorhersagungen ihrer Theorie dann mittels Experimenten mit Dispersionen kleiner Kugeln aus Glas und Plastik. Dabei konnten die wesentlichen Grundzüge der Theorie bestätigt werden, so Tirumkudulu. Bevor die Ergebnisse der Studie allerdings praktische Anwendungen finden können, ist noch eine Menge Arbeit nötig. Kommerzielle Farbmischungen enthalten nämlich in der Regel viele verschiedene Teilchensorten, und können somit nicht mit dem einfachen Modell der Forscher beschrieben werden. Dennoch stellt dieses ihnen zu Folge einen ersten Schritt für weitere Forschungen auf diesem Gebiet dar.
Physical Review Letters (Band 98 Artikel 218302) Stefan Maier
