多阶段干燥过程中固着聚环氧乙烷液滴的锥形固体结构生长

我们监测了平均分子量为 100 kDa 的聚环氧乙烷水溶液固着液滴在环境条件下蒸发干燥的过程，初始浓度 $c_0$ 范围广泛。对于所有 $c_0 \geq 3$ 的液滴，在生长阶段会形成中心锥形结构，该结构可能是中空的，并且比初始液滴高出近 50%。尽管表面相似结构的形成已用玻璃化聚合物的表皮屈曲模型解释，该模型预测液滴在生长阶段具有恒定的表面积（L. Pauchard and C. Allain, Europhys. Lett., 2003, 62, 897-903），但我们证明该模型在此不适用，因为对于所有 $c_0$，表面积在生长过程中均显示增加。我们使用一个提出的干燥和沉积过程来解释我们的实验数据，该过程包括四个阶段：钉扎干燥；后退接触线；自举生长，在此阶段液滴被抬升到新沉淀的固体之上；以及后期干燥。我们模型的其他预测，包括预测是否会形成锥形结构的判据，与观察结果吻合良好。我们讨论了 PEO 的特定化学和物理性质，特别是其两亲性、在高浓度下倾向于形成结晶球晶而非无定形玻璃，以及其 MW = 100 kDa 时的反常表面张力值，如何可能对观察到的干燥过程至关重要。