Roeren in de pap

Zuiver water is waterdun en blijft dat onder alle omstandigheden zolang men het zuiver en vloeibaar houdt. De temperatuur is van invloed, hoe warmer hoe minder 'viskeus' (stroperig) het water wordt. Maar de viscositeit is niet afhankelijk van de grootte of de snelheid van een mechanische belasting als roeren of schudden. Een dergelijke vloeistof noemde men traditiegetrouw een newtonse vloeistof. Vloeistoffen die anders waren heetten niet-newtons.

Nader onderzoek heeft geleerd dat in de viscositeit van zuiver water dat op constante temperatuur wordt gehouden wel degelijk veranderingen zijn te meten als het water wordt onderworpen aan exotische belastingen en als er maar secuurder wordt gemeten. Doorslaggevend voor het onderscheid tussen newtons en niet-newtons bleek achteraf slechts het menselijk handelen en het menselijk waarnemen. Of anders gezegd: buiten de praktijk van alledag heeft het geen zin een onderscheid te maken tussen wel of niet newtons.

Vandaar misschien dat de laatste jaren de aanduidingen 'eenvoudige' en 'complexe' vloeistoffen wat meer opgang maken. Daarmee wordt een verschil in samenstelling aangegeven die mens-onafhankelijk is. Het zou hier volstrekt genegeerd zijn als niet Natuur en Techniek van januari (1994) een heel lezenswaardige verhandeling over niet-newtonse vloeistoffen had gegeven onder de titel 'Complexe vloeistoffen'. Scientific American (november 1978) gebruikte nog gewoon de oude aanduiding.

Zoveel soorten afwijkend gedrag zijn er de afgelopen eeuw bekend geworden dat alleen al de beschrijving en rubricering van de verschijnselen een aparte discipline is geworden. In grove lijnen onderzoekt men daarbij hoe de grootte, de snelheid en de duur van een belasting van de vloeistoffen van invloed zijn op hun viscositeit en ook: hun elasticiteit. Veel complexe vloeistoffen zijn elastisch en vertonen veerkracht en vormherstel zoals dat bekend is van gelatine en agar-agar. Moderne, zeer spectaculaire voorbeelden vindt men in speelgoedwinkels als die van Intertoys waar Taiwanese jelly balls en slime balls worden verkocht die zich afhankelijk van het gebruik als vloeistof of als rubber gedragen. Het verschil tussen de 'jelly' en de 'slime' zit hem, aldus een geraadpleegde reoloog, in de dwarsverbindingen tussen de polymeerketens waaruit de materialen in hoofdzaak bestaan. Die in de jelly zijn sterk en permanent, die in de slime worden makkelijk verbroken en verplaatst.

Rubriceert men de niet-newtonse vloeistoffen alleen naar de verandering van hun viscositeit onder invloed van een belasting dan zijn er, zoals Scientific American doet, shear-thickening en shear-thinning vloeistoffen aan te wijzen. Shear-thinning is een vloeistof als hij dunner (minder stroperig) wordt naarmate er harder in wordt geroerd. Meestal is daarbij ook de duur van het roeren van invloed en ontstaat een viscositeitsdaling die zich, na afloop, pas heel langzaam herstelt. De combinatie wordt met thixotropie aangeduid.

Iedereen kent de eigenschap van produkten als yoghurt, pap, mayonaise, ketchup, advocaat, boter, verf en noem maar op. Ballpoints danken hun werking aan de thixotropie van de inkt die wel langs de draaiende kogel stroomt maar niet aan de veel ruimere andere kant uit de pen loopt. Dieren danken hun bestaan aan de thixotropie van hun bloed dat in de kleinste vaatjes harder stroomt en dunner is.

Vloeistoffen die zich laten dun roeren maar hun oude viscositeit onmiddellijk herstellen zodra de beweging stopt, zijn zeldzaam. De literatuur noemt alleen een waterige oplossing van polyetheenoxide ('Polyox') als voorbeeld.

Algemener zijn weer de complexe vloeistoffen die op een plotselinge belasting reageren met een viscositeitsstijging, een verdikking dus, maar die hoge viscositeit niet kunnen vasthouden. Nat zand en zware slurries hebben die eigenschap; betonmortel doet het ook, maar met een complicatie. Wordt over de opgelegde beweging een kleine oscillatie aangebracht dan kan de viscositeit juist sterk afnemen. Het trillen van de mortel bij het storten van beton is tegenwoordig regel.

Ook in de keuken, waar zoals aangeduid de shear-thinning overheerst, kan men shear-thickening tegenkomen, en velen zijn het ook tegengekomen zonder het te merken. Wie in een kom of kommetje wat maizena volgens de regels der kunst met water aanmaakt tot een papje niet dikker dan dikke karnemelk heeft een shear-thickening vloeistof in optima forma: dun in reactie op een langzame belasting, zoals het kantelen van de kom, dik als deeg als men er hard met een lepel in slaat.

Want dat kan, al is de eerste keer adembenemend. Het aardigst is, zegt Scientific American, om een grote kom te vullen met maizenapap en daar met de volle vuist een slag in te geven. Zover is de AW-redactie nog niet gegaan al heeft ze wel enig vertrouwen in een goede afloop voor zover althans maizena van AJP wordt gebruikt. Aardappelzetmeel van Honig reageert weer heel anders.

Achteraf begrijpt men dat het de shear-thickening is die de zelfkoker altijd dat onaangename gevoel geeft dat hij zijn maizena papje nog niet helemaal homogeen heeft geroerd. Al roerend ontstaat steeds opnieuw de indruk dat de pap onderin dikker is dan boven. En dat ìs hij ook, maar alleen zolang er geroerd wordt. Het is als met polystyreenschuim, dat altijd warm lijkt omdat het warm wordt zodra men het beetpakt.

Tot zover, voorlopig, dit verhaaltje over vreemde vloeistoffen, eigenlijk vooral bedoeld om de lezer gerust te stellen die wilde weten of al bekend was hoe hij de laatste resten shampoo het makelijkst uit zijn shampoofles kreeg. De vraag is nu: waar in het scala van niet-newtonse vloeistoffen staat shampoo? Nader bericht volgt.