Introducción
Muchos fluidos complejos, como los polímeros que forman redes, las mesofases de tensioactivos y las emulsiones concentradas, no fluyen hasta que la tensión aplicada supera un determinado valor crítico, conocido como Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico. Los materiales que presentan este comportamiento se denominan fluidos de fluencia. Por tanto, el Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico se define como la tensión que debe aplicarse a la muestra para que comience a fluir. Por debajo del Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico, la muestra se deforma elásticamente (como al estirar un muelle), y por encima del Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico, la muestra fluye como un líquido.
La mayoría de los fluidos con Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico pueden considerarse como un esqueleto estructural que se extiende por todo el volumen del sistema. La resistencia del esqueleto se rige por la estructura de la fase dispersa y sus interacciones. Normalmente, la fase continua es de baja viscosidad, sin embargo, altas fracciones de volumen de una fase dispersa pueden aumentar la viscosidad mil veces e inducir un comportamiento similar al de un sólido en reposo.
Cuando un fluido complejo que presenta un comportamiento de fluencia se cizalla a velocidades de cizallamiento bajas, en el intervalo de 0,01 a 0,1 s-1 y por debajo de su deformación crítica, el sistema se somete a un endurecimiento por deformación. Esto es característico del comportamiento sólido y se debe a que los elementos elásticos se estiran en el campo de cizallamiento. Cuando estos elementos elásticos se acercan a su deformación crítica, la estructura comienza a romperse, lo que provoca un Adelgazamiento por cizallamientoEl tipo más común de comportamiento no newtoniano es el adelgazamiento por cizallamiento o flujo pseudoplástico, en el que la viscosidad del fluido disminuye al aumentar el cizallamiento.adelgazamiento por cizallamiento (reblandecimiento de la deformación) y el consiguiente flujo. La tensión a la que se produce esta ruptura catastrófica del esqueleto estructural es el Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico.
Existen varias pruebas experimentales para determinar el Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico. Uno de los métodos más rápidos y sencillos consiste en realizar un barrido de tensión de cizallamiento y determinar la tensión a la que se observa un pico de viscosidad. Antes de este pico de viscosidad, el material sufre una deformación elástica. Por tanto, este pico representa el punto en el que la estructura elástica se rompe (cede) y el material comienza a fluir. Esto se muestra en la figura 1.
Esta nota de aplicación muestra la metodología y los datos de una prueba de rampa de tensión para dos productos de gel de ducha (jabón corporal) con diferentes formulaciones.
La Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.tensión de fluencia se define como la tensión que debe aplicarse a la muestra antes de que empiece a fluir.
Experimental
- Se evaluaron dos productos comerciales de gel de ducha; uno contenía sólo tensioactivo y el otro contenía tensioactivo y un espesante asociativo.
- Las mediciones reométricas rotacionales se realizaron utilizando un reómetro Kinexus con un cartucho de placa Peltier y un sistema de medición de cono y placa1, y utilizando secuencias estándar preconfiguradas en el software rSpace.
- Se utilizó una secuencia de carga estándar para garantizar que la muestra se sometía a un protocolo de carga coherente y controlable.
- Se realizó una rampa de tensión de cizallamiento y los datos se analizaron mediante un análisis de picos para determinar la Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.tensión de fluencia.
- Todas las mediciones reológicas se realizaron a 25°C.
Resultados y debate
La figura 2 muestra las curvas de viscosidad frente a la tensión de las dos muestras de gel de ducha en la prueba de rampa de tensión. Los datos del gel de ducha 2 muestran un claro pico de viscosidad en la prueba de rampa de tensión, mientras que los datos del gel de ducha 1 son relativamente planos. Esto implica que el jabón líquido 2 presenta un endurecimiento por deformación asociado a un Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico, mientras que el jabón líquido 1 se comporta como un líquido con una viscosidad de cizallamiento cero. El Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico medido para el Bodywash 2 fue de 4 Pa. En algunos casos, los líquidos viscoelásticos pueden mostrar un ligero pico de viscosidad aunque no posean un verdadero límite elástico.
En este caso, puede ser necesaria la discreción del usuario o, alternativamente, la confirmación mediante un ensayo alternativo como un ensayo de fluencia o una tabla de ensayo de velocidad de cizallamiento para confirmar la ausencia de una viscosidad de cizallamiento cero2.
Conclusión
Se compararon dos productos de gel de ducha utilizando una prueba de rampa de Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.tensión de fluencia en un reómetro rotacional. El jabón corporal 2, que contiene un espesante asociativo, demostró tener un límite elástico de 4 Pa. El jabón corporal 1 no mostró ningún pico de viscosidad en la prueba de rampa de tensión y, por lo tanto, se consideró que no tenía límite elástico.
1Tengaen cuenta que los ensayos pueden realizarse con geometría de cono y placa o de placa paralela, siendo preferible esta última para dispersiones y emulsiones con tamaños de partículas large. Estos tipos de materiales también pueden requerir el uso de geometrías dentadas o rugosas para evitar artefactos relacionados con el deslizamiento en la superficie de la geometría.