Introdução
O fato de a estabilidade de longo prazo de uma emulsão ou suspensão ser regida por uma viscosidade de cisalhamento zero ou por uma Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento depende de sua microestrutura. Além disso, é o estado dessa microestrutura em escalas de tempo longas que é importante, pois é isso que qualquer fase dispersa encontrará durante o armazenamento prolongado.
Há vários testes para avaliar as alterações nas propriedades reológicas em função do tempo. Um teste de fluência é ideal para a tarefa, pois analisa a resposta a uma EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão aplicada diretamente em função do tempo. Outro teste útil é uma varredura de frequência de oscilação, em que a amostra é oscilada em várias frequências diferentes consecutivamente. Como a frequência é o inverso do tempo, as altas frequências correspondem a escalas de tempo curtas e as baixas frequências a escalas de tempo longas. Deve-se observar que a escala de tempo corresponde à frequência angular (ω), em oposição à frequência de ciclo no teste de oscilação.
Ao avaliar as alterações no Módulo elásticoO módulo complexo (componente elástico), módulo de armazenamento ou G', é a parte "real" das amostras, o módulo complexo geral. Esse componente elástico indica a resposta do tipo sólido, ou em fase, da amostra que está sendo medida. módulo elástico (ou de armazenamento), G'; Módulo de viscosidadeO módulo complexo (componente viscoso), módulo de perda ou G'', é a parte "imaginária" das amostras do módulo complexo geral. Esse componente viscoso indica a resposta do tipo líquido, ou fora de fase, da amostra que está sendo medida. módulo viscoso (ou de perda), G"; e ângulo de fase, δ, em uma faixa de frequência limitada, é possível determinar se um material provavelmente terá uma Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento ou uma viscosidade de cisalhamento zero e também possíveis problemas de estabilidade. Exemplos de respostas de frequência comuns para vários materiais são mostrados na Figura 1. Se G' exceder G" em baixas frequências, por exemplo, <0,01 Hz, pode-se inferir que o material possui uma estrutura de rede que precisa ser quebrada antes que o fluxo possa começar, ou seja, ele tem uma Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento. Se G" exceder G' em baixas frequências, isso indica que o fluxo macroscópico pode ocorrer, e a estabilidade provavelmente será governada pela viscosidade de cisalhamento zero ou pela viscosidade correspondente à EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão imposta pela fase dispersa.
Como é difícil acessar essas frequências muito baixas em um reômetro devido aos longos tempos de teste envolvidos, é útil avaliar a forma geral das curvas. Como o ângulo de fase, δ, e o Módulo elásticoO módulo complexo (componente elástico), módulo de armazenamento ou G', é a parte "real" das amostras, o módulo complexo geral. Esse componente elástico indica a resposta do tipo sólido, ou em fase, da amostra que está sendo medida. módulo elástico, G', são indicadores gerais de características estruturais, a magnitude e a direção da mudança com a diminuição da frequência podem indicar a natureza da resposta do material em tempos mais longos.
- Se G' for largeindependente da frequência e o ângulo de fase permanecer constante ou diminuir com a redução da frequência, como em uma estrutura viscoelástica sólida ou em gel, podemos inferir que o material tem maior probabilidade de manter a estrutura da rede e será mais estável.
- Se o ângulo de fase, δ, aumentar e G' diminuir com a redução da frequência, isso indica que os elementos elásticos da estrutura (a rede) estão relaxando e se tornando semelhantes a líquidos, o que provavelmente inferirá menor estabilidade.
Essas observações também devem ser refletidas na viscosidade complexa, η*, que para fluidos mostrará o início de um platô de viscosidade de cisalhamento zero em direção a frequências mais baixas, enquanto para sólidos que possuem uma estrutura de rede um valor cada vez maior de η* deve ser observado, conforme mostrado na Figura 2.
Para o uso prático dessa técnica, é importante avaliar a forma das curvas em condições adequadas. Uma frequência mínima de 0,01 Hz pode ser suficiente para avaliar o potencial de estabilidade, mas ir para uma magnitude de frequência menor que essa, embora consuma mais tempo, fornecerá uma imagem mais precisa das tendências de baixa frequência. A temperatura do teste também é importante, pois o RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento estrutural geralmente ocorre em escalas de tempo mais curtas com o aumento da temperatura devido a uma taxa mais rápida de rearranjo estrutural. Portanto, o teste em temperaturas mais altas pode reproduzir melhor as condições reais de armazenamento e, possivelmente, facilitar a identificação de amostras problemáticas. No entanto, é importante evitar a evaporação da amostra ao trabalhar em temperaturas mais altas por longos períodos de tempo.
Esta nota de aplicação mostra a metodologia e os dados do teste de frequência de oscilação para uma série de géis de banho e sua capacidade de suspender bolhas dispersas nas formulações.
Experimental
- Uma série de géis de banho contendo vários níveis de um polímero espessante associativo (variando de 0% a 8%) foi avaliada quanto à sua capacidade de suspender bolhas à temperatura ambiente por períodos prolongados.
- As medições do reômetro rotacional foram feitas com um reômetro Kinexus com um cartucho de placa Peltier e um sistema de medição de cone e placa1, utilizando sequências padrão pré-configuradas no software rSpace.
- Uma sequência de carregamento padrão foi usada para garantir que as amostras fossem submetidas a um protocolo de carregamento consistente e controlável. ∙ Todas as medições reológicas foram realizadas a 25°C, a menos que especificamente indicado.
- Uma varredura de amplitude controlada por deformação é realizada para medir o comprimento da Região viscoelástica linear (LVER)No LVER, as tensões aplicadas são insuficientes para causar ruptura estrutural (cedência) da estrutura e, portanto, importantes propriedades microestruturais estão sendo medidas.região viscoelástica linear (LVER) e para determinar um valor de deformação apropriado a ser usado no teste de varredura de frequência subsequente (a determinação da Região viscoelástica linear (LVER)No LVER, as tensões aplicadas são insuficientes para causar ruptura estrutural (cedência) da estrutura e, portanto, importantes propriedades microestruturais estão sendo medidas.LVER é automatizada no software rSpace, e o valor de deformação determinado é alimentado na próxima parte da sequência).
- Uma varredura de frequência é realizada no valor de deformação predeterminado dentro do Região viscoelástica linear (LVER)No LVER, as tensões aplicadas são insuficientes para causar ruptura estrutural (cedência) da estrutura e, portanto, importantes propriedades microestruturais estão sendo medidas.LVER, entre os valores padrão de 10 Hz e 0,005 Hz.
Resultados e discussão
A Figura 3 mostra os dados de varredura de frequência para a variedade de produtos de gel de banho testados. Fica claro que o aumento da concentração do espessante associativo aumenta o grau de elasticidade, conforme destacado pelo aumento de G' e pela diminuição do ângulo de fase. Essa elasticidade surge por meio da ligação cruzada das micelas de surfactante, que podem formar uma estrutura semelhante a um gel nas concentrações certas.
As amostras com 6% e 8% de polímero associativo têm valores mais altos de G' nas baixas frequências, indicando uma maior extensão de ligação cruzada, enquanto o valor e a direção do ângulo de fase indicam que esses materiais estão apresentando comportamento sólido ou semelhante a gel nessa faixa de frequência. Isso é favorável à estabilidade, pois indica a probabilidade de uma Tensão de escoamentoA tensão de escoamento é definida como a tensão abaixo da qual não ocorre fluxo; comporta-se literalmente como um sólido fraco em repouso e como um líquido quando escoado.tensão de escoamento ou, pelo menos, uma alta viscosidade de cisalhamento zero em frequências mais baixas.
Para as amostras com valores mais baixos de polímero associativo, G" é dominante e o ângulo de fase está aumentando com a diminuição da frequência, indicando, assim, RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento estrutural e, portanto, comportamento semelhante ao líquido nessa faixa de frequência, o que não é favorável à estabilidade.
Isso também se reflete na viscosidade complexa, η* (consulte a Figura 4), com o produto de limpeza corporal sem aditivo polimérico mostrando um platô de viscosidade de cisalhamento zero (ou seja, comportamento semelhante ao líquido) com um valor de aproximadamente 5 Pas. Por outro lado, a amostra com 8% de polímero associativo exibe um comportamento de lei de potência na mesma faixa, com uma viscosidade próxima a 1000 Pas a 0,01 Hz. O fato de a última amostra apresentar ou não um platô em frequências mais baixas só pode ser avaliado por meio de testes em frequências mais baixas (ou, alternativamente, por meio de testes de fluência), mas, ainda assim, a viscosidade nessas frequências mais baixas deve ser suficientemente alta para retardar a sedimentação de uma fase dispersa.
Conclusão
É possível prever a estabilidade da dispersão realizando um teste de varredura de frequência dentro do Região viscoelástica linear (LVER)No LVER, as tensões aplicadas são insuficientes para causar ruptura estrutural (cedência) da estrutura e, portanto, importantes propriedades microestruturais estão sendo medidas.LVER sob as condições de medição apropriadas. Isso foi demonstrado para cinco produtos de gel de banho contendo várias concentrações de um agente espessante associativo. As amostras com altos níveis de polímero apresentam comportamento semelhante ao de um gel com valores mais altos de G' e um ângulo de fase baixo que não aumenta em frequências mais baixas. Essas amostras demonstraram ser capazes de suspender bolhas por períodos prolongados de tempo.
Observe que ...
a geometria de placa paralela ou a geometria cilíndrica também podem ser usadas. Uma geometria com jateamento de areia deve ser considerada se o material provavelmente apresentar efeitos de deslizamento da parede. Larger geometrias são úteis para medições em torques baixos, que são mais prováveis de serem encontrados em frequências mais baixas. O uso de um coletor de solvente também é recomendado para esses testes, pois a evaporação do solvente (por exemplo, água) em torno das bordas do sistema de medição pode invalidar o teste, principalmente quando se trabalha em temperaturas mais altas.