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 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 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. Uma maneira de determinar a existência e, se for o caso, a magnitude dessa viscosidade de baixo cisalhamento (cisalhamento zero) é por meio de um teste de fluência. Esse teste envolve a aplicação de 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 constante em uma escala de tempo prolongada e o monitoramento da deformação ou conformidade resultante (deformação/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) em função do tempo.
Conforme mostrado na Figura 1, um material puramente viscoso mostrará um aumento constante na conformidade com o tempo, o que indica fluxo, ou seja, uma resposta viscosa de estado estável. Por outro lado, um sólido mostrará um gradiente zero, indicando uma resposta elástica.
Para materiais viscoelásticos, a resposta será uma combinação de efeitos viscosos e elásticos, conforme mostrado na Figura 2, com a resposta em tempos longos indicando se há 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 de escoamento (elástica) ou uma resposta viscosa de estado estável (viscosa). Se o material apresentar uma resposta viscosa de estado estável, a viscosidade de cisalhamento zero será simplesmente dada pelo gradiente inverso do gráfico de conformidade versus tempo.
Se o tamanho médio das partículas, a DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade e a fração de volume da fase dispersa forem conhecidos, e a viscosidade de cisalhamento zero da fase contínua for determinada, a velocidade (V) da fase dispersa poderá ser estimada usando a seguinte modificação da equação de Stokes:
a = o raio da partícula (esfera)
Δρ = a diferença de DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade entre a partícula e o líquido
η = a viscosidade do líquido (viscosidade de cisalhamento zero)
g = aceleração devido à gravidade
φ = o volume da fase
O valor do expoente é geralmente 4,75 para um raio >1 μm e 5,25 para um raio <1 μm.
Potencialmente, a dispersão pode então ser reformulada para obter uma viscosidade de baixo cisalhamento suficiente para suspender a fase dispersa pelo período necessário ou, alternativamente, para introduzir 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 de escoamento que daria uma resposta semelhante à de um sólido em tempos longos.
Ao executar um teste de fluência, é importante que haja tempo suficiente para que o estado estável seja atingido. Caso contrário, poderá ser informado um valor muito baixo da viscosidade de cisalhamento zero ou, de fato, será feita uma suposição incorreta de que o material tem viscosidade de cisalhamento zero quando, na verdade, 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. Como as dispersões podem permanecer em uma prateleira sem serem perturbadas por semanas ou até meses, isso precisa ser considerado em qualquer protocolo de teste.
Esta nota de aplicação mostra a metodologia e os dados do teste de fluência de dois produtos comerciais de gel de banho.
Experimental
- Dois produtos comerciais de gel de banho foram avaliados; um contendo somente surfactante e o outro contendo surfactante e um espessante associativo.
- As medições do reômetro rotacional foram feitas usando um reômetro Kinexus com um cartucho de placa Peltier e um sistema de medição de cone e placa1, e 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 tensão 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 tensão apropriado a ser usado no teste de fluência 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 tensão determinado é alimentado na próxima parte da sequência).
- Um teste de fluência é realizado no valor de tensão 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, com a obtenção de um estado estável definido como a condição final (dentro das condições de tolerância definidas).
- A análise de dados é realizada usando a ação 'Zero shear viscosity from CreepA fluência descreve uma deformação plástica dependente do tempo e da temperatura sob uma força constante. Quando uma força constante é aplicada a um composto de borracha, a deformação inicial obtida devido à aplicação da força não é fixa. A deformação aumentará com o tempo.creep data`
- Um calculador da Lei de Stokes no software estima a velocidade de sedimentação das partículas, com base na viscosidade medida e nas variáveis inseridas pelo usuário para as características das partículas.
Resultados e discussão
A Figura 3 mostra a resposta de fluência para os dois produtos de gel de banho em uma escala logarítmica. Claramente, os dois produtos mostram uma resposta elástica inicial semelhante; no entanto, há diferenças na resposta elástica retardada, conforme indicado pela escala de tempo necessária para atingir o estado estável. A faixa de tolerância de estado estável empregada nesse teste foi de ± 1% por 60 segundos. Claramente, a amostra A exibe um comportamento de estado estável quase imediatamente, enquanto a amostra B tem alguma elasticidade residual.
A Figura 4 mostra o mesmo gráfico, mas usando uma escala linear. Isso facilita a distinção das diferenças no gradiente da conformidade em relação ao tempo plots. Como η0 é dado pelo gradiente inverso da parte de estado estável da curva, fica claro que a amostra B terá uma viscosidade de cisalhamento zero mais alta do que a amostra A. Esses valores foram calculados automaticamente como parte do teste e foram encontrados como 6 Pas e 12 Pas para as amostras A e B, respectivamente. De acordo com a Equação 1, isso significa que a amostra B reduziria a taxa de sedimentação em um fator de 2 para suspensões de partículas e frações de volume equivalentes. O fato de esses valores de viscosidade serem suficientes para proporcionar estabilidade efetiva dependerá do tamanho, da DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade e do volume específicos da fase dispersa, que precisam ser determinados por meio de técnicas independentes.
Conclusões
O teste de fluência é um meio eficaz de determinar a viscosidade de cisalhamento zero de um material e pode ser usado para avaliar a estabilidade da suspensão.
Nesse teste, foi demonstrado que uma small quantidade de um espessante associativo pode dobrar a viscosidade de cisalhamento zero de um gel de banho à base de surfactante e reduzir a taxa de sedimentação por um fator de dois (para suspensões de partículas e frações de volume equivalentes).
1Observe que uma geometria de placa paralela ou uma geometria cilíndrica também pode ser usada. 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, especialmente quando se trabalha em temperaturas mais altas.