Determinação da tensão de escoamento de fluidos complexos por meio de vários testes de fluência em um reômetro rotacional - Loção hidratante

Introdução

Muitos fluidos complexos, como polímeros formadores de rede, mesofases de surfactantes e emulsões concentradas, não fluem até que a 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 exceda um determinado valor crítico, conhecido como 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. Diz-se que os materiais que apresentam esse comportamento estão exibindo um comportamento de fluxo de escoamento. A 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 é, portanto, definida como a 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 que deve ser aplicada à amostra antes que ela comece a fluir. Abaixo da 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, a amostra se deformará elasticamente (como esticar uma mola); acima da 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, a amostra fluirá como um líquido.

A maioria dos fluidos com 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 pode ser considerada como um esqueleto estrutural que se estende por todo o volume do sistema. A força do esqueleto é governada pela estrutura da fase dispersa e suas interações. Normalmente, a fase contínua tem baixa viscosidade, mas frações de alto volume de uma fase dispersa podem aumentar a viscosidade em mil vezes e induzir um comportamento sólido em repouso. Quando um fluido complexo que apresenta comportamento de rendimento é cisalhado a baixas taxas de cisalhamento, na faixa entre 0,01 e 0,1 ^s-1 e abaixo de sua 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 crítica, o sistema é submetido a endurecimento por trabalho. Isso é característico do comportamento sólido e resulta de elementos elásticos sendo esticados no campo de cisalhamento. Quando esses elementos elásticos se aproximam de sua 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 crítica, a estrutura começa a se romper, causando afinamento por cisalhamento (amolecimento da 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) e consequente fluxo. A 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 na qual ocorre essa ruptura catastrófica do esqueleto estrutural é a 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.

Há vários testes experimentais para determinar a 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. Uma rampa de 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 cisalhamento é frequentemente empregada por ser um meio fácil e rápido de determinar a 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; no entanto, um método mais preciso é realizar uma série de testes de fluência e procurar alterações no gradiente da curva de conformidade versus tempo [1].

Dependendo da natureza do material que está sendo testado, a resposta à deformação pode ser bastante diferente, conforme ilustrado na Figura 1.

Como a mudança real da deformação dependerá da 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, é comum falar sobre a conformidade em vez da deformação. A conformidade de cisalhamento de fluência (J) pode ser determinada a partir da tensão de cisalhamento predefinida (σ) e da deformação resultante (γ) por meio de:

Usando essa noção, as curvas de deformação geradas usando diferentes tensões podem ser comparadas diretamente. Todas as curvas J(t) se sobrepõem umas às outras, independentemente da tensão aplicada, desde que a tensão esteja dentro 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. Quando esse critério não é mais atendido, considera-se que o material cedeu. Isso é ilustrado na Figura 2, a partir da qual é possível deduzir, para a amostra em teste, que a 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 está entre 3 e 4 Pa, uma vez que, a 4 Pa, a curva não segue mais o mesmo perfil. Esta Nota de Aplicação mostra a metodologia e os dados do teste de fluência múltipla para uma loção hidratante.

Experimental

• Uma loção hidratante comercial foi usada como amostra em avaliação.
• 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 ^placa2, e utilizando sequências padrão pré-configuradas no software rSpace.
• Uma sequência de carregamento padrão foi usada para garantir que a amostra fosse submetida a um protocolo de carregamento consistente e controlável.
• Uma série de testes de deformação foi executada em sete diferentes tensões aplicadas entre 30 Pa e 66 Pa.
• Cada teste de fluência foi interrompido após um tempo definido (120 s), e um teste de recuperação de igual tempo foi realizado posteriormente entre os testes de fluência.
• Todas as medições reológicas foram realizadas a 25°C, a menos que especificamente indicado.

Resultados e discussão

A Figura 3 compara a Conformidade de fluência (J)A conformidade de fluência (J) é a deformação de cisalhamento dividida pela tensão de cisalhamento como uma medida de deformação de flexão contínua instantânea de um material sob carga de tensão estática ao longo do tempo, relatada em Pa-1: J(t)=γ(t)∕σconformidade de fluência (J) com o tempo em todas as sete tensões. Abaixo de 42 Pa, as curvas de conformidade são sobrepostas e não parece haver um aumento na conformidade com o tempo, o que sugere que nenhum fluxo está ocorrendo abaixo dessa tensão, ou seja, o material está se comportando como um sólido viscoelástico.

A 48 Pa, há uma mudança perceptível no gradiente, indicando um comportamento dependente do tempo e, portanto, um fluxo viscoso. Isso talvez seja demonstrado mais claramente na Figura 4, que mostra a conformidade final em cada tensão após o teste de fluência de 120 segundos. Pode-se inferir, a partir do último gráfico, que o produto de emulsão 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 entre 42 e 48 Pa.

small Para obter uma estimativa mais precisa da 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, seria necessário repetir o teste com aumentos incrementais de tensão entre esses dois valores e avaliar de maneira semelhante.

Conclusão

Para a loção hidratante testada, a tensão máxima em que a conformidade está dentro 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 é de 42 Pa, enquanto que a 48 Pa a 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 é excedida. Portanto, a 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 tem um valor entre 42 Pa e 48 Pa. Para obter um valor mais preciso da 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 para esse material, são necessárias mais iterações de teste dentro dessa faixa estreita de tensão. O teste de fluência múltipla para derivar a 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 é um método preciso, mas pode exigir várias iterações e a interpretação correta do usuário.

Observe que ...

que uma geometria de placa paralela também pode ser usada, sendo essa geometria preferida para dispersões e emulsões com large tamanhos de partículas. Esses tipos de materiais também podem exigir o uso de geometrias serrilhadas ou rugosas para evitar artefatos relacionados ao deslizamento na superfície da geometria.