Introdução
As propriedades reológicas de um material podem influenciar a forma como ele é visual e textualmente percebido e como ele provavelmente se comportará durante o processamento. Por exemplo, os materiais com grande Desbaste por cisalhamentoO tipo mais comum de comportamento não newtoniano é o afinamento por cisalhamento ou fluxo pseudoplástico, em que a viscosidade do fluido diminui com o aumento do cisalhamento.diluição por cisalhamento serão altamente sensíveis às mudanças na 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, enquanto os materiais newtonianos* apresentarão uma dependência muito menor. Como a maioria dos produtos de interesse tende a ser de materiais com afinamento por cisalhamento, é importante poder quantificar esse comportamento. Isso pode ser feito avaliando a região da lei de potência de uma curva de fluxo, conforme mostrado na Figura 1. Essa região parece linear em um gráfico logarítmico de viscosidade vs. taxa de cisalhamento com um gradiente constante observado, mas mostra a dependência da lei de potência quando plotada em uma escala linear.
Matematicamente, essa região da curva de fluxo pode ser descrita usando a Lei de Potência ou o Modelo de Ostwald de Waele, conforme a Equação 1:
k é a consistência, n é o índice de lei de potência, σ é a taxa de cisalhamento, -γ é a taxa de cisalhamento.
A consistência tem as unidades de Pasn, mas é numericamente igual à viscosidade medida em 1s-1. O índice da lei de potência varia de 0 para materiais com muito afinamento por cisalhamento a 1 para materiais newtonianos.
Quando esses parâmetros forem conhecidos, a equação poderá ser usada para estimar a viscosidade em qualquer valor de taxa de cisalhamento dentro da região de afinamento de cisalhamento; no entanto, é importante não usar a equação fora da faixa de taxa de cisalhamento medida, pois pode haver uma região newtoniana em ambos os lados da região de medição, dependendo do material em teste.
Experimental
- O comportamento de afinamento por cisalhamento de uma loção para a pele foi avaliado por meio da realização de uma tabela de teste de taxa de cisalhamento e da análise da curva resultante por meio do ajuste de um Modelo de lei de potênciaO modelo de lei de potência é um modelo reológico comum para quantificar (normalmente) a natureza de diluição por cisalhamento de uma amostra, sendo que o valor mais próximo de zero indica um material com maior diluição por cisalhamento.modelo de lei de potência.
- As medições do reômetro rotacional foram feitas usando o reômetro rotacional Kinexus com um cartucho de placa Peltier e um sistema de medição de placa paralela rugosa1, e usando sequências padrão pré-configuradas no software rSpace.
- Uma sequência de carregamento padrão foi usada para garantir que ambas as amostras fossem submetidas a um protocolo de carregamento consistente e controlável.
- Todas as medições reológicas foram realizadas a 25°C.
- A curva de fluxo foi gerada com o uso de uma tabela de equilíbrio de teste de taxas de cisalhamento entre 0,1 e 100 s-1 e um Modelo de lei de potênciaO modelo de lei de potência é um modelo reológico comum para quantificar (normalmente) a natureza de diluição por cisalhamento de uma amostra, sendo que o valor mais próximo de zero indica um material com maior diluição por cisalhamento.modelo de lei de potência ajustado a uma parte dessa curva manualmente selected.
*Os fluidos newtonianos receberam esse nome em homenagem a Sir Issac Newton (1642 - 1726), que descreveu o comportamento do fluxo de fluidos com uma relação linear simples entre 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 de cisalhamento [mPa] e a taxa de cisalhamento [1/s]. Essa relação é conhecida atualmente como Lei de Newton da Viscosidade.
Resultados e discussão
A Figura 2 mostra a curva de viscosidade-taxa de cisalhamento para a loção para a pele. Claramente, esse produto apresenta um comportamento de afinamento por cisalhamento, evidenciado pela rápida queda na viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento. Embora haja uma leve curvatura em taxas de cisalhamento mais altas, os dados aparecem relativamente retos em um gráfico logarítmico duplo em taxas de cisalhamento mais baixas.
Devido à leve curvatura acima de aproximadamente 10 s-1, apenas os dados entre 0,1 e 10 s-1 foram incluídos na análise, pois os dados parecem mais lineares nessa região (quando plotados logaritmicamente). As curvas do modelo ajustado e dos dados originais são mostradas graficamente na Figura 3 e os parâmetros de ajuste e o coeficiente de correlação são fornecidos na Tabela 1.
Tabela 1: Dados dos parâmetros de ajuste do modelo
| Descrição da amostra | Nome do experimento | Nome da ação | k1 | η | Qui-quadrado | Coeficiente de correlação |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Loção para a pele | Análise_0004-1 | Ajuste do modelo Power Law | 11.71 | 0.1735 | 617.2 | 0.9908 |
Considerando que n = 1 para materiais newtonianos e n = 0 para a maioria dos materiais não newtonianos, pode-se estabelecer que esse material tem alta Desbaste por cisalhamentoO tipo mais comum de comportamento não newtoniano é o afinamento por cisalhamento ou fluxo pseudoplástico, em que a viscosidade do fluido diminui com o aumento do cisalhamento.diluição por cisalhamento. Esse índice de Desbaste por cisalhamentoO tipo mais comum de comportamento não newtoniano é o afinamento por cisalhamento ou fluxo pseudoplástico, em que a viscosidade do fluido diminui com o aumento do cisalhamento.diluição por cisalhamento também pode ser usado para comparar diferentes produtos para fins de benchmarking ou para prever o comportamento em um processo ou aplicação relevante, já que esse valor é frequentemente exigido em muitos modelos que descrevem o comportamento do fluxo em líquidos não newtonianos. Em geral, quanto menor o valor de n, mais facilmente ele deve ser quebrado sob a aplicação de cisalhamento. A consistência k é numericamente igual à viscosidade a 1 s-1 e tem um valor de 11,71 para essa amostra específica. Isso pode ser útil como uma medida geral de viscosidade para fins comparativos.
O coeficiente de correlação é uma boa medida de quão bem o modelo se ajusta aos dados, sendo preferível um valor o mais próximo possível da unidade. Para essa amostra específica, o valor real é 0,988, indicando uma boa correlação entre os dados medidos e previstos.
A Figura 4 mostra dados semelhantes para uma série de outros produtos de consumo comuns e seus parâmetros de ajuste correspondentes.
Uma vez que k e n tenham sido determinados, é possível usar esses valores para prever a viscosidade em qualquer taxa de cisalhamento usando a equação da lei de potência. Isso pode ser útil para selectotimizar a embalagem, reformular um produto para atender a requisitos específicos ou determinar como o produto se comportará durante a fabricação ou na linha de embalagem. No entanto, esse modelo só deve ser usado para prever o comportamento dentro da região em que o comportamento da lei de potência é observado, pois ele não descreve a curvatura que pode ser observada em taxas de cisalhamento mais altas ou mais baixas. Para descrever o comportamento fora dessa região, os modelos Sisko ou Cross podem ser mais adequados.
Conclusão
O comportamento de Desbaste por cisalhamentoO tipo mais comum de comportamento não newtoniano é o afinamento por cisalhamento ou fluxo pseudoplástico, em que a viscosidade do fluido diminui com o aumento do cisalhamento.diluição por cisalhamento de uma loção para a pele foi avaliado por meio da realização de uma tabela de teste de taxa de cisalhamento e da análise da curva resultante usando um Modelo de lei de potênciaO modelo de lei de potência é um modelo reológico comum para quantificar (normalmente) a natureza de diluição por cisalhamento de uma amostra, sendo que o valor mais próximo de zero indica um material com maior diluição por cisalhamento.modelo de lei de potência.
Descobriu-se que o Modelo de lei de potênciaO modelo de lei de potência é um modelo reológico comum para quantificar (normalmente) a natureza de diluição por cisalhamento de uma amostra, sendo que o valor mais próximo de zero indica um material com maior diluição por cisalhamento.modelo de lei de potência se ajusta bem à curva de fluxo entre 0,1 e 10 s-1, produzindo um valor de 0,1735 para n e um valor de 11,71 para k. Isso indica que o material é altamente diluidor por cisalhamento com uma viscosidade 1000 vezes maior que a da água a uma taxa de cisalhamento de 1 s-1.
Esse modelo tem se mostrado útil para quantificar o comportamento de Desbaste por cisalhamentoO tipo mais comum de comportamento não newtoniano é o afinamento por cisalhamento ou fluxo pseudoplástico, em que a viscosidade do fluido diminui com o aumento do cisalhamento.diluição por cisalhamento e também para comparar produtos e formulações.
Observação: recomenda-se que os testes sejam realizados com cone e placa ou geometria de placa paralela, sendo a última a 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.