Muchos materiales en uso en la actualidad son sistemas dispersos donde una sustancia (a menudo particulada) está dispersada sobre otra fase. Estos tipos de materiales incluyen adhesivos, agroquímicos, cemento, cerámica, coloides, cosmético y de cuidado personal, alimentación y bebida, suspensiones minerales y de molienda, pinturas, tintas y recubrimientos de superfi cies, farmacéuticos y sistemas poliméricos.

Por ejemplo:

En la industria de las tintas, la comprensión de la reología y las propiedades de la partícula permite cambiar el contenido del pigmento sólido en diferentes formulaciones manteniendo las características reológicas críticas para una impresión óptima.

En la industria del cemento, la comprensión de la reología y las propiedades de la partícula, tales como la morfología de agregados, permite controlar el comportamiento de fl ujo durante el proceso y aplicación.

En las industrias de cosmética y cuidado personal, es esencial comprender la relación existente entre la reología y las propiedades de la partícula para proporcionar un equilibrio óptimo en términos de formulación, aceptación de los consumidores y rendimiento de la aplicación.

Las propiedades físicas de las partículas dispersadas, como la media de tamaño de partícula, el tamaño de la distribución, el potencial Z o la carga de las partículas o incluso la forma de las partículas, pueden ayudar a infl uir en las propiedades de los materiales como la reología.

Estas “10 maneras…” le guían sobre algunas de las propiedades fundamentales de los materiales dispersos, y demuestran cómo afectan a las propiedades reológicas. En tanto que es interesante comprender las propiedades de la mayor parte de los materiales, como la reología, que está asociada con cambios en el tamaño de partícula, forma y potencial Z, éstos ejemplos también demostrarán que éste conocimiento permite controlar la reología de un material.

1 – Disminuye el tamaño de partícula y la viscosidad generalmente aumenta.

Para una concentración constante, cuando el tamaño de partícula disminuye, el número de partículas se incrementa. Por tanto, el número de interacciones partícula-partícula se incrementa, por tanto la viscosidad de una muestra normalmente se incrementa. Dado que las interacciones partícula-partícula son fuerzas débiles, el efecto se ve más a velocidades de deformación (S-1) bajas.

2 – Aumenta el tamaño de partícula y la viscosidad generalmente disminuye.

Por el contrario, si el tamaño de partícula aumenta, esto conduce a un menor número de interacciones partícula-partícula. De nuevo, dada la naturaleza débil de ésta asociación, el efecto se observa más dramáticamente a baja cizalla

3 – Aumenta la distribución de tamaño de partícula (anchura) y la viscosidad disminuye

Partículas que tienen una gran anchura de distribución (gran polidispersidad) tienden a empaquetarse mejor que un sistema de partículas con el mismo tamaño (distribución muy estrecha). Esto indica básicamente que una distribución de partículas amplia tiene más espacio libre para moverse, por lo que la muestra tenderá más fácilmente a fl uir, esto es, a tener una menor viscosidad. Por tanto apretando la distribución de tamaño puede incrementar la estabilidad de un sistema.

4 – El efecto en la viscosidad de tamaño de partícula y distribución de tamaño de partícula puede ser usado en combinación para estudiar algunos efectos interesantes.

Por ejemplo, manteniendo la concentración al mismo valor, una muestra con partículas grandes relativamente con una pequeña proporción de partículas pequeñas tendrá una viscosidad menor que cualquiera con partículas pequeñas o grandes solas.

Esto es debido básicamente a los dos efectos contrapuestos de cambio del número de interacciones partícula-partícula sobre el cambio de tamaño y de la polidispersidad. Ambos afectan a la viscosidad, sin embargo, en éste caso, el efecto de la polidispersidad domina en una relación particular.

5 – Incrementando el número de partículas en un sistema para cambiar el comportamiento de flujo.

Si el tamaño de partícula es constante, añadiendo más y más partículas el comportamiento de fl ujo irá generalmente desde Newtoniano (tan pocas partículas que no interaccionan entre sí), a “shear thinning” (pseudoplástico) (ahora las partículas pueden interaccionar pero las fuerzas son tan pequeñas que ésta interacción puede ser rota con un incremento de la velocidad de deformación, es decir comportamiento pseudoplástico) y a “shear thickening” (dilatante) (donde hay tantas partículas que un incremento de la velocidad de deformación hace que las partículas colisionen entre sí causando un efecto dilatante).

6 – Para partículas inferiores a 1 micra, por ejemplo coloides, el incremento de la magnitud del potencial Z (tanto en negativo como positivo) incrementa la viscosidad de cizalla mínima.

Si incrementamos el potencial Z, forzamos a las partículas a mantenerse alejadas unas de otras. Esto básicamente previene que las partículas fluyan libremente, por tanto aumenta la viscosidad. El efecto se ve más a bajas velocidades de deformación ya que las fuerzas son menores.

7 – Para partículas mayores a una micra, e.j dispersiones a elevada concentración, (en las que la gravedad tiene un efecto más significativo), disminuyendo el potencial zeta hasta el punto iso-eléctrico para aprovecharse del mínimo secundario, se puede crear un sistema sólido autónomo que introduzca un punto de influencia al sistema.

Para partículas grandes, la fuerza de la gravedad sobre las partículas superará cualquier fuerza de repulsión entre las mismas debida a la carga electrostática/potencial zeta. Sin embargo, como estas partículas ya no pueden agregarse completamente (capa de hidratación), en este entorno cercano, todavía fuerte, las fuerzas de atracción de Van der Vaals pueden incrementar la viscosidad a velocidades de deformación reducidas.

8 – Las partículas suaves presentan una viscosidad de cizalla baja menor que las que son afiladas/no suaves (menor convexidad).

Las partículas suaves tienen una resistencia a moverse, típicamente de la asociación entre las diferentes partículas, a menudo por interacción química. Sin embargo con partículas rugosas se producirá una resistencia mecánica y quizás un aumento de la asociación química. Sin embargo las partículas rugosas tienen una viscosidad de cizalla baja mayor y un Punto de fluencia (Yield stress) superior.

9 – Las partículas alargadas tienden a tener una viscosidad de cizalla baja superior y una viscosidad de cizalla alta inferior que las que son más esféricas en tamaños equivalentes.

Con partículas esféricas, normalmente hay interacciones particular-partícula que se rompen bajo la aplicación de una cizalla para dar un comportamiento de tipo “shear thinning” (pseudoplástico). Sin embargo, con partículas alargadas la orientación aleatoria conduce a una barrera más alta para iniciar el flujo; un aumento de la viscosidad en cizallas bajas. Sin embargo, bajo una cizalla, las partículas alargadas pueden orientarse entre sí en la dirección de flujo. Por tanto más fácil para fluir, lo que resulta en una viscosidad menor que las esféricas de tamaño equivalente

10 – Con partículas del mismo tamaño, las partículas blandas/deformables tienden a tener un comportamiento más de tipo “shear thinning” que las duras/rígidas equivalentes.

Con partículas blandas, una cizalla forzada puede cambiar la forma de la partícula. Esto puede conducir a que las partículas se alarguen y se ordenen entre sí bajo la cizalla resultando en un sistema con mayor comportamiento de tipo “shear thinning”.

Esperamos que le sea de utilidad “Las 10 maneras de… controlar la reología cambiando las propiedades de la partícula”.

Esto forma parte de una serie de publicaciones destinadas a ayudar a los responsables en su industria en la toma de decisiones con fundamento.