Índice tixotrópico (T.I.) - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

La viscosidad y el índice tixotrópico (T.I.) son dos componentes comunes en un epoxi que pueden tener un gran efecto sobre cómo funcionará el producto para una aplicación en particular. La viscosidad es una medida de la resistencia de un fluido al flujo. La viscosidad se mide en Poise y el centipoise (cP) es la unidad común utilizada. Un cP se define como la viscosidad del agua. De esta base se derivan todas las demás viscosidades. Un producto como la miel tendría una viscosidad mucho más alta, alrededor de 10,000 cPs, en comparación con el agua. La miel fluiría mucho más lentamente de un vaso inclinado que el agua. Aquí hay una lista de materiales comunes y sus viscosidades: El índice tixotrópico es una relación de la viscosidad de un material a dos velocidades diferentes, generalmente diferentes en un factor de diez. La viscosidad de un material tixotrópico se reducirá a medida que aumenta la agitación o la presión. Este índice indica la capacidad del material para mantener su forma. La mayonesa es un gran ejemplo de esto. Mantiene su forma muy bien, pero cuando se aplica un esfuerzo cortante, el material se esparce fácilmente. La viscosidad de un material se puede reducir con un aumento de temperatura para adaptarse mejor a una aplicación. Esta es una relación entre la viscosidad a baja velocidad y la viscosidad a alta velocidad de un cuerpo no newtoniano. Se obtiene dividiendo el índice de viscosidad a baja velocidad por el índice de viscosidad a alta velocidad de un fluido dado. Por lo tanto, define qué tan bien colgará el fluido o resistirá el hundimiento bajo la gravedad. Se utiliza para indicar la capacidad de una pintura o revestimiento para mantener la forma rígida y no combarse durante la reconstrucción; ayuda a elegir un epoxi de acuerdo con la aplicación, el método de dispensación y la viscosidad de un material. La tixotropía es una propiedad de adelgazamiento por cizallamiento dependiente del tiempo. Se utiliza para caracterizar la reversibilidad del cambio de estructura. Un fluido tixotrópico necesita un tiempo finito para alcanzar la viscosidad de equilibrio cuando se introduce en un cambio escalonado en la velocidad de corte. Muchos fluidos estructurados tales como dispersiones, suspensiones o geles exhiben todos un comportamiento tixotrópico. Un ejemplo típico de material tixotrópico es la mayonesa. En condiciones de bajo cizallamiento, la mayonesa muestra una alta viscosidad. Pero la viscosidad se reduce significativamente cuando se corta a mayor velocidad. La relación de cizallamiento bajo a cizallamiento alto (generalmente la diferencia es por un factor de 10) de viscosidad se define como el índice tixotrópico (TI). La tixotropía se genera deliberadamente a través de la formulación. Proporciona las propiedades deseadas para muchas aplicaciones, como el hundimiento o nivelación controlados, o el inicio de un flujo de tubería después del descanso. La tixotropía se puede medir cuantitativamente usando un reómetro rotacional. Las geometrías de prueba más comúnmente utilizadas son una placa paralela de 20-40 mm o una geometría de copa / rotor. Para evitar el deslizamiento durante el cizallamiento, se puede utilizar una placa de superficie rugosa (p. Ej., Rayado o pulido con chorro de arena), una paleta o un rotor pulido con chorro de arena con una copa ranurada.  Hay  4 métodos de reología típicos que se utilizan para medir cuantitativamente la tixotropía y / o monitorear la recuperación tixotrópica en fluidos estructurados. Las pinturas comerciales se seleccionan como muestras de ejemplo para demostrar el análisis. Sin embargo, una cosa a enfatizar aquí es que la tixotropía es una característica dependiente del tiempo. El valor de tixotropía medido variará según los parámetros de prueba experimentales específicos. Es importante utilizar los mismos métodos y parámetros experimentales para garantizar una buena reproducibilidad de la prueba y una comparación confiable entre diferentes formulaciones.

El método reológico más comúnmente utilizado para cuantificar la tixotropía es una prueba de flujo de tres pasos. Este método se utiliza para medir muestras de viscosidad baja a media. En el primer paso, se midió la viscosidad de la muestra a una velocidad de cizallamiento baja (por ejemplo, 0,1 1 / s). Esta baja viscosidad de cizallamiento representa el estado de la muestra en estado de reposo. Luego, la velocidad de corte se incrementa en un factor de 10 o más (por ejemplo, 1 o 10 1 / s). A esta alta tasa de cizallamiento, la microestructura del material se destruye por lo que la viscosidad medida es menor. El índice tixotrópico (TI) se define como la relación entre la viscosidad de bajo cizallamiento y la viscosidad de alto cizallamiento. En el tercer paso, la medición vuelve a la velocidad de corte baja inicial. Este paso es para monitorear el tiempo que tarda el material en recuperar su microestructura hasta el equilibrio. La Figura 1 demuestra el diseño de este método de prueba de flujo de tres pasos y el comportamiento de viscosidad de un material tixotrópico.

En lugar de realizar una prueba de flujo de tres pasos, también se puede diseñar y usar un método de oscilación de tres pasos para el análisis de tixotropía. Este método de oscilación está diseñado mediante el uso de tres barridos de tiempo de oscilación con diferentes amplitudes de deformación que se encuentran dentro y fuera de la región viscoelástica lineal (LVR) de la muestra. En el primer paso, el barrido del tiempo de oscilación se realiza utilizando una pequeña deformación del 0,1% que se encuentra en la región viscoelástica lineal (LVR). La muestra muestra módulos superiores con G ’mayor que G", lo que indica que esta pintura contiene una estructura y se comporta como un sólido en reposo. Tanto las formas de onda de entrada (azul) como de salida (rojo) son sinusoidales. Cuando la amplitud de deformación aumenta hasta un 100% en el segundo barrido, la estructura de la muestra de pintura se destruye. Los módulos de muestra disminuyen considerablemente y G "se vuelve mayor que G '. Esto significa que la muestra se comporta como un líquido bajo un alto cizallamiento. Para la oscilación no lineal, la forma de onda de salida (roja) no es sinusoidal. El índice tixotrópico también se puede cuantificar tomando la relación de G 'medida a una deformación baja y alta. El barrido de tiempo del tercer paso se usa para monitorear la recuperación tixotrópica. Cuando la amplitud de deformación se reduce de nuevo a la LVR, la estructura de la muestra tarda un tiempo finito en recuperarse. El cruce G ’/ G" se observa en menos de un minuto de la prueba. El tiempo que tarda G 'en alcanzar el equilibrio final es el tiempo de recuperación de esta muestra de pintura. Un buen control de este tiempo de recuperación es fundamental para el rendimiento de las aplicaciones.

El tercer método para cuantificar la tixotropía es mediante el uso de un experimento de rampa de flujo hacia arriba y hacia abajo. También se denomina prueba de bucle tixotrópico. En este método, ​​un esfuerzo cortante o una tasa de corte se incrementa desde cero hasta un cierto valor a una cierta velocidad, y luego se reduce a cero con el mismo tiempo. La Figura 6 muestra los resultados de la prueba de bucle tixotrópico sobre una muestra de pintura mate y satinada. Las pruebas se realizan a 25°C utilizando una copa cilíndrica concéntrica con un rotor de extremo empotrado. La velocidad de corte de la muestra aumenta de 0 a 100 1/s en 60 segundos y luego vuelve a descender a 0 en otros 60 segundos. Durante el paso de aceleración de la velocidad, la estructura de la muestra se destruye, por lo que la curva descendente presenta una histéresis. El índice tixotrópico se calcula tomando el área entre las curvas ascendente y descendente. Sin embargo, dado que este método es una rampa de no equilibrio, el resultado de la medición depende en gran medida del tiempo de rampa ascendente y descendente. La tixotropía normalizada se define como el área entre las curvas ascendente y descendente dividida por la tasa máxima, la tensión máxima y el tiempo de paso. Se utiliza para comparar los resultados obtenidos en diferentes condiciones de prueba. A partir de los resultados de la prueba, se puede ver que la pintura mate es más tixotrópica en comparación con la pintura satinada. Pero este método de prueba de bucle tixotrópico no proporciona información sobre la recuperación de la estructura.

En los últimos años, el análisis tixotrópico se ha centrado más en estudiar la recuperación de la estructura que en cuantificar la destrucción de la estructura. Otro método comúnmente utilizado para monitorear la recuperación de la estructura tixotrópica es hacer un corte de flujo seguido de un barrido de tiempo de oscilación inmediato. El paso de corte previo tiene como objetivo destruir la estructura. No se recopilan datos en este paso. El barrido del tiempo de oscilación monitorea la recuperación de la estructura a lo largo del tiempo. Se introducen cuatro métodos prácticos de prueba de reología para cuantificar la tixotropía y la recuperación tixotrópica. Los usuarios pueden optar por utilizar uno o varios métodos según sus necesidades. Sin embargo, dado que la tixotropía es una característica dependiente del tiempo, los resultados de la medición dependerán del método de prueba seleccionado y los parámetros de prueba específicos. Para lograr resultados comparativos, se recomienda encarecidamente