Tixotropía
Cambio en la viscosidad de un gel o fluido causado por el estrés.
La miel de Mānuka es un ejemplo de material tixotrópico.

La tixotropía es una propiedad de fluidificación por cizallamiento dependiente del tiempo . Ciertos geles o fluidos que son espesos o viscosos en condiciones estáticas fluirán (se volverán más delgados, menos viscosos) con el tiempo cuando se agitan, se agitan, se someten a esfuerzo de cizallamiento o se estresan de otra manera ( viscosidad dependiente del tiempo ). Luego tardan un tiempo fijo en volver a un estado más viscoso. [1] Algunos fluidos pseudoplásticos no newtonianos muestran un cambio dependiente del tiempo en la viscosidad ; cuanto más tiempo sufre el fluido un esfuerzo de cizallamiento , menor es su viscosidad. Un fluido tixotrópico es un fluido que tarda un tiempo finito en alcanzar la viscosidad de equilibrio cuando se introduce en un cambio brusco en la velocidad de cizallamiento. Algunos fluidos tixotrópicos vuelven a un estado de gel casi instantáneamente, como el kétchup , y se denominan fluidos pseudoplásticos . Otros, como el yogur , tardan mucho más y pueden volverse casi sólidos. Muchos geles y coloides son materiales tixotrópicos, que exhiben una forma estable en reposo pero se vuelven fluidos cuando se agitan. La tixotropía surge porque las partículas o los solutos estructurados requieren tiempo para organizarse. [2]

Algunos fluidos son antitixotrópicos: una tensión cortante constante durante un tiempo provoca un aumento de la viscosidad o incluso la solidificación. Los fluidos que presentan esta propiedad a veces se denominan reopécticos . Los fluidos antitixotrópicos están menos documentados que los fluidos tixotrópicos. [2]

Historia

Muchas fuentes de tixotropía provienen de los estudios de Bauer y Collins como la fuente de origen más antigua. Más tarde, en 1923, otros investigadores comenzaron a experimentar con la tixotropía y luego comenzaron a informar que muchos geles consisten en dispersiones acuosas de Fe2O3 .

Estos investigadores, Mewis y Barnes, Schalek y Szegvari y H. Freundlich, descubrieron que podían convertir el gel en líquido simplemente agitando el contenido. Cuanto más se sabía de este material, más se lo encontraron en muchos otros productos sin que los fabricantes de dichos productos se dieran cuenta. [3]

Ejemplos naturales

Arenas movedizas en la orilla del río Támesis . Las arenas movedizas presentan tixotropía en forma de adelgazamiento por cizallamiento , ya que son sólidas cuando están en reposo, pero se licúan rápidamente cuando se agitan.

Algunas arcillas son tixotrópicas, influenciadas por el tratamiento termoquímico, y su comportamiento es de gran importancia en la ingeniería estructural y geotécnica . [4] [5] Los deslizamientos de tierra , como los comunes en los acantilados alrededor de Lyme Regis , Dorset y en el desastre del vertedero de Aberfan en Gales son evidencia de este fenómeno. De manera similar, un lahar es una masa de tierra licuada por un evento volcánico , que se solidifica rápidamente una vez que se detiene.

Los lodos de perforación utilizados en aplicaciones geotécnicas pueden ser tixotrópicos. La miel de abejas también puede exhibir esta propiedad en determinadas condiciones (como la miel de brezo o la miel de mānuka ).

Tanto el citoplasma como la sustancia fundamental del cuerpo humano son tixotrópicos, al igual que el semen . [6]

Algunos depósitos de arcilla que se encuentran durante la exploración de cuevas presentan tixotropismo: un banco de lodo que inicialmente parece sólido se vuelve blando y libera humedad cuando se excava o se altera de alguna otra manera. Estas arcillas fueron depositadas en el pasado por corrientes de baja velocidad que tienden a depositar sedimentos de grano fino.

Un fluido tixotrópico se visualiza mejor con una pala de remo incrustada en el lodo. La presión sobre el remo a menudo da como resultado un lodo tixotrópico altamente viscoso (más sólido) en el lado de alta presión de la pala, y un lodo tixotrópico de baja viscosidad (muy fluido) en el lado de baja presión de la pala del remo. El flujo desde el lado de alta presión al lado de baja presión de la pala del remo no es newtoniano (es decir, la velocidad del fluido no es linealmente proporcional a la raíz cuadrada de la diferencia de presión sobre la pala del remo).

Aplicaciones

Muchos tipos de pinturas y tintas (por ejemplo, los plastisoles utilizados en la serigrafía textil ) presentan propiedades tixotrópicas. [7] En muchos casos, es deseable que el fluido fluya lo suficiente para formar una capa uniforme y luego resistir un mayor flujo, evitando así el descolgamiento en una superficie vertical. Algunas otras tintas, como las que se utilizan en la impresión de tipo CMYK , están diseñadas para recuperar la viscosidad aún más rápido, una vez que se aplican, a fin de proteger la estructura de los puntos para una reproducción precisa del color.

Existen varios métodos para utilizar la tixotropía; un método, el más popular, es utilizar una mezcla de dos fases para modelar y permitir que la mezcla continúe sin que se agreguen ecuaciones cuando la tixotropía esté trabajando en su proceso sobre los diferentes materiales. [8]

La tinta tixotrópica (junto con un cartucho presurizado a gas y un diseño especial de bola de corte) es una característica clave del Fisher Space Pen , utilizado para escribir durante los vuelos espaciales de gravedad cero de los programas espaciales estadounidense y ruso.

Las pastas de soldadura utilizadas en los procesos de impresión para la fabricación de productos electrónicos son tixotrópicas.

El líquido fijador de roscas es un adhesivo tixotrópico que cura anaeróbicamente.

Se ha propuesto la tixotropía como explicación científica de los milagros de licuefacción de sangre , como el de San Jenaro en Nápoles . [9]

Los procesos de fundición semisólida, como el moldeo tixotrópico, utilizan la propiedad tixotrópica de algunas aleaciones (principalmente metales ligeros como el magnesio). Dentro de ciertos rangos de temperatura y con la preparación adecuada, una aleación puede convertirse en un estado semisólido, que puede inyectarse con menos contracción y mejores propiedades generales que mediante el moldeo por inyección normal .

La sílice pirogénica se utiliza habitualmente como agente reológico para hacer que fluidos poco viscosos sean tixotrópicos. Los ejemplos van desde alimentos hasta resina epoxi en aplicaciones de unión estructural como juntas de filete .

Uso común

Se ha demostrado que la tixotropía es útil en muchos aspectos en relación con la pasta de cemento. La tixotropía permite que el cemento se descomponga de manera que el usuario pueda colocar la pasta lentamente y de manera controlada para que luego pueda fraguar y secarse. [10]

La tixotropía también se utiliza en los fluidos de perforación debido a su composición reológica. Sin embargo, esto está relacionado con la hidráulica de perforación y cómo la tixotropía afecta el proceso hidráulico. [11]

Efectos negativos

Si bien se ha observado que la tixotropía es beneficiosa en áreas relacionadas con la arcilla y el cemento, el material también tiene muchos efectos nocivos. Para intentar evitar que la tixotropía afecte la sostenibilidad del hormigón, se comenzó a utilizar un polímero catatónico para contrarrestar la tixotropía, sin embargo, este agente es necesario para permitir la mezcla de la arcilla y el material cementante. [12] En la actualidad, no existe una forma real de contrarrestar el efecto de la tixotropía y, al mismo tiempo, permitir que descomponga los materiales del cemento y la arcilla.

Etimología

La palabra proviene del griego antiguo θίξις thixis 'toque' (de thinganein 'tocar') y -tropy , -tropous , del griego antiguo -τρόπος -tropos 'de girar', de τρόπος tropos 'un giro', de τρέπειν trepein , 'girar'. Por lo tanto, puede traducirse como algo que gira (o cambia) cuando se toca. Fue inventado por Herbert Freundlich originalmente para una transformación sol-gel . [13]

Véase también

Referencias

  1. ^ Morrison, Ian (2003). "Dispersiones". Enciclopedia Kirk-Othmer de Tecnología Química . doi :10.1002/0471238961.0409191613151818.a01. ISBN 978-0471238966.
  2. ^ ab Mewis, J; Wagner, NJ (2009). "Tixotropía". Avances en la ciencia de coloides e interfases . 147–148: 214–227. doi :10.1016/j.cis.2008.09.005. PMID  19012872.
  3. ^ Mewis, Jan; Wagner, Norman J. (marzo de 2009). "Tixotropía". Avances en la ciencia de coloides e interfases . 147–148: 214–227. doi :10.1016/j.cis.2008.09.005. PMID  19012872.
  4. ^ Krupskaya, VV; Zakusin, SV; Tyupina, EA; Dorzhieva, OV; Chernov, MS; Bychkova, Ya. V. (marzo de 2019). "Transformación de estructura y propiedades de adsorción de montmorillonita bajo tratamiento termoquímico". Geoquímica Internacional . 57 (3): 314–330. doi :10.1134/S0016702919030066.
  5. ^ Ogolo, Oghenerume; Arinkoola, Akeem O.; Ngene, Peter; Ogbaga, Chukwuma C.; Osisanya, Samuel (12 de noviembre de 2023). "Tratamiento termoquímico de arcillas crudas nigerianas para operaciones de perforación de petróleo y gas". ChemEngineering . 7 (6): 110. doi : 10.3390/chemengineering7060110 .
  6. ^ Hendrickson, T: "Masaje para afecciones ortopédicas", página 9. Lippincott Williams & Wilkins, 2003.
  7. ^ Köhler, Klaus; Simmendinger, Peter; Roelle, Wolfgang; Scholz, Wilfried; Valet, Andreas; Slongo, Mario (2010). "Pinturas y recubrimientos, 4. Pigmentos, extensores y aditivos". Ullmann's Encyclopedia Of Industrial Chemistry . doi :10.1002/14356007.o18_o03. ISBN 978-3527306732.
  8. ^ Wen, Pengpeng; Feng, Zhongjun; Zheng, Baicun (agosto de 2023). "Tixotropía de pastas de cemento fresco en presencia de polímero catiónico". Construcción y materiales de construcción . 394 : 132302. doi :10.1016/j.conbuildmat.2023.132302.
  9. ^ Garlaschelli, L; Ramaccini, F; Della Scala, S (1994). "La sangre de San Januarius". Química en Gran Bretaña . 30 (2): 123.
  10. ^ Ojeda-Farías, O.; Hebraud, P.; Lootens, D.; Liard, M.; Mendoza-Rangel, JM (julio de 2019). "Tixotropía de suspensiones reactivas: el caso de materiales cementicios". Materiales de construcción y construcción . 212 : 121–129. doi :10.1016/j.conbuildmat.2019.03.319.
  11. ^ Gulraiz, Shiraz; Gray, KE (diciembre de 2020). "Efectos de la tixotropía en la hidráulica de perforación". Revista de ciencia e ingeniería del gas natural . 84 : 103653. Bibcode :2020JNGSE..8403653G. doi :10.1016/j.jngse.2020.103653.
  12. ^ Wen, Pengpeng; Feng, Zhongjun; Zheng, Baicun (agosto de 2023). "Tixotropía de pastas de cemento fresco en presencia de polímero catiónico". Construcción y materiales de construcción . 394 : 132302. doi :10.1016/j.conbuildmat.2023.132302.
  13. ^ Reiner, M; Scott Blair, GW (1967) en Eich, FR, (ed) Reología, teoría y aplicaciones, vol. 4, pág. 465 (Academic Press, NY)
  • La definición del diccionario de tixotropía en Wikcionario
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