Transiciones microestructurales inducidas por cizalla en sistemas acuosos de un tensioactivo catiónico tipo esterqua

Abstract

Se presenta un estudio basado en técnicas reológicas y de microscopía electrónica de barrido de bajas temperaturas (cryo-SEM) sobre los cambios de microestructura provocados por el flujo en cizalla de dispersiones acuosas de un tensioactivo catiónico tipo esterquat. Se comparan micrografías de cryo-SEM y las respuestas bajo cizalla oscilatoria de dispersiones sin y con cloruro de calcio. Esta última no presenta zona de comportamiento viscoelástico lineal, apuntando su respuesta no lineal a un fenómeno de estructuración inducida por cizalla. Ensayos transitorios de inicio al flujo, entre 0,1s-1 y 2000s-1, confirman que se producen aumentos de viscosidad más acusados con el tiempo de flujo a medida que aumenta la velocidad de cizalla. La técnica de cryo-SEM apoya que los resultados transitorios se deben a que un exceso de energía mecánica provoca transiciones de bicapas de tensioactivo a vesículas. Diferentes ensayos reológicos realizados en serie avalan la naturaleza irreversible, en la escala de tiempo de esta investigación, de las transiciones microestructurales inducidas por cizalla. Se demuestra que a pesar de la presencia de cloruro de calcio (0,1%), la aplicación de una velocidad de cizalla excesiva puede dar lugar a la aparición de respuestas viscoelásticas lineales significativas.

This paper deals with a rheological and microstructural (cryo- SEM) characterization of shear-induced microstructure transitions in aqueous dispersions of an esterquat cationic surfactant. Cryo-SEM micrographs and oscillatory shear results of systems containing or not calcium chloride are compared. The addition of calcium chloride precluded the occurrence of significant viscoelastic properties and the estimation of the linear viscoelastic range. The non-linear oscillatory response pointed to the occurrence of incipient shear-induced build-up phenomena. Start-up flow tests between 0.1s-1 and 2000s-1 showed that the increase of viscosity with shear time was more marked as shear rate was increased. Cryo-SEM observations supported that build-up results in transient flow were due to an excess of mechanical energy, which resulted in transitions from surfactant bilayers to vesicles. Several series of rheological tests were carried out to demonstrate that shear-induced microstructure transitions were irreversible in the time scale of this investigation. Despite the addition of calcium chloride (0.1% wt), the shear-induced dispersion of vesicles may provoke the onset of significant linear viscoelasticity.

Es presenta un estudi basat en tècniques reològiques i de microscòpia electrònica d’escombratge de baixes temperaturas (cryo-SEM) sobre els canvis de microestructura provocats pel flux en cisalla de dispersions aquoses d’un tensioactiu catiònic tipus esterquat. Es comparen micrografies de cryo-SEM i les respostes sota cisallament oscil•latòri de dispersions sense i amb clorur de calci. Aquesta darrera no presenta zona de comportament viscoelàstic lineal, apuntant la seva resposta no lineal a un fenomen d’estructuració induïda per cisallament. Assaigs transitoris d’inici al flux, entre 0,1s-1 y 2000s-1, confirmen que es produeixen augments de viscositat més acusats amb el temps de flux a mesura que augmenta la velocitat de cisallament. La técnica de cryo-SEM recolza que els resultats transitoris es deuen a que un excés d’energia mecànica provoca transicions de bicapes de tensioactiu a vesícules. Diferents assaigs reològics realitzats en sèrie avalen la naturalesa irreversible, a la escala de temps d’aquesta investigació, de les transicions microestructurals induïdes per cisallament. Es demostra que, tot i la presència de clorur de calci (0,1%), l’aplicació de una velocitat de cisallament excessiva pot donar lloc a l’aparició de respostes viscoelàstiques lineals significatives.