Tixotropia

Tixotropia é uma propriedade reológica dependente do tempo na qual a viscosidade aparente diminui durante a aplicação continuada de cisalhamento e tende a se recuperar, total ou parcialmente, quando o cisalhamento é reduzido ou interrompido. A escala de tempo da ruptura e da recuperação da estrutura depende do material e de seu histórico de deformação.

Muitos gels, suspensões, coloides e fluidos não newtonianos podem apresentar esse comportamento. Em repouso, interações entre partículas, agregados ou outros elementos estruturais podem formar uma rede interna. O cisalhamento rompe ou reorganiza essa rede e sua reconstrução ocorre ao longo do tempo quando a solicitação diminui ou cessa. A tixotropia é um caso de comportamento com viscosidade dependente do tempo.

A tixotropia pode coexistir com a pseudoplasticidade ou afinamento por cisalhamento, mas os fenômenos não são equivalentes. Na pseudoplasticidade, a viscosidade aparente depende da taxa de cisalhamento. Na tixotropia, ela também depende da duração e do histórico do cisalhamento. Um fluido de lei de potência, por exemplo, pode ter comportamento pseudoplástico sem apresentar dependência temporal.

O aumento da viscosidade com o tempo sob cisalhamento constante é chamado de antitixotropia. O termo reopexia também é usado para comportamentos desse tipo, embora parte da literatura diferencie reopexia de antitixotropia. Esses comportamentos não devem ser confundidos com espessamento por cisalhamento, no qual a viscosidade aparente aumenta principalmente em função da taxa de cisalhamento. A antitixotropia é menos comum e menos estudada que a tixotropia.

História

Os primeiros estudos sistemáticos que levaram ao conceito moderno foram feitos por J. Schalek e A. Szegvari no laboratório de Herbert Freundlich. Em 1923, eles estudaram dispersões aquosas de óxido de ferro(III) que formavam géis em repouso, se tornavam fluidas quando agitadas e recuperavam o estado de gel depois da agitação.

O termo thixotropy foi cunhado por T. Péterfi em 1927. Freundlich adotou o termo em trabalhos posteriores sobre transformações reversíveis entre estados fluidos e estados semelhantes a géis.

Caracterização e medição

A tixotropia pode ser estudada impondo uma mudança súbita na taxa de cisalhamento e acompanhando a tensão ou a viscosidade ao longo do tempo. Ensaios desse tipo permitem observar a ruptura da estrutura durante o escoamento e sua reconstrução quando a taxa de cisalhamento é reduzida ou a amostra permanece em repouso.

Outro procedimento emprega rampas crescentes e decrescentes de taxa de cisalhamento. Um material dependente do tempo pode produzir um laço de histerese entre as curvas de subida e descida. A área do laço depende da duração do ensaio, da faixa de taxas escolhida e do histórico de preparação da amostra, portanto seu valor depende do protocolo experimental. A presença de histerese, isoladamente, não demonstra que o material seja tixotrópico, pois a viscoelasticidade não linear também pode produzir respostas semelhantes. Ensaios adicionais podem ser necessários para distinguir os mecanismos.

Modelos reológicos de materiais tixotrópicos costumam empregar uma variável estrutural ou uma descrição da distribuição e agregação das partículas para representar a ruptura e a reconstrução da estrutura interna.

Exemplos naturais

Algumas argilas são tixotrópicas. Em solos moles remoldados, a perturbação pode reduzir a resistência, que pode se recuperar gradualmente durante o repouso sob condições de teor de água e volume constantes. Esse comportamento interessa à engenharia geotécnica, especialmente em escavações, fundações e outros trabalhos nos quais a resistência do solo depois de uma perturbação varia com o tempo.

Em lamas de perfuração baseadas em argila, a composição e tratamentos termoquímicos podem alterar propriedades reológicas, inclusive a tixotropia.

Algumas formas de areia movediça foram estudadas como sistemas tixotrópicos, nos quais a perturbação reduz a resistência e favorece o escoamento.

Sedimentos argilosos encontrados em cavernas também podem apresentar resposta dependente do histórico de cisalhamento. Em amostras usadas para estudar vermiculações em paredes de cavernas, um pré-cisalhamento seguido de repouso foi empregado para controlar a tixotropia antes das medições.

O comportamento reológico do mel varia com a origem botânica, a temperatura, a umidade e o estado de cristalização. A maioria dos méis líquidos apresenta comportamento aproximadamente newtoniano, mas alguns tipos têm propriedades não newtonianas e efeitos dependentes do tempo. O mel de mānuka e o mel produzido a partir de urze estão entre os tipos para os quais foram relatados comportamentos não newtonianos e efeitos tixotrópicos.

O iogurte mexido é outro exemplo estudado. Sob cisalhamento contínuo, a tensão pode diminuir com o tempo, comportamento compatível com tixotropia.

O citoplasma de células vivas pode apresentar comportamento tixotrópico. A substância fundamental da matriz extracelular foi descrita em literatura biomecânica como um material hidrofílico de natureza tixotrópica, cuja consistência pode mudar sob ação de forças mecânicas. O sêmen humano muda de comportamento reológico durante a liquefação e pode apresentar resposta tixotrópica depois desse processo.

Uma forma simples de visualizar a perda e a recuperação de estrutura é mover uma pá em lama tixotrópica. A região submetida ao cisalhamento perde parte da estrutura e flui com mais facilidade. Quando o material volta ao repouso, sua consistência cresce gradualmente.

Aplicações

Muitas tintas, revestimentos e tintas de impressão são formulados para apresentar comportamento tixotrópico. Entre eles estão plastisóis usados em serigrafia e estamparia têxtil. Durante a aplicação, a redução da viscosidade facilita o espalhamento. Quando o cisalhamento diminui, a recuperação da estrutura ajuda a conter o escorrimento em superfícies verticais. Em tintas usadas em processos de impressão CMYK, a recuperação rápida da viscosidade depois da aplicação ajuda a limitar o espalhamento dos pontos impressos.

A Fisher Space Pen usa um cartucho pressurizado e tinta tixotrópica. A formulação permanece muito viscosa no reservatório e se torna mais fluida pelo cisalhamento produzido pela esfera durante a escrita. A NASA passou a usar a caneta nas missões Apollo, e o programa espacial soviético também a adotou.

Pastas de solda usadas na impressão por estêncil durante a fabricação de circuitos eletrônicos podem apresentar tixotropia ao longo do ciclo de impressão.

Alguns trava-roscas são adesivos tixotrópicos que curam em condições anaeróbicas. A consistência ajuda a reduzir o escoamento antes da cura.

Tubos usados para coleta de sangue podem conter um gel separador tixotrópico. Durante a centrifugação, o gel se desloca e se aloja entre as células compactadas e o soro ou plasma, conforme as densidades dos componentes.

A tixotropia foi proposta como explicação física para algumas relíquias de sangue liquefeito, entre elas a atribuída a São Januário, em Nápoles. Uma reprodução experimental empregou um gel de óxi-hidróxido de ferro cuja consistência mudava reversivelmente com a agitação.

Processos de conformação semissólida como a tixomoldagem exploram a resposta de certas ligas em um intervalo de temperatura no qual coexistem fases sólida e líquida. Ligas de metais leves, principalmente de magnésio, podem ser injetadas em moldes com métodos aparentados à moldagem por injeção, aproveitando a redução da resistência ao escoamento sob cisalhamento.

A sílica pirogênica é usada como modificador reológico em adesivos, resinas e revestimentos para produzir tixotropia ou tensão de escoamento. Seu efeito decorre da formação de redes de partículas capazes de imobilizar parte do líquido da formulação. Partículas desse material também podem estruturar óleos comestíveis em sistemas semelhantes a géis. Em formulações de resina epóxi, a sílica é empregada como espessante e agente tixotrópico para reduzir o escorrimento. Misturas espessadas são usadas em colagem e em juntas em filete.

Usos comuns

Pastas de cimento, argamassas e concretos frescos podem apresentar tixotropia. O cisalhamento rompe parte da estrutura desenvolvida em repouso, enquanto a estrutura volta a crescer quando o material deixa de escoar. Essa resposta afeta operações de bombeamento, projeção, autonivelamento e fabricação aditiva.

Fluidos de perfuração também podem ser tixotrópicos. A dependência temporal interfere na hidráulica do poço, inclusive nas pressões durante mudanças de vazão e no transporte dos detritos de perfuração.

Efeitos em pastas de cimento

A intensidade da tixotropia em materiais cimentícios pode ser modificada pela composição e por aditivos. Em pastas frescas contendo bentonita sódica, a adição de um polímero catiônico reduziu a área do laço de histerese e alterou as taxas de ruptura e reconstrução da estrutura floculada. O aditivo também afetou a hidratação do cimento. A tixotropia pode ser aumentada ou reduzida conforme a formulação e o comportamento exigido durante a colocação do material.

Etimologia

A palavra combina termos da língua grega antiga. θίξις, thixis, significa "toque" e deriva de θιγγάνειν, thinganein, "tocar". τροπή, tropē, significa "volta" ou "mudança" e se relaciona a τρέπειν, trepein, "virar" ou "mudar".

Ver também

• Fluido não newtoniano, fluido cuja relação entre tensão de cisalhamento e taxa de deformação não segue a forma newtoniana
• Pseudoplasticidade, diminuição da viscosidade aparente com o aumento da taxa de cisalhamento
• Plástico de Bingham, modelo reológico com tensão de escoamento antes do fluxo
• Viscoelasticidade, comportamento que combina respostas viscosas e elásticas
• Coloide, sistema disperso presente em muitos materiais tixotrópicos
• Reologia, estudo do escoamento e da deformação da matéria

Referências

Ligações externas

Procure por tixotropia no Wikcionário, o dicionário livre.

• Portal da física
• Portal da química
• Portal da engenharia