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Tixotropia

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O mel de mānuka pode apresentar comportamento tixotrópico.

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.[1][2] A escala de tempo da ruptura e da recuperação da estrutura depende do material e de seu histórico de deformação.[2]

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.[2] 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.[3] 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.[4] Esses comportamentos não devem ser confundidos com espessamento por cisalhamento, no qual a viscosidade aparente aumenta principalmente em função da taxa de cisalhamento.[3] A antitixotropia é menos comum e menos estudada que a tixotropia.[2]

História

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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.[2]

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.[2][5]

Caracterização e medição

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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.[6]

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.[7] 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.[8]

Variação esquemática da viscosidade com o tempo em um material tixotrópico e em um material reopético.

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.[7]

Exemplos naturais

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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.[5] 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.[5]

Em lamas de perfuração baseadas em argila, a composição e tratamentos termoquímicos podem alterar propriedades reológicas, inclusive a tixotropia.[9]

Areia movediça na margem do rio Tâmisa. Alguns sistemas desse tipo foram estudados como materiais tixotrópicos.

Algumas formas de areia movediça foram estudadas como sistemas tixotrópicos, nos quais a perturbação reduz a resistência e favorece o escoamento.[10]

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.[11]

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.[12] 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.[12][13]

O iogurte mexido é outro exemplo estudado. Sob cisalhamento contínuo, a tensão pode diminuir com o tempo, comportamento compatível com tixotropia.[14]

O citoplasma de células vivas pode apresentar comportamento tixotrópico.[15] 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.[16] O sêmen humano muda de comportamento reológico durante a liquefação e pode apresentar resposta tixotrópica depois desse processo.[17]

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.[2]

Aplicações

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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.[18] Em tintas usadas em processos de impressão CMYK, a recuperação rápida da viscosidade depois da aplicação ajuda a limitar o espalhamento dos pontos impressos.[18]

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.[19] A NASA passou a usar a caneta nas missões Apollo, e o programa espacial soviético também a adotou.[20]

Pastas de solda usadas na impressão por estêncil durante a fabricação de circuitos eletrônicos podem apresentar tixotropia ao longo do ciclo de impressão.[21]

Alguns trava-roscas são adesivos tixotrópicos que curam em condições anaeróbicas. A consistência ajuda a reduzir o escoamento antes da cura.[22]

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.[23]

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.[24][25]

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.[26]

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.[27] Partículas desse material também podem estruturar óleos comestíveis em sistemas semelhantes a géis.[28] 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.[29]

Usos comuns

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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.[30]

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.[31]

Efeitos em pastas de cimento

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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.[32] A tixotropia pode ser aumentada ou reduzida conforme a formulação e o comportamento exigido durante a colocação do material.[30]

Etimologia

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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".[33][34]

Ver também

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  • 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

  1. ↑ Ian Morrison (2003). «Dispersions». Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (em inglês). [S.l.]: Wiley. ISBN 978-0471238966. doi:10.1002/0471238961.0409191613151818.a01
  2. 1 2 3 4 5 6 7 Jan Mewis e Norman J. Wagner (2009). «Thixotropy». Advances in Colloid and Interface Science (em inglês). 147-148: 214-227. PMID 19012872. doi:10.1016/j.cis.2008.09.005
  3. 1 2 Howard A. Barnes (1997). «Thixotropy - a review». Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics (em inglês). 70 (1-2): 1-33. doi:10.1016/S0377-0257(97)00004-9
  4. ↑ Taha Sochi (2010). «Flow of non-Newtonian fluids in porous media». Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics (em inglês). 48 (23): 2437-2767. doi:10.1002/polb.22144
  5. 1 2 3 Yubin Ren, Shaoli Yang, Knut H. Andersen, Qing Yang e Yin Wang (20 de junho de 2021). «Thixotropy of soft clay: A review». Engineering Geology (em inglês). 287. 106097 páginas. doi:10.1016/j.enggeo.2021.106097
  6. ↑ Konraad Dullaert e Jan Mewis (1 de novembro de 2005). «Thixotropy: Build-up and breakdown curves during flow». Journal of Rheology (em inglês). 49 (6): 1213-1230. doi:10.1122/1.2039868
  7. 1 2 Ronald G. Larson e Yufei Wei (1 de maio de 2019). «A review of thixotropy and its rheological modeling». Journal of Rheology (em inglês). 63 (3): 477-501. doi:10.1122/1.5055031
  8. ↑ Mayank Agarwal, Shweta Sharma, V. Shankar e Yogesh M. Joshi (2021). «Distinguishing thixotropy from viscoelasticity». Journal of Rheology (em inglês). 65 (4): 663-680. doi:10.1122/8.0000262
  9. ↑ Oghenerume Ogolo, Akeem O. Arinkoola, Peter Ngene, Chukwuma C. Ogbaga e Samuel Osisanya (12 de novembro de 2023). «Thermochemical Treatment of Nigerian Raw Clays for Oil and Gas Drilling Operations». ChemEngineering (em inglês). 7 (6). 110 páginas. doi:10.3390/chemengineering7060110
  10. ↑ H. Freundlich e F. Juliusburger (1935). «Quicksand as a thixotropic system». Transactions of the Faraday Society (em inglês). 31: 769-774. doi:10.1039/TF9353100769
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  12. 1 2 Célia Faustino e Lídia Pinheiro (23 de julho de 2021). «Analytical Rheology of Honey: A State-of-the-Art Review». Foods (em inglês). 10 (8). 1709 páginas. PMID 34441487. doi:10.3390/foods10081709
  13. ↑ Mariusz Witczak, Lesław Juszczak e Dorota Gałkowska (2011). «Non-Newtonian behaviour of heather honey». Journal of Food Engineering (em inglês). 104 (4): 532-537. doi:10.1016/j.jfoodeng.2011.01.013
  14. ↑ H. S. Ramaswamy e S. Basak (1992). «Time dependent stress decay rheology of stirred yogurt». International Dairy Journal (em inglês). 2 (1): 17-31. doi:10.1016/0958-6946(92)90041-J
  15. ↑ F. H. C. Crick e A. F. W. Hughes (1950). «The physical properties of cytoplasm: A study by means of the magnetic particle method Part I. Experimental». Experimental Cell Research (em inglês). 1 (1): 37-80. doi:10.1016/0014-4827(50)90048-6
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  21. ↑ Oliver Krammer; et al. (6 de fevereiro de 2017). «Investigating the thixotropic behaviour of Type 4 solder paste during stencil printing». Soldering & Surface Mount Technology (em inglês). 29 (1): 10-14. doi:10.1108/SSMT-10-2016-0022
  22. ↑ «LOCTITE 262». Henkel Adhesives (em inglês). Consultado em 15 de setembro de 2026
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  28. ↑ Catherine P. Whitby (22 de outubro de 2020). «Structuring Edible Oils With Fumed Silica Particles». Frontiers in Sustainable Food Systems (em inglês). 4. doi:10.3389/fsufs.2020.585160
  29. ↑ «406 Colloidal Silica». WEST SYSTEM Epoxy (em inglês). Consultado em 15 de setembro de 2026
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  33. ↑ Douglas Harper. «thixotropy». Online Etymology Dictionary (em inglês). Consultado em 15 de setembro de 2026
  34. ↑ Henry George Liddell e Robert Scott (1940). A Greek-English Lexicon (em inglês). Oxford: Clarendon Press. Consultado em 15 de setembro de 2026

Ligações externas

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