Gelificación: cómo influye la tensión del ensayo de oscilación
Un ensayo de oscilación no siempre es inocuo: con una tensión demasiado alta, el gel se forma más débil o no llega a formarse.
Para que un producto tenga éxito no basta con el principio activo: hay que presentarlo en una forma que encaje con su uso. Un champú tan fluido como el agua sería difícil de manejar, y un pesticida se lo llevaría la primera lluvia. Una solución habitual es incorporar el activo en un gel, que hace que el producto se adhiera, se mantenga en su sitio o se dosifique fácilmente.
El método clásico para seguir la formación de un gel es el ensayo de oscilación, que se considera no destructivo porque usa tensiones y deformaciones pequeñas. Esta nota de Thermo Fisher Scientific se pregunta si eso es siempre cierto con estructuras frágiles.
El ensayo
Se usó un sistema polímero-disolvente con una transición sol-gel reversible con la temperatura, medido en un reómetro HAAKE MARS con placa Peltier, geometría de placa de 35 mm y tapa de PEEK para minimizar gradientes de temperatura.
- La muestra se cargó líquida a 50 °C y se enfrió a 20 °C a −2 K/min.
- Durante el enfriamiento se aplicó una oscilación de 1 Hz con una tensión constante de 0,1 Pa, 1 Pa o 20 Pa, y se determinó la temperatura del punto de cruce de G′ y G″.
- Después, cada gel se caracterizó con un barrido de tensión.
Todo el programa (carga, enfriamiento, barrido, recalentamiento y repetición con las tres tensiones) se escribió como un único método del software HAAKE RheoWin, que se ejecutó sin supervisión.
Resultados
| Tensión durante la gelificación | Resultado |
|---|---|
| 0,1 Pa | Transición sol-gel a 33,1 °C. Gel bien formado (δ algo superior a 30° en el rango lineal). |
| 1 Pa | Transición a 27,9 °C, unos 5 °C más baja. Gel algo más débil: viscosidad un 10 % menor y G′ un 11 % menor que con 0,1 Pa. |
| 20 Pa | No hay transición: δ se mantiene en torno a 80° y la muestra sigue siendo un líquido viscoso. En el barrido posterior, G′ es un 88 % menor y la viscosidad un 74 % menor que con 0,1 Pa. |
Qué significa en la práctica
- En la síntesis de geles frágiles, las fuerzas mecánicas sobre la red en formación deben controlarse para que el proceso sea reproducible. A la inversa, aplicar una tensión definida durante la gelificación puede ser una forma sencilla de obtener un gel más débil sin cambiar la formulación.
- Al diseñar ensayos de gelificación, sobre todo si los resultados van a servir para definir un proceso de producción, hay que comprobar que las condiciones del ensayo no influyen en el resultado. Si el gel se forma en reposo en la fábrica, el ensayo debe molestarlo lo menos posible.
- Regla práctica: seguir la gelificación con la menor tensión o deformación que todavía dé datos fiables.
Para medir geles débiles sin alterarlos hace falta un reómetro con mucha sensibilidad de par a deformaciones pequeñas. Los reómetros HAAKE MARS iQ Air (cojinete de aire) y MARS 40/60 están pensados para ello.
Si los conceptos de punto de cruce, ángulo de fase o rango lineal le resultan nuevos, los explicamos en ensayos de oscilación en reología.
