El modelo de esferas duras para interpretar las propiedades reológicas de suspensiones concentradas de partículas coloidales

CLAUDIO L. A. BERLI, JULIO A. DEIBER, D. QUEMADA

Termas de Río Hondo, Santiago del Estero, Argentina

Congreso; XIV Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2005

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

La interpretación teórica de las propiedades reológicas de fluidos coloidales ha sido objeto de intensa investigación en los últimos años. En particular, se requieren modelos rigurosos que relacionen las funciones reológicas (viscosidad, módulo elástico) con la microestructura, más precisamente, con el potencial de interacción entre partículas. Este es un problema fundamental en la física de coloides que tiene además una fuerte motivación tecnológica: la posibilidad de obtener el potencial de interacción a partir de magnitudes reológicas y luego usarlo para controlar las propiedades de flujo del material ajustando los parámetros fisicoquímicos (por ejemplo, tamaño de partículas, carga superficial, fuerza iónica del medio). Este conocimiento es crucial para optimizar las diversas aplicaciones que involucran suspensiones coloidales en la industria de alimentos, fármacos, agroquímicos y compuestos poliméricos en general. En la última década, el estudio de sistemas modelo (esferas rígidas, monodispersas, suspendidas en un líquido Newtoniano y estabilizadas con interacciones de corto alcance) ha conducido a progresos significativos en la comprensión de las propiedades de transporte de los fluidos coloidales. Un aspecto particular de estos fluidos es que su estructura presenta una gran analogía con la de los líquidos moleculares. Por esta razón, el modelo de esferas duras, utilizado en el análisis teórico de los líquidos, resulta de utilidad para describir suspensiones concentradas de partículas coloidales. Básicamente, el problema consiste en obtener un sistema equivalente de esferas duras que represente la suspensión coloidal. El aspecto clave de este tratamiento es el cálculo del radio efectivo de las partículas, el cual requiere una correcta descripción del potencial de interacción en sistemas concentrados. En este trabajo se utiliza el modelo de esferas duras para describir cuantitativamente la respuesta reológica de suspensiones acuosas de partículas de látex, en situaciones donde la microestructura no es afectada sensiblemente por el campo de flujo. En efecto, se obtiene una correcta interpretación de la viscosidad a bajas velocidades de corte y del módulo elástico a altas frecuencias de oscilación, para un rango amplio de concentraciones de partículas. Se discuten además las condiciones experimentales bajo las cuales se observa un comportamiento de “esferas blandas” y el cálculo pierde aplicación. En este sentido, el modelo de esferas duras puede considerarse como una base teórica de referencia para estudiar la respuesta de sistemas más complejos.