Osnovi reologije

OSNOVI REOLOGIJEOSNOVI REOLOGIJEOSNOVI REOLOGIJEOSNOVI REOLOGIJE

dr Mara Aleksi, vanr. prof.

Reologija: rheo = tei logos = nauka

njutnovski sistemivai Njutnov zakonkonstantna viskoznost

nenjutnovski sistemine vai Njutnov zakonviskoznost je promenljiva

tenosti

Osobine tenosti opisuje viskoznost - unutranji otpor koji se javlja prilikom proticanja

REOLOGIJA nauka koja prouava proticanje i deformaciju materije

Znaaj reologije za farmacijuFormulacije i analize farmaceutskih preparata: emulzije paste supozitorije medicinske i kozmetike kreme losioni...

Preparati treba da poseduju zadovoljavajuu konsistenciju i mekou.Ove osobine treba da budu konstantne prilikom proizvodnje i upotrebe. Reoloka merenja farmaceutskoj industiji: meanje i proticanje, pakovanje i raspakivanje.Podaci za procenu tolerancije na lek, stabilnost leka, bioraspoloivost...

Njutnovski sistemi

drdvD = gradijent brzine brzina smicanja

AF

= napon smicanja

Njutn: to je tenost viskoznija potrebna je vea sila,tj. napon smicanja, da se uspostavi kretanje slojeva

Njutnov zakon proticanja tenosti:

Ddrdv

==

1Pa=N/m2

s-1

koeficijent viskoznosti

Kriva proticanja njutnovskog sistema predstavlja pravu koja prolazi kroz koordinatni poetak.

Viskoznost njutnovskih tenosti ne zavisi od brzine smicanja

Njutnovski sistemi

.consttgD

===

Odstupanje od idealno viskoznog ponaanjaObrazovanje prostornih struktura strukturacijeUzajamno delovanjea koloidnih estica

Nenjutnovski sistemi

Nenjutnovski sistemi

Reoloke osobine zavise od vremena trajanja spoljanje sile,

ali ne zavise od vremena stajanja

Reoloke osobine zavise i od vremena trajanja spoljanje sile

i od vremena stajanja

Nenjutnovski sistemi ije reoloke osobine zavise od vremena trajanja spoljanje sile, ali ne zavise od

vremena stajanja

PlastiPlastino proticanjeno proticanje

PseudoplastiPseudoplastinonoproticanjeproticanje

Dilatantno proticanjeDilatantno proticanje

Wilson: Osobina materijala koja omoguava da se sistem deformie kontinualno i nepovratno, za sve vreme primene sile koja prelazi neku

kritinu vrednost pod kojom dati sistem poputa.

PlastiPlastino proticanjeno proticanje

Bingamovsko ili idealno plastino

proticanje

Tipovi plastiTipovi plastinog proticanjanog proticanja

Plastino proticanje po Kesonu

Uzajamno dejstvo izmeu koloidnih estica - van der Waals-ove sileKontinualna struktura kroz ceo sistem. Da bi do proticanja dolo, ove veze se moraju raskinuti - prinosni napon.

Bingamovskog proticanje - sferne i delimino solvatisane estice Krivolinijsko proticanje (tj. po Kesonu) asimetrini ili linearni makromolekuli

Bingamovsko ili idealno Bingamovsko ili idealno pplastilastino proticanjeno proticanje

Dtgpl 0

========

Dpl += 0

aapl

ao

a D+= 1/3 < a < 2/3

koeficijent plastikoeficijent plastine viskoznosti ne viskoznosti konstantna vrednost pl

:

prinosni naponprinosni napon0

Posle postizanja prinosnog napona proticanje nije

pravolinijsko

sferne i delimino solvatisane estice

PPlastilastino proticanjeno proticanje popo KesonuKesonu

( )21202Dpl

=

Asimetrini makromolekuli Linearni makromolekuli

javlja se kod realnih plastinih tela kod kojih:

prinosni napon nije jasno izraen prelaz u teno stanje je postepen zavisnost napona od brzine smicanja nije linearna

zubne paste

masti i kremovi

maziva

okoladne mase

PlastiPlastino proticanjeno proticanje pokapokazuju:zuju:

PseudoplastiPseudoplastinono proticanjeproticanjepseudoplastino proticanje pokazuju polimerni materijalinema prinosnog naponanapon smicanja znatno bre raste pri niim brzinama smicanja nego pri viimviskoznost pseudoplastine supstance opada sa porastom brzine smicanja.

Karakteristina kriva pseudoplastinog proticanja je konkavnakonkavna u odnosu na osu brzine smicanja

Zakrivljenost krive posledica je delovanja napona Zakrivljenost krive posledica je delovanja napona smicanja na dugasmicanja na dugake lance linearnih polimerake lance linearnih polimera

Sa poveanjem napona, haotino rasporeeni molekuli orijentiu svoje duge lance u pravcu delovanja sile to smanjuje unutranji otpor.

D

PseudoplastiPseudoplastinono proticanjeproticanjeaDk =

a -stepen odstupanja pseudoplastinog sistema od idealnog njutnovskog ponaanjak merilo konzistencije tenostia =1 proticanje je Njutnovsko k =

0 < a < 1

Dtgpr

==

1=

aDk

Metil celuloza

PseudoplastiPseudoplastinono proticanje pokaziju:proticanje pokaziju:sistemi sa solvatisanim asimetrinim koloidnim esticama,

rastvori razgranatih ili linearnih makromolekula, koncentrovane emulzije i dr.

Polivinilpirolidon

Poliakrilna kiselina

Dilatantno proticanjeDilatantno proticanjePri poveanju brzine smicanja napon smicanja naglo raste.Raste i viskoznost pa je otpor sistema mnogo vei pri veim

brzinama smicanja nego pri manjim.

Ovakvi sistemi pri dejstvu napona smicanja praktino poveavaju svoju zapreminu u odnosu na stanje mirovanja, ire se, pa se zato i nazivaju dilatantni.

aDk = 1>a

Dilatantno proticanjeDilatantno proticanjePojava dilatancije se tumai razliitim pakovanjem sfernih estica pri mirovanju, pri sporom i pri brem proticanju. Zapremina koju zauzimaju suspendovane estice zavisi od njihovog uzajamnog

rasporeda, tj. pakovanja.

najgue pakovane sferezauzimaju oko 75%

sfere zauzimaju samo oko 35%

D=0 D>0 D>>0dalja preorijentacije i

obrazovanja unutranjeprostorne reetke

Efekat je reverzibilan.Po prestanku delovanja spoljanje sile ponovo se uspostavlja fluidnost.

Pri mirovanju estice se ponovo sleu, gue se pakuju, smanjuje se prostor izmeu njihi prisutna tenost se ponovo istiskuje na povrinu.


Dilatantno proticanje Dilatantno proticanje ppokazujuokazuju veoma veoma koncentrovane (oko 50%) suspenzije sfernih, krutih i koncentrovane (oko 50%) suspenzije sfernih, krutih i

slabo solvatisanih slabo solvatisanih esticaestica

Na pojavu dilatancije utiNa pojavu dilatancije utiu u zapreminska koncentracija dispergovane faze veliina dispergovanih estica oblik dispergovanih estica naelektrisanje dispergovanih estica prisustvo reagenasa-dispergatora

pesak oko stopala postaje suvlji i vlaga sa povrine uvlai se u unutranjost

http://www.youtube.com/Walking on Non-newtonianCornflourby DrQ999

Voda + kukuruzni tirak


Meanjem dilatantne suspenzije otpor postaje sve vei do te mere da se suspenzija ukruti i onemoguava dalje meanje.

Granulacije tableta u mlinovima i blenderima velike brzine dovodi do ovravanja to moe da oteti motore.

DilatantnoDilatantnostst predstavlja problem predstavlja problem u farmaceutskoj industrijiu farmaceutskoj industriji

Dilatantni sistemi su nestabilniji Dilatantni sistemi su nestabilniji u odnosu na sisteme sa plastiu odnosu na sisteme sa plastinim i nim i pseudoplasitipseudoplasitinim proticanjem.nim proticanjem.

Porastu stabilnosti Porastu stabilnosti dilatantnih sistema mogu da doprinesu razlidilatantnih sistema mogu da doprinesu razliiti iti aditivi, kao aditivi, kao to su:to su:

MineraliMineraliGlineGlineBentonitBentonitPovrPovrinski aktivne materijeinski aktivne materije

AditiviAditivi dovode do promena viskoznosti i tipa proticanjadovode do promena viskoznosti i tipa proticanja

Cilj je dobijti sistem sa plastiCilj je dobijti sistem sa plastinim nim tipom proticanja, sa tipom proticanja, sa to manjim to manjim prinosnim naponomprinosnim naponom

Ovaj problem se ne moOvaj problem se ne moe ree reiti, ali se moiti, ali se moe prevazie prevazii...i...

Nenjutnovski sistemi ije reoloke osobine zavise od vremena trajanja spoljanje sile, i od vremena stajanja

TIKSOTROPIJATIKSOTROPIJA

REOPEKSIJAREOPEKSIJA

VISKOELASTIVISKOELASTINOSTNOST

Struktura koja je razruStruktura koja je razruena ne obnavlja se trenutno po ena ne obnavlja se trenutno po prestanku spoljaprestanku spoljanjeg dejstva, venjeg dejstva, ve posle izvesnog vremena.posle izvesnog vremena.


RazruRazruavanje tiksotropne strukture je relativno brz proces, dok avanje tiksotropne strukture je relativno brz proces, dok ponovno uspostavljanje tiksotropne strukture moponovno uspostavljanje tiksotropne strukture moe da traje od e da traje od nekoliko minuta do nekoliko sati, dana, pa nekoliko minuta do nekoliko sati, dana, pa ak i nedelja.ak i nedelja.

Pri mehaniPri mehanikom dejstvu (mekom dejstvu (meanje, muanje, mukanje) postaju tekanje) postaju teni, a pri ni, a pri mirovanju ponovo prelaze u mirovanju ponovo prelaze u vrsto stanje (gel). vrsto stanje (gel).

Ova pojava naziva slOva pojava naziva sl--gelgel--sl transformacija.sl transformacija.

Kada brzina smicanja dostigne neku maksimalnu vrednost i poKada brzina smicanja dostigne neku maksimalnu vrednost i pone da ne da se smanjuje, povratna kriva u reogramu ne poklapa se sa uzlaznomse smanjuje, povratna kriva u reogramu ne poklapa se sa uzlaznom. .

Kod plastinih i peudoplastinih sistema povratna kriva je pomerena udesno udesno u odnosu na uzlaznu.


Kod dilatantnih dilatantnih sistema povratna kriva je pomerena ulevo ulevo u odnosu na uzlaznu.

Odsustvo tiksotropije

Prisustvo histerezisne petlje ukazuje da je dolo do razruavanja strukture, a povrina unutar petlje merilo je stepena razruavanja.

HISTEREZISNA PETLJA

Tokom dejstva spoljanje sile, tiksotropni sistemi pokazuju smanjenu viskoznost, po prestanku dejstva viskoznost ponovo raste.

Viskoznost nije funkcija samo brzine smicanja ve i vremena trajanja spoljanjeg dejstva, jer je za razruavanje ili uspostavljanje unutranje strukture potrebno izvesno vreme.


1. Koloidne estice su uzajamno povezane slabim sekundarnim vezama, (vodonine ili veze elektrostatike prirode).

2. U sistemu obrazuju trodimenzionalnu reetku u koju su uklopljeni molekuli rastvaraa - gel strukturu.

3. Pri dejstvu spoljanje sile dolazi do raskidanja slabih veza i razruavanja strukture - koloidne estice se postavljaju paralelno delovanju sile.

4. Nastaje sl i poinje da tee (gel-sl transformacija).5. Razruavanje nije trenutno veze se raskidaju postepeno . to je

spoljanja sila jaa, intenzivnije je razruavanje unutranje strukture gela, pa je i opadanje viskoznosti vee.

6. Po prestanku delovanja spolanje sile koloidne estice podleu sluajnom Braunovom kretanju, ponovo dolaze u kontakt i ostvaruju veze. Ni ovaj proces nije trenutan, esto traje i due od razruavanja strukture.


Sol-gel transformacija vodenog rastvora1 vol% laponit i 0.05 vol% prakastog metala estica veliine m pre

i posle dejstva sile (laser 0.265 J/cm2 , =532 nm )

Rastvori male viskoznosti transformiu se u gel

sistemi sa solvatisanim asimetrisistemi sa solvatisanim asimetrinim ili linearnim nim ili linearnim makromolekulima, makromolekulima,

TIKSOTROPIJU POKAZUJU...TIKSOTROPIJU POKAZUJU...

Rastvori i geli:elatinapektinaderivata celuloze,belanevina

Skrobne paste

Koncentrovani rastvori sapuna

Hidrofilni sistemi:Hidrofilni sistemi:

sistemi sa solvatisanim asimetrisistemi sa solvatisanim asimetrinim ili linearnim nim ili linearnim makromolekulima, makromolekulima,

TIKSOTROPIJU POKAZUJU...TIKSOTROPIJU POKAZUJU...

Organofilni sistemi :Organofilni sistemi :

BojeMastiMaziva

Bioloke tenosti - krv

metode ispitivanja tiksotropnog razruavanja

metode ispitivanja tiksotropnog oporavljanja

METODE ISPITIVANJA METODE ISPITIVANJA TIKSOTROPNIH SISTEMATIKSOTROPNIH SISTEMA

METODE ISPITIVANJA TIKSOTROPNOG RAZRUAVANJA

METODE ISPITIVANJA TIKSOTROPNOG RAZRUAVANJA

CILJ: CILJ: formiranje histerezisne petlje pomou uzlaznih i povratnih krivih proticanja.

POSTUPAK:POSTUPAK: merenja viskoznosti pri razliitim brzinama smicanja

Mera tiksotropnosti je povrMera tiksotropnosti je povrina dobijene histerezisne petlje.ina dobijene histerezisne petlje.Uzlazna kriva karakterie poetno nerazrueno stanje, a povratna krajnje, razrueno ili ravnoteno stanje.

Histerezisna petlja zavisi i od:karakteristika viskozimetra (broj razliitih brzina i vrednost maksimalne brzine)vremena primene maksimalne brzinenaina merenjahomogenosti uzorkatemperature

METODE ISPITIVANJA TIKSOTROPNOG OPORAVLJANJA

METODE ISPITIVANJA TIKSOTROPNOG OPORAVLJANJA

Metode ispitivanja tiksotropnog oporavljanja slue za ispitivanje sposobnosti sistema sposobnosti sistema da ponovo uspostavi tiksotropnu strukturu - da se oporavljada se oporavlja.

Prvo se mehaniPrvo se mehaniki razruki razrui unutrai unutranja strukturanja struktura, a zatim se sakupljaju podaci o oporavljanju sistema razliitim metodama u zavisnosti od toga da li je sistem sporooporavljajui, ili se oporavlja umereno ili veoma brzo.

Reopeksija je pojava koja se javlja kod nekih Reopeksija je pojava koja se javlja kod nekih koloidnih sistema pri laganom mekoloidnih sistema pri laganom meanju, pri anju, pri emu emu dolazi do brdolazi do breg obrazovanja tiksotropne strukture eg obrazovanja tiksotropne strukture (o(ovrvravanja), odnosno porasta viskoznosti, u avanja), odnosno porasta viskoznosti, u odnosu na klasiodnosu na klasine tiksotropne sisteme.ne tiksotropne sisteme.

REOPEKSIJAREOPEKSIJA

tiksotropija reopeksija

Reopektian sistem: gipsana pasta


Koloidni sistemi koji nisu ni idealno Koloidni sistemi koji nisu ni idealno vrsti, a ni idealno tevrsti, a ni idealno teni ni

Pokazuju osobine i Pokazuju osobine i vrstih i tevrstih i tenih tela u razlinih tela u razliitom iznosuitom iznosuOvakva tela pokazuju:

Elastine deformacije Viskozne deformacije

1. Idealno viskozne tenosti


ProtiProtiuu Nastale deformacije su proporcionalne su Nastale deformacije su proporcionalne su vremenu trajanja dejstva i potpuno su nepovratne. vremenu trajanja dejstva i potpuno su nepovratne. Viskozno ponaViskozno ponaanje predstavlja pomeranje anje predstavlja pomeranje klipa u cilindru koji je napunjen viskoznom klipa u cilindru koji je napunjen viskoznom tetenonouu

Ako se klip izvlai konstantnim naponom, on e se u cilindru pometati sve dok primenjeni napon traje, a kada prestane dejstvo napona, klip ostaje u poloaju u kome se nalazio u trenutku prestanka spolanjeg dejstva. to je veto je vea viskoznost tea viskoznost tenosti u cilindru to je nosti u cilindru to je vevei unutrai unutranji otpor.nji otpor. Idealno viskozne deformacije opisuju se Idealno viskozne deformacije opisuju se Njutnovim zakonom Njutnovim zakonom

Ddrdv

==

2. Idealno elastina (vrsta) telaVISKOELASTIVISKOELASTINOSTNOST

ElastiElastine deformacije ne deformacije Posle prestanka dejstava sile telo zauzima Posle prestanka dejstava sile telo zauzima prvobitan poloprvobitan poloaj. aj. Deformacije su potuno povratne, a vreme Deformacije su potuno povratne, a vreme dejstva sile ne utidejstva sile ne utie na velie na veliinu deformacijeinu deformacije

Elastine osobine materijala mogu da se prikau ponaanjem elastine opruge koja se deformie pod dejstvom sile, a posle njenog prestanka, trenutno zauzima prvobitan oblik

PonaPonaanje idealno elastianje idealno elastinih tela nih tela predstavlja se Hukovim (Hook) zakonompredstavlja se Hukovim (Hook) zakonom

2. Idealno elastina (vrsta) telaHukov (Hook) zakonHukov (Hook) zakon

Ako na sistem deluje normalna sila normalna sila (FF, sila koja deluje pod uglom od 900 u odnosu na povrinu) izaziva izduenje ili skraenje vrstog tela:

Ako na sistem deluje tangencijalna sila tangencijalna sila (pod nekim uglom koji je razliit od 900) dolazi do smicanja materijala - promena duine i po x i po y osi.

eE =AF=normalni napon

lle =moduo elastinosti

lG G moduo smicanja

= G - deformacijeVEZA modula smicanja i modula elastiVEZA modula smicanja i modula elastinostinosti GE ==== 3

.

linearna deformacijaE

3. Modeli ponaModeli ponaanja realnih reoloanja realnih reolokih telakih telaVISKOELASTIVISKOELASTINOSTNOST

Maksvelovo teloMaksvelovo telo

Sastoji se od redno vezane, jedne opruge i jednog viskoznog elemSastoji se od redno vezane, jedne opruge i jednog viskoznog elementaentaPri dejstvu napona, opruga se istee, a klip se pomera u cilindru.Po prestanku dejsta sile opruga se trenutno vraa u svoj prvobitni poloaj, a klip ne.

Maksvelovo telo je delimiMaksvelovo telo je delimino trajno deformisano,no trajno deformisano,a delimia delimino se vrano se vraa u prvobitno stanje.a u prvobitno stanje.


KelvinKelvin--Foigtovo telo Foigtovo telo

Ako se opruga i viskozni element poveu paralelno, dobija se model Kelvin-Foigtovog tela koje se pod dejstvom konstantne sile deformie do izvesne granice.

Po prestanku dejstva sile, ovo telo se u potpunosti vrapotpunosti vraa u a u prvobitno stanjeprvobitno stanje, ali ovo vraanje zahteva izvesno vreme i urozahteva izvesno vreme i uroak ak energijeenergije.

OpOpti model viskoelastiti model viskoelastinog tela nog tela dobija se kada se redno veu Maksvelovo i

Kelvin-Foigtovo telo


Pojave koje nastaju kao posledica deformacija Pojave koje nastaju kao posledica deformacija viskoelestiviskoelestinih sistema su: nih sistema su:

RELAKSACIJA

i

VAJSENBERGOV EFEKAT


1. RELAKSACIJARELAKSACIJA


Ako neko viskoelastino telo podvrgnemo dejstvu sile istezanja, pa krajeve rastegnutog tela fiksiramo, unutranji otpor tela postepeno e opadati do nule.

Pri dovoljno dugom Pri dovoljno dugom vremenu telo ostaje trajno vremenu telo ostaje trajno deformisanodeformisano.

Fleksibilni polimeri su izloeni dejstvu sile u vremenu t vremenu t dovoljno dugo da monomerni segmenti izgube fleksibilnost i uspostave novu ravnoteu u kojoj zauzimaju horizontalni (linearni) poloaj.

2. VAJSENBERGOV EFEKAT


You tube video snimak: WeissenbergEffect

The Weissenberg Effectby psidot

youtube.comThree Viscoelastic Effects1 min - 19 Jul 2007 - Uploaded by psidotA dyed polyvinyl solution crossed linked with sodium tetraborate in solution is found to exhibit the following three different ...


Vajsenbergov efekat (Weissenberg) je pojava normalne komponente sile, kada na viskoelastino telo deluje tangencijalna sila. Zapaa kao penjanje tenosti uz cilindar ili ipku koja u njoj rotira.

Ovaj efekat javlja se kod viskozimetara sa Ovaj efekat javlja se kod viskozimetara sa koaksijalnim cilindrima i kod viskozimetara sa koaksijalnim cilindrima i kod viskozimetara sa kupom i plokupom i ploom. om. Kod veih brzina smicanja normalna sila tei da istisne uzorak iz mernog prostora instrumenta, usled ega dolazi do greke u merenju, jer je izmerena vrednost viskoznosti manja.

Documents

Osnovi reologije