Desenvolvimento e caracterização reológica de potenciais materiais de referência não newtonianos

Tese de mestrado em Química Tecnológica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, em 2018O estudo reológico de materiais é de grande interesse e de elevada importância para a indústria. Existe um vasto estudo sobre materiais newtonianos havendo inclusive materiais de referência certificados (MRC). O mesmo não se aplica aos materiais não-newtonianos, que, apesar de existirem artigos científicos a abordarem o assunto, a informação existente não é suficiente de forma a existirem conclusões suficientes para a compreensão do seu comportamento reológico, bem como, para a produção de um material de referência não-newtoniano. A presente dissertação teve como principal objetivo o desenvolvimento e caracterização reológica de potenciais materiais de referência não-newtonianos, utilizando um reómetro do tipo Searle MARS III, Thermo Scientifc) do Laboratório das Propriedades dos Líquidos do Instituto Português de Qualidade (IPQ). Iniciou-se o estudo reológico de MRC e verificou-se que os valores de viscosidade tabelados se afastavam dos valores medidos pelo reómetro. Tendo em conta a importância da temperatura nesta variável procedeu-se à calibração direta e indireta do reómetro. Tendo a calibração da temperatura concretizada estudaram-se quatro candidatos a MRC: três soluções aquosas (de álcool polivinílico e borato de sódio, de amido e de celulose). De forma estudar o seu comportamento reológico foram efetuados testes dinâmicos. Para cada candidato a CRM realizou-se o teste de amplitude com controlo de deformação 0,01% a 100%, com uma frequência de 1,596 Hz, com recolha de informação em 20 pontos a uma temperatura de 20º C. Com pré-seleção da deformação de corte aplicou-se esse valor nos testes de frequência variando a frequência angular (ω) de 100 rad/s a 0f,01 rad/s. As soluções aquosas de álcool polivinílico e borato de sódio apresentaram um comportamento inicial viscoso (G’’>G’) e depois um comportamento elástico (G’>G’’) (reospessante). As soluções aquosas de amido inicialmente têm um comportamento elástico (G’>G’’) e depois viscoso (G’’>G’) (reofluidificante). As soluções de celulose têm um comportamento permanentemente viscoso (G’’>G’) nas soluções menos concentradas (0,005 e 0,01 g/ml) e para a solução mais concentrada (0,015 g/ml) temos inicialmente um comportamento viscoso, no entanto após o ponto de cedência passamos a ter uma solução com comportamento maioritariamente elástico. As soluções de aquosas de álcool polivinílico e borato de sódio, cuja concentração de borato de sódio era superior e a dispersão de amido a 54% foram selecionadas para o estudo de estabilidade de forma a perceber a sua possível aplicação para MRC. Foram feitas medições recorrendo a teste oscilatórios conforme os já explicados ao longo de 56 dias. Foi aplicado o teste de estabilidade para auxiliar nas conclusões. Após a análise dos resultados verificou-se que nenhuma das soluções apresentou estabilidade suficiente para ser considerada um material de referência certificado.The rheological study of materials is very important for the industry. There is a vast study of Newtonian materials including certified reference materials. The same does not apply to non-Newtonian materials which, although there are scientific papers addressing the subject matter, the existing information is not sufficient so that there are conclusions for the understanding of their rheological behavior, as well as for the production of a non-Newtonian reference material. The aim of the present dissertation was to develop and characterize rheological potential of non-Newtonian reference materials using the HAAKE ™ MARS- Thermo Fisher Scientific Rheometer installed in the Liquid Property Laboratory (LPL) at the Portuguese Quality Institute IPQ). The rheological study of certified reference materials (MRC) was started and it was verified that the tabulated viscosity values deviated from the values measured by the rheometer. Considering the importance of the temperature in this variable, the HAAKE MARS rheometer was calibrated directly and indirectly. After calibration of the temperature, four potential candidates for certified reference material were studied. Three aqueous solutions, polyvinyl alcohol and sodium borate, potato starch and cellulose. In order to study its rheological behavior oscillatory tests were applied. The amplitude test was performed with 0.01% to 100% deformation control at a frequency of 1,596 Hz, with information collection at 20 points at a temperature of 20 ° C. With pre-selection of the strain rate, this value was applied in the frequency tests varying the angular frequency (ω) of 100 rad / s to 0f, 01 rad / s. The aqueous solutions of polyvinyl alcohol and sodium borate showed an initial viscous behavior (G ''> G ') and then an elastic behavior (G'> G '') (resospessant). Aqueous solutions of starch initially have an elastic behavior (G '> G' ') and then viscous (G' '> G') (reofluidifying). The cellulose solutions have a permanently viscous (G '> G') behavior in the less concentrated solutions (0.005 and 0.01 g / ml) and for the more concentrated solution (0.015 g / ml) initially we have a viscous behavior in However, after the point of yield, we started to have a solution with mostly elastic behavior. The aqueous solutions of polyvinyl alcohol and sodium borate, whose sodium borate concentration was higher, and the 54% starch dispersion were selected for the stability study in order to understand its possible application to MRC. Measurements were made using oscillatory tests as explained above for 56 days. The stability test was applied to aid in the conclusions. After analysing the results, it was found that none of the solutions had sufficient stability to be considered a certified reference material