Liquidi newtoniani

Liquidi newtoniani
La viscosità dinamica è costante rispetto al gradiente di velocità applicato, cioè lo sforzo di taglio è proporzionale al
gradiente di velocità “ Shear rate” (linea A della figura 2). Solo l'acqua, i solventi e le loro soluzioni di piccole molecole,
gli oli vegetali e minerali si approssimano a questa condizione ideale.
Liquidi non newtoniani
La viscosità dinamica varia in dipendenza del gradiente di velocità applicato, cioè lo sforzo di taglio è una funzione non
lineare della velocità di scorrimento. È il comportamento più diffuso nei fluidi contenenti macromolecole e si manifesta
sotto diverse forme.
Quando la viscosità diminuisce con l'aumento dello sforzo di scorrimento (curva B della figura 2) il materiale ha un
comportamento pseudoplastico: oltre un certo sforzo di scorrimento il flusso viscoso diventa più rapido di quanto
avverrebbe se la sua viscosità si mantenesse costante. Il comportamento pseudoplastico è dovuto alle modificazioni
della struttura interna del materiale. Le particelle componenti aggregate nel liquido in modo più o meno irregolare,
passando dallo stato di quiete a quello di moto, oppongono una resistenza alla disgregazione o alla deformazione, per
poi orientarsi nel flusso riducendo la loro viscosità (“ shear thinning” ). Ciò accade particolarmente in sistemi eterofasici
(emulsioni, dispersioni) e in soluzioni di macromolecole. Il fenomeno è reversibile, per la riaggregazione o il ripristino
della forma iniziale delle particelle, per l'aumento della viscosità con la diminuzione della velocità di scorrimento. Un
effetto di caduta di viscosità presenta il comportamento plastico delle sostanze, sulle quali bisogna applicare uno sforzo
di taglio iniziale, tale da vincere l'altissimo attrito interno per generare il flusso viscoso. Il fenomeno è presentato da
sistemi eterofasici, dove le particelle aggregate in reticoli tridimensionali, per effetto di forze di Van der Waals o polari,
hanno una viscosità infinitamente elevata e quindi appaiono e si comportano come solidi elastici. Al di sopra di un certo
sforzo applicato ts detto “ soglia di scorrimento” , che supera le forze di attrazione, le micelle si disgregano e il
materiale scorre come un liquido di bassa viscosità. Tale comportamento è presentato da prodotti a base di grassi e
cere, da paste dentifricie, cosmetici e da molti oli di perforazione. Per questi materiali la curva di flusso è misurata a
partire dalla soglia di scorrimento ts. Quando la velocità cresce non linearmente con l'aumento del gradiente, si ha il
comportamento dilatante (curva C di figura 2). È il comportamento tipico delle sospensioni molto concentrate di solidi in
liquidi plastificanti, dove per alti sforzi di scorrimento il volume del sistema aumenta, cosicché il plastificante non riesce
più a bagnare completamente la superficie delle particelle solide, causando un aumento dalla viscosità.
La tissotropia è la diminuzione di viscosità col tempo a gradiente costante, quando una sospensione è sottoposta ad uno
sforzo di taglio, e il processo inverso quando il gradiente ritorna a zero, cioè quando ritorna allo stato di quiete. È un
fenomeno assai complesso legato a interazioni molecolari, proprio di quelle dispersioni che formano un gel con struttura
a reticolo tridimensionale, per effetto di interazioni di tipo ionico o di legami idrogeno tra le molecole. L'applicazione di
una forza rompe tali legami e le molecole si diffondono nel solvente, passando allo stato di sol. La dissociazione non è
però istantanea a gradiente di velocità costante, perché la dispersione raggiunge la viscosità caratteristica dello stato di
sol dopo un certo tempo. Il passaggio da gel a sol è reversibile, ma le curve di flusso d'andata non coincidono con quelle
di ritorno (fig. 3). La viscosità diminuisce fino a raggiungere il valore caratteristico del sol; quando cessa il flusso, il sol
tende a rigelificare più lentamente. L'area tra le due curve dà la misura dell'intensità del fenomeno tissotropico e ha il
significato fisico dell'energia spesa nella dissociazione dei legami del reticolo per unità di volume e di tempo. La curva di
gelificazione varia secondo i materiali: per alcuni, essa può presentare un'impennata dovuta ad un rapido recupero
parziale della viscosità, cui segue un rallentamento nello stadio successivo della gelificazione.
Tali proprietà possono essere sfruttate industrialmente per una vasta gamma di materiali, che comprende pitture,
cosmetici, prodotti alimentari (salse, confetture) e farmaceutici.