Orientadores: Florencia Cecilia Menegalli, Alfredo de Almeida Vitali

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos

Resumo: Foram determinadas as propriedades reológicas em estados estacionário e dinâmico de soluções de amostras comerciais de CMC. As curvas de escoamento de nove amostras (três viscosidades intrínsecas: 6400, 8300, 18600 ml/g e três concentrações em peso: 0,5, 1,0 e 1,5%) foram obtidas em um...

Resumo: Foram determinadas as propriedades reológicas em estados estacionário e dinâmico de soluções de amostras comerciais de CMC. As curvas de escoamento de nove amostras (três viscosidades intrínsecas: 6400, 8300, 18600 ml/g e três concentrações em peso: 0,5, 1,0 e 1,5%) foram obtidas em um reômetro de cone e placa a 20°C, fazendo-se três rampas logarítmicas de cisalhamento crescente e decrescente. As soluções mostraram um comportamento pseudoplástico e os parâmetros índice de consistência, k, e índice de comportamento, n, foram calculados. As curvas mostraram uma leve dependência com o tempo. Os dados de viscosidade aparente reduzida, eliminando os efeitos de concentração e peso molecular, foram sobrepostos em uma única curva, e o modelo de Carreau foi ajustado aos dados experimentais. Os espectros mecânicos das nove amostras foram obtidos em ensaios dinâmicos feitos em um reômetro capilar nas temperaturas de 5 a 40°C. As faixas de viscoelasticidade linear foram identificadas em varreduras de deformação. Os dados foram reduzidos à temperatura de referência de 20°C, usando o "método das variáveis reduzidas" e sobrepostos em curvas condensadas. Os espectros não revelaram platôs de elasticidade, indicando que os emaranhamentos são formados e destruídos pela deformação, num fenômeno totalmente físico, e não são devidos a interações químicas mais fortes. A dependência do ponto de emaranhamento com a concentração e o peso molecular é discutida. Foram obtidos espectros típicos de comportamento de soluções diluídas e semi-diluídas e a sobreposição de ?ap(?) e ?'(?) foi possível conforme prevê a regra de Cox-Merz. A viscosidade newtoniana máxima, ?0, mostrou uma dependência do tipo Arrhenius com a temperatura e as "energias de ativação para o escoamento" forma calculadas. O modelo constitutivo de Bird-Carreau foi usado para predizer a viscosidade aparente, ?ap, a viscosidade dinâmica, ?', e a viscosidade elástica dividida pela freqüência, ?"/?. O modelo ajustou bem os dados experimentais de ?ap e ?', mas subestimou os valores de ?"/? a baixas freqüências. A viscosidade intrínseca, [?], foi determinada usando um viscosímetro Cannon-Fenske a 20°C. O coil overlap parameter, c[?], se correlacionou bem com a viscosidade específica ?sp e a transição da região diluída para a semi-diluída se deu a uma concentração crítica c * ¿4/[?], correspondendo a ?sp¿4.

Abstract: The steady and dynamic shear rheological properties of commercial CMC solutions were measured. The flow curves of nine samples (three intrinsic viscosities [?]: 6400, 8300 and 18600 rnl/g and three concentrations by weight: 0,5, 1,0 and 1,5%) were obtained with a cone-plate rheometer at...

Abstract: The steady and dynamic shear rheological properties of commercial CMC solutions were measured. The flow curves of nine samples (three intrinsic viscosities [?]: 6400, 8300 and 18600 rnl/g and three concentrations by weight: 0,5, 1,0 and 1,5%) were obtained with a cone-plate rheometer at 20°C in three log-ramps increasing and decreasing shearing. All the samples showed power-law flow behaviour with nl (shear-thinning) and the parameters consistency index, k, and flow index, n, were determined. It was observed a slight time­dependence. A master curve was plotted for the apparent viscosity and the Carreau model was fitted. The mechanical spectra of the same samples were obtained with a capillary rheometer in the temperature range of 5 to 40°C. The linear viscoelastic ranges were determined in strain sweep tests. Master curves were plotted with both storage and loss moduli at a reference temperature of 20°C using an empirical method, known as the "method of reduced variables". These curves did not show elastic plateaus, indicating that the entanglements formed are based on physical aggregation rather than chemical binding. The dependence of the entanglement point on concentration and molecular weight was discussed. Typical diluted and semi-diluted solution-like mechanical spectra were obtained, with good Cox-Merz superposition of ?ap(?) and ?'(?). The Bird-Carreau constitutive model was used to predict the steady shear viscosity, ?ap, the dynamic viscosity, ?', and the elastic viscosity divided by trequency, ?"/?. The model was able to predict experimental data for ?ap and ?', but ?"/? was not successfully simulated in the low trequency region. The temperature dependence of the zero-shear rate viscosity, ?0, was described as an "Arrhenius dependence" and the "activation energies for flow" were calculated. The transition from dilute to semi-dilute solution behaviour was studied. These experiments were performed at 20°C with a capillary Cannon-Fenske viscometer. The intrinsic viscosities, [?], of the three samples were determined. The coil overlap parameter, c[?], correlated well with the zero-shear rate specific viscosity (?sp). The critical concentration c * was aproximately 4/[?], when ?sp¿4.