Tiksotropija ir dažu gēlu vai šķidrumu īpašība: materiāls miera stāvoklī var būt biezs un gandrīz stingrs (liela viskozitāte), bet kļūst plūstošs un mazāk viskozs, ja to sakrata, maisa vai citādi pakļauj bīdes iedarbībai.

Ko tas nozīmē tehniski

Tehniski runājot, tiksotropija ir laika atkarīga shear-thinning (bīdes izkūstoša) uzvedība: ja kādam ne-nitoniskam šķidrumam tiek pielietots konstants vai mainīgs bīdes spriegums, tā viskozitāte samazinās ar laiku. Svarīgs aspekts ir laiks — šķidrumam nepieciešams noteikts laiks, lai sasniegtu jaunu līdzsvara viskozitāti pēc bīdes ātruma izmaiņām. Kad bīde tiek pārtraukta, iekšējā struktūra atjaunojas un viskozitāte pakāpeniski atgriežas sākotnējā līmenī.

Mehānisms — kāpēc tas notiek

  • Struktūras veidošanās: daudzām tiksotropiskām sistēmām (koloīdiem, želejām, gēliem) daļiņas vai molekulas veido savstarpēji saistītu tīklu vai klasterus, kas dod materiālam stingrāku uzvedību miera stāvoklī.
  • Sabrukšana bīdes ietekmē: pielietojot bīdi (kratīšanu, maisīšanu vai plūsmu), šīs vājās saites un tīklu struktūras tiek izjauktas, rezultātā materiāls kļūst plūstošāks.
  • Atjaunošanās: pēc bīdes pārtraukšanas Brownu kustība, elektriskie vai van der Vaalsa spēki un citas mijiedarbības pakāpeniski atjauno tīklu — tāpēc viskozitāte atgriežas pakāpeniski.
  • Laika skalas: strukturālā iznīcināšana un atjaunošanās var notikt sekundēs, minūtēs vai pat stundās — atkarībā no materiāla ķīmijas un koncentrācijas.

Piemēri un nozīme praksē

  • Bieži sastopami piemēri: krāsas un lakas (vieglāk klājas uz virsmas, bet miera stāvoklī neiztek), kečups (sakratot kļūst plūstošāks), jogurts un majonēze (vieglāk maisāmi), daudzas kosmētikas un farmaceitiskās pastas.
  • Industriāli piemēri: urbšanas putras, drukas tintes, noteiktas pārtikas un krāsu formulācijas, kā arī daži celtniecības materiāli.
  • Praktiskās sekas: tiksotropija nodrošina stabilitāti uzglabāšanas laikā (produkti nekustas vai nesūrst), bet atvieglo apstrādi vai uzklāšanu, kad tiek pakļauti darbībai. Tā var ietekmēt pumpēšanu, maisīšanu, dozēšanu un iepakošanu.

Antitiksotropija (rheopexy)

Antitiksotropija, latviski bieži saukta par antitiksotropiju (angļu valodā rheopexy), ir pretēja parādība: pieļaujot pastāvīgu bīdes spriegumu, materiāla viskozitāte ar laiku palielinās vai materiāls pat sacietē. Šī uzvedība ir daudz retāk novērojama nekā tiksotropija.

Piemēri antitiksotropijai ir retāki un ļoti atkarīgi no konkrēta sastāva un apstākļiem — to var novērot dažos speciālos smērvielu, pigmentu suspensiju vai polimēru sistēmu maisījumos, kā arī dažās cementa vai ģipša pastās. Antitiksotropijas mehānisms bieži saistīts ar bīdes inducētu stricterāku tīklu veidošanos vai agregātu reorientāciju, kas palielina šķidruma pretestību plūsmai.

Kā to mēra un raksturo

  • Rēometrija: laboratorijas rēometri (rotējošie vai prizmatiskie) spēj mērīt viskozitātes izmaiņas kā funkciju no laika pie konstanta bīdes ātruma vai kā reakciju uz bīdes impulsu.
  • Parastās metodes: soļu (step) tests — pēkšņa bīdes izmaiņa un viskozitātes novērošana laika gaitā; loop tests (bīdes ātruma palielināšana un samazināšana) — tiksotropiskos materiālos bieži redzama histerēze (cilpa) viskozitātes attiecībā pret bīdes ātrumu.
  • Parametri: tiksotropijas indekss, atjaunošanās laiks, samazināšanas ātrums un citi raksturlielumi palīdz kvantitatīvi salīdzināt vielas.
  • Modeļi: lai aprakstītu laika atkarību, izmanto strukturālos kinētikas modeļus vai reoloģiskos modeļus (piem., modificēti Herschel–Bulkley vai Bingham modeļi ar strukturālu mainīgo).

Atšķirība no tūlītējas shear-thinning uzvedības

Ir svarīgi nodalīt tiksotropiju no laika neatkarīgas shear-thinning uzvedības: shear-thinning (piem., daudzi polimēri un šķidrinātāji) nozīmē, ka viskozitāte samazinās ar pieaugošu bīdes ātrumu uzreiz, bet bez būtiskas laika atkarības. Tiksotropijai samazināšana notiek ar laiku pie konstanta bīdes — tas nozīmē, ka jāņem vērā gan bīdes ātrums, gan laiks.

Pielietojumi un praktiski padomi

  • Formulējot produktus (krāsas, pārtiku, kosmētiku, smērvielas), jāņem vērā tiksotropijas vai antitiksotropijas ietekme uz lietošanas ērtumu un stabilitāti.
  • Ražošanā un transportēšanā plūsmas apstākļi (pumpēšana, maisīšana, kratīšana) var mainīt materiāla īpašības — nepieciešama testēšana, lai nodrošinātu vēlamo uzvedību.
  • Uzglabāšanas un atkārtotas lietošanas scenārijos vajadzīga kontrole, jo dažu produktu kvalitāte var mainīties, ja struktūra neatjaunojas pietiekami ātri.

Kopumā tiksotropija un antitiksotropija ir svarīgas reoloģiskas parādības, kas apraksta, kā materiālu iekšējā struktūra reaģē uz bīdi un laikam. Zināšanas par šo uzvedību palīdz optimizēt materiālu formulēšanu, apstrādi un lietošanas drošību.