Nhiều sản phẩm được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày có thể được đặc trưng bởi đặc tính thixotropic của chúng. Thixotropy là đặc tính giải thích tại sao các sản phẩm như gel vuốt tóc và kem đánh răng ở dạng lỏng khi lấy ra khỏi lọ gel nhưng sau đó lại phục hồi về trạng thái rắn ban đầu.
Thixotropy là gì?
Thixotropy là đặc tính của một số chất lỏng và gel trở nên loãng hơn khi tác dụng một lực không đổi và sau khi giảm lực, độ nhớt phục hồi hoàn toàn về trạng thái ban đầu trong một khoảng thời gian thích hợp. Lực tác dụng càng cao thì độ nhớt càng giảm. Thixotropy là một hiện tượng phụ thuộc vào thời gian, vì độ nhớt của chất phải phục hồi sau một thời gian nhất định khi lực tác dụng bị loại bỏ. Thuật ngữ thixotropy là một cụm từ có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp “thixis” (chạm vào) và “trepein” (quay tròn). Nó có nghĩa là sự thay đổi hoặc chuyển tiếp của một chất do tải trọng cơ học.
Ví dụ về vật liệu thixotropic là kem dưỡng da , gel, nước sốt cà chua, sơn, và thạch cao.
Đối với nước sốt cà chua chảy ra khỏi ống khi nó được ấn. Độ nhớt của nó trở nên thấp hơn khi có lực tác dụng. Sau khi lực giảm bớt, độ nhớt của tương cà sẽ phục hồi về trạng thái ban đầu để tạo độ sánh hoàn hảo cho món khoai tây chiên. Điều này có nghĩa là đặc tính thixotropic luôn được kết hợp với đặc tính dòng chảy mỏng dần. Cắt mỏng, còn được gọi là đặc tính chảy ‘giả dẻo’, được đặc trưng bởi sự giảm độ nhớt do lực tác dụng ngày càng tăng (tải trọng cắt). Nói chung, có ba loại đặc tính phụ thuộc thời gian khác nhau:
Đặc tính thixotropic
Trong vật liệu thixotropic, độ bền kết cấu giảm khi chịu tải trọng cao hơn (theo thuật ngữ lưu biến học: trong khi cắt) và phục hồi hoàn toàn sau một thời gian nghỉ nhất định. Khoảng thời gian nghỉ cần thiết để phục hồi phụ thuộc rất nhiều vào ứng dụng và phải được xác định trước khi thử nghiệm. Đặc tính thixotropic là một đặc tính chất lượng quan trọng, ví dụ, của sơn và chất phủ. Nó ảnh hưởng đến chất lượng của sơn, giúp sơn không bị chảy khi quét lên tường, nhưng cũng đảm bảo độ dày lớp sơn ướt vừa đủ và nhất quán.
Đặc tính phi thixotropic
Trong các vật liệu phi thixotropic, độ bền cấu trúc giảm trong khi cắt nhưng độ nhớt không phục hồi hoàn toàn sau một thời gian nghỉ thích hợp. Nó vẫn mỏng hơn trạng thái ban đầu có nghĩa là cấu trúc không phục hồi hoàn toàn (<100%). Một mẫu điển hình cho thấy đặc tính này là sữa chua. Sau khi khuấy, độ nhớt của sữa chua vẫn loãng hơn ban đầu.
Đặc tính Rheopectic
Trong vật liệu lưu biến, độ bền của cấu trúc tăng lên trong khi cắt và phục hồi sau một thời gian nghỉ nhất định. Hiện tượng này hiếm khi xảy ra nhưng có thể được tìm thấy trong các chất huyền phù có hàm lượng chất rắn cao như chất phân tán cao su hoặc các vết đúc gốm.
Thixotropy trong tự nhiên
Đất sét là dạng thixotropic, với đặc tính của chúng có tầm quan trọng lớn trong kết cấu của công trình và địa kỹ thuật. Những trận lở đất thường gặp ở các vách đá xung quanh Lyme Regis, Dorset và trong thảm họa mỏm đá Aberfan ở Wales là bằng chứng của hiện tượng này.
Tương tự như vậy, than đá là một khối đất hóa lỏng do một sự kiện núi lửa , chúng nhanh chóng đông đặc lại sau khi hiện tượng này dừng lại.
Mật ong cũng có thể thể hiện đặc tính này trong một số điều kiện nhất định, chẳng hạn như mật ong hoa thạch thảo hoặc mật ong mānuka.
Cả tế bào chất và chất nền trong cơ thể người, cũng như tinh dịch đều có tính chất thixotropic.
Thixotropic dạng lỏng được hình dung rõ nhất bằng một lưỡi mái chèo nhúng trong bùn. Áp lực lên mái chèo thường tạo ra bùn thixotropic có độ nhớt cao ở phía có áp suất cao và bùn thixotropic có độ nhớt thấp ở phía có áp suất thấp của cánh mái chèo. Dòng chảy từ phía có áp suất cao sang phía có áp suất thấp của cánh mái chèo.
Ứng dụng của thixotropy
Nhiều loại sơn, mực, Nhựa PVC plastisol được sử dụng trong lụa in vải là chất thixotropic.
Mực thixotropic là tính năng chính của Bút không gian Fisher, được sử dụng để viết trong các chuyến bay không trọng lực của các chương trình không gian của Mỹ và Nga.
Các quy trình đúc bán rắn như đúc thixomould sử dụng tính chất thixotropic của một số hợp kim (chủ yếu là kim loại nhẹ như magiê). Trong phạm vi nhiệt độ nhất định và với sự chuẩn bị thích hợp, hợp kim có thể được đưa vào trạng thái bán rắn, có thể được bơm với ít co ngót hơn và các đặc tính tổng thể tốt hơn so với đúc phun thông thường.
Silica khói thường được sử dụng như một chất lưu biến để làm cho chất lỏng có độ nhớt thấp thixotropic. Ví dụ bao gồm từ thực phẩm đến nhựa epoxy trong các ứng dụng liên kết cấu trúc như mối nối phi lê.
