La reología interfacial es una rama de la reología que estudia el flujo de materia en la interfaz entre un gas y un líquido o en la interfaz entre dos líquidos inmiscibles. La medición se realiza cuando hay surfactantes, nanopartículas u otros compuestos activos de superficie presentes en la interfaz. A diferencia de la reología en masa, la deformación de la fase en masa no es de interés en la reología interfacial y se busca minimizar su efecto. En cambio, el flujo de los compuestos activos de superficie es de interés.
La deformación de la interfaz se puede realizar modificando el tamaño o la forma de la interfaz. Por lo tanto, los métodos reológicos interfaciales se pueden dividir en dos categorías: métodos reológicos de dilatación y de cizallamiento.
En la reología interfacial por dilatación, el tamaño de la interfaz cambia con el tiempo. Durante esta deformación se mide el cambio en la tensión superficial de la interfaz. En función de la respuesta, se calcula la viscoelasticidad interfacial según teorías bien establecidas: [1] [2]
dónde
Por lo general, la medición de la reología interfacial dilatacional se realiza con un tensiómetro óptico combinado con un módulo de gota pulsante. Se forma una gota colgante con moléculas activas de superficie en su interior y se pulsa de forma sinusoidal. Los cambios en el área interfacial provocan cambios en las interacciones moleculares que luego modifican la tensión superficial. [3] Las mediciones típicas incluyen la realización de un barrido de frecuencia de la solución para estudiar la cinética del surfactante.
En otro método de medición especialmente adecuado para surfactantes insolubles, se utiliza un canal de Langmuir en modo de barrera oscilante. En este caso, se hacen oscilar sinusoidalmente dos barreras que limitan el área interfacial y se mide el cambio en la tensión superficial. [4]
En la reología de cizallamiento interfacial, el área interfacial permanece igual durante toda la medición. En cambio, el área interfacial se corta para poder medir la tensión superficial presente. Las ecuaciones son similares a las de la reología interfacial por dilatación, pero el módulo de cizallamiento a menudo se marca con G en lugar de E, como en los métodos de dilatación. En un caso general, G y E no son iguales. [5]
Dado que las propiedades reológicas de la interfaz son relativamente débiles, esto plantea desafíos para el equipo de medición. Para lograr una alta sensibilidad, es esencial maximizar la contribución de la interfaz y minimizar la contribución de la fase en masa. El número de Boussinesq, Bo, representa la sensibilidad de un método de medición para detectar la viscoelasticidad de la interfaz. [5]
Las técnicas de medición comercializadas para la reología de cizallamiento interfacial incluyen el método de la aguja magnética, el método del anillo giratorio y el método del bicono giratorio. [6] El método de la aguja magnética, desarrollado por Brooks et al [7] , tiene el número de Boussinesq más alto de los métodos comercializados. En este método, una aguja magnética delgada oscila en la interfaz utilizando un campo magnético. Al seguir el movimiento de la aguja con una cámara, se pueden detectar las propiedades viscoelásticas de la interfaz. Este método se utiliza a menudo en combinación con un canal de Langmuir para poder realizar el experimento en función de la densidad de empaquetamiento de las moléculas o partículas.
Cuando los surfactantes están presentes en un líquido, tienden a adsorberse en la interfaz líquido-aire o líquido-líquido. La reología interfacial se ocupa de la respuesta de la capa interfacial adsorbida a la deformación. La respuesta depende de la composición de la capa y, por lo tanto, la reología interfacial es relevante en muchas aplicaciones en las que la capa adsorbida juega un papel crucial, por ejemplo, en el desarrollo de surfactantes , espumas y emulsiones . Muchos sistemas biológicos como el surfactante pulmonar y el meibum dependen de la viscoelasticidad interfacial para su funcionalidad. [8] La reología interfacial se ha empleado para comprender la relación estructura-función de estas interfaces fisiológicas, cómo las desviaciones de composición causan enfermedades como el síndrome de dificultad respiratoria infantil o el síndrome del ojo seco , y ha ayudado a desarrollar terapias como reemplazos artificiales de surfactante pulmonar y gotas para los ojos . [9]
La reología interfacial permite el estudio de la cinética de los surfactantes , y las propiedades viscoelásticas de la capa interfacial adsorbida se correlacionan bien con la estabilidad de la emulsión y la espuma . Los surfactantes y polímeros tensioactivos utilizados se utilizan para estabilizar emulsiones y espumas en las industrias alimentaria y cosmética. Las proteínas son tensioactivas y se adsorben en la interfaz, donde pueden cambiar la conformación e influir en las propiedades interfaciales. [10] Los surfactantes naturales como los asfaltenos y las resinas estabilizan las emulsiones de agua y aceite en aplicaciones de petróleo crudo, y al comprender su comportamiento se puede mejorar el proceso de separación del petróleo crudo. También se puede optimizar la eficiencia de recuperación de petróleo. [11]
Se utilizan configuraciones especializadas que permiten el intercambio masivo durante las mediciones de reología interfacial para investigar la respuesta de las proteínas o surfactantes adsorbidos ante cambios en el pH o la salinidad . [12] Estas configuraciones también se pueden utilizar para imitar condiciones más complejas como el entorno gástrico para investigar el desplazamiento in vitro o la hidrólisis enzimática de polímeros adsorbidos en interfaces aceite-agua para comprender cómo se digieren las emulsiones respectivas en el estómago. [13]
La reología interfacial permite evaluar la adsorción de bacterias y la formación de biopelículas en interfaces líquido-aire o líquido-líquido. [14]
En la ciencia de los alimentos, la reología interfacial se ha utilizado para comprender la estabilidad de emulsiones como la mayonesa , [15] la estabilidad de la espuma del espresso , [16] la película formada en el té negro , [17] o la formación de biopelículas de kombucha . [18]
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