Tixotropia (Tissotropia): cos'è, meccanismi e applicazioni

Tixotropia (Tissotropia): guida pratica su cos'è, i meccanismi dei fluidi non-newtoniani e le applicazioni industriali e scientifiche. Esempi, benefici e implicazioni.

La tissotropia (spesso chiamata anche tixotropia) è la proprietà di certi gel o fluidi che sono viscosi (spessi) in condizioni normali, ma scorrono (diventano sottili, meno viscosi) quando vengono scossi, agitati o altrimenti sollecitati.

In un linguaggio più tecnico: alcuni fluidi non newtoniani mostrano un cambiamento di viscosità che dipende non solo dall'entità dello sforzo di taglio applicato ma anche dal tempo per cui lo sforzo agisce. Più a lungo il fluido è sottoposto a sforzo di taglio, più scende la sua viscosità; quando lo sforzo cessa, la struttura interna può ricostituirsi lentamente riportando il materiale allo stato iniziale. Un fluido tissotropico è quindi un fluido che richiede un tempo finito per raggiungere la viscosità di equilibrio dopo un cambiamento nella velocità di taglio. Molti gel e colloidi sono materiali tissotropici: a riposo possono presentare una forma stabile o una struttura più rigida, mentre sotto agitazione diventano fluidi facilmente lavorabili.

Meccanismi fisici

La tissotropia dipende dalla presenza di una struttura interna (reti di particelle, legami deboli, aggregati colloidali) che resiste al flusso. Quando si applica sforzo di taglio o agitazione, questi legami e aggregati si rompono parzialmente o si riallineano, riducendo la resistenza al flusso e quindi la viscosità. Alla rimozione dello sforzo, le particelle o le catene molecolari tendono a riformare la struttura per diffusione, interazioni elettrostatiche o attriti deboli, con un tempo caratteristico di ricostruzione (tempo di rilassamento o recovery time). Fattori che influenzano i meccanismi includono:

• natura e concentrazione delle particelle o polimeri (es. argille, fumed silica, polimeri associativi);
• forza e durata dello sforzo di taglio;
• temperatura e pH, che possono modificare le interazioni intermolecolari;
• presenza di elettroliti o additivi che stabilizzano o destabilizzano la struttura.

Thixotropia vs shear-thinning

È importante distinguere la tissotropia dalla semplice perdita istantanea di viscosità sotto sforzo (shear-thinning).

• Shear-thinning (pseudoplastico): la viscosità diminuisce con l'aumento istantaneo della velocità di taglio, ma la risposta è immediata e non dipende fortemente dal tempo.
• Tissotropia: la diminuzione della viscosità è tempo‑dipendente; la struttura interna si rompe progressivamente sotto sforzo mantenuto e richiede tempo per ricostituirsi quando il flusso si arresta.

Misura e caratterizzazione

La tissotropia si misura tipicamente con un reometro o viscosimetro rotazionale usando protocolli come:

• test con gradini di velocità di taglio (step tests) per osservare la caduta e la ripresa della viscosità;
• cicli di aumento e diminuzione della velocità (thixotropic loop) e valutazione dell'area di isteresi nella curva sforzo-di-taglio vs velocità di taglio;
• misure di tempo di recupero per quantificare la velocità di ricostituzione della struttura dopo cessazione dello sforzo.

I dati possono essere interpretati con modelli cinetici strutturali che introducono un parametro di struttura (ad esempio λ o un parametro di frazione di struttura) che evolve nel tempo in funzione dello sforzo applicato.

Esempi ed applicazioni pratiche

La tissotropia è sfruttata in molti prodotti e processi industriali per ottenere caratteristiche desiderabili:

• vernici, smalti e rivestimenti: facilitano l'applicazione (scorrimento durante la pennellatura o spruzzo) e prevengono colature una volta depositati;
• cosmetici e prodotti per la cura personale: lozione, creme e gel che devono essere stabili a riposo ma facili da spalmarsi;
• inchiostri da stampa: stabilità nel contenitore e comportamento fluido durante il passo di stampa;
• alimenti: alcune salse e prodotti caseari (es. yogurt, maionese) mostrano comportamenti tissotropici utili per sensorialità e stabilità;
• fluidi di perforazione (drilling mud): consentono di trasportare detriti durante il pompaggio e poi ricostituire struttura una volta fermato il flusso;
• materiali da costruzione come cementi e malte autolivellanti: controllo della lavorabilità e della perdita per colatura;
• adesivi e sigillanti: evitano colature in fase di applicazione e migliorano la tenuta quando non sollecitati.

Anti-tixotropia (rheopectic) e materiali correlati

Alcuni materiali mostrano il comportamento opposto: sotto sforzo prolungato la viscosità aumenta con il tempo fino a indurirsi. Questi materiali, spesso detti anti-tixotropici o rheopectici, sono meno comuni ma si osservano in alcune paste colloidali o sospensioni soggette a strutturazione indotta dal flusso.

Considerazioni pratiche e controllo

Per formulare e utilizzare materiali tissotropici è importante considerare:

• la stabilità a riposo (evitare separazione o sineresi);
• il tempo di recupero desiderato dopo lo sforzo, che influenza maneggevolezza e prestazioni;
• la sensibilità alla temperatura e al pH;
• l'uso di additivi — gelificanti, tixotropizzanti o disperdenti — per modulare la struttura e il comportamento reologico.

In sintesi, la tissotropia è una proprietà reologica utile e largamente sfruttata: permette a un materiale di essere stabile e resistente a riposo, ma lavorabile e fluido sotto sollecitazione meccanica, grazie alla rottura e alla successiva ricostituzione controllata della sua struttura interna.

Esempi naturali

È un'esperienza comune camminare sulla sabbia che in alcuni punti si liquefa quando ci si cammina sopra. Questa è una risposta tissotropica alla pressione. In casi estremi, le sabbie mobili possono essere un pericolo per l'uomo e gli animali.

Alcune argille sono tissotropiche e il loro comportamento è di grande importanza nell'ingegneria strutturale e geotecnica. Le frane, come quelle comuni nelle scogliere intorno a Lyme Regis, Dorset e nel disastro di Aberfan in Galles ne sono la prova. Allo stesso modo, un lahar è una massa di terra liquefatta da un evento vulcanico, che si solidifica rapidamente una volta giunto a riposo.

I fanghi di perforazione usati nelle applicazioni geotecniche possono essere tissotropici. Anche il miele delle api può presentare questa proprietà in certe condizioni (miele di erica).

Un altro esempio di fluido tissotropico è il liquido sinoviale che si trova nelle articolazioni tra alcune ossa.

Alcuni depositi di argilla trovati nel processo di esplorazione delle grotte mostrano tixotropismo: un banco di fango inizialmente solido diventerà brodoso e cederà l'umidità quando verrà scavato o disturbato in altro modo. Queste argille sono state depositate in passato da flussi a bassa velocità che tendono a depositare sedimenti a grana fine.

Queste proprietà sono spesso usate in prodotti commerciali che vengono applicati alle superfici, come la vernice o il dentifricio. Con la vernice, la fluidità svanisce rapidamente e la superficie si fissa in modo permanente con l'evaporazione dell'acqua (o dell'olio).

Domande e risposte

D: Che cos'è la tissotropia?


R: La tissotropia è la proprietà di alcuni gel o fluidi che sono viscosi in condizioni normali, ma che fluiscono quando vengono agitati.



D: Cosa sono i fluidi non newtoniani?


R: I fluidi non newtoniani sono fluidi che presentano un cambiamento di viscosità. Più a lungo il fluido è sottoposto a sollecitazioni di taglio, più la sua viscosità diminuisce.



D: Che cos'è un fluido tissotropico?


R: Un fluido tissotropico è un fluido che impiega un tempo finito per raggiungere la viscosità di equilibrio quando viene sottoposto a una variazione graduale della velocità di taglio.



D: Quali materiali sono esempi di materiali tissotropici?


R: Molti gel e colloidi sono esempi di materiali tissotropici, che presentano una forma stabile a riposo ma diventano fluidi quando vengono agitati.



D: Cosa sono i fluidi antitixotropici?


R: I fluidi anti-tiroxotropici sono fluidi che mostrano un aumento della viscosità o addirittura una solidificazione quando viene applicata una sollecitazione di taglio costante.



D: Come si può applicare una sollecitazione di taglio costante a un fluido?


R: Lo stress da taglio costante può essere applicato a un fluido agitando o mescolando.



D: I fluidi antitixotropici sono comuni?


R: No, i fluidi anti-tiroxotropici sono molto meno comuni dei fluidi tissotropici.


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