Rheology of the lamellar liquid-crystalline phase in polyethoxylated alcohol/water/heptane systems

Abstract

En este trabajo se han estudiado las propiedades reológicas de una fase líquido-cristalina laminar contenida en un sistema alcohol polietoxilado/agua/heptano, mediante ensayos viscoelásticos lineales, estacionarios y transitorios. El efecto de distintas variables como la composición de tensioactivo y heptano sobre dichas propiedades reológicas ha sido analizado. El espectro mecánico obtenido de la fase laminar muestra en todos los casos una región «plateau» en el intervalo de frecuencias estudiado así como mayores valores de los parámetros viscoelásticos para valores intermedios de la concentración de tensioactivo y heptano, indicativo de un mayor desarrollo del entramado elástico estructural de dicha fase líquido-cristalina. Los ensayos de flujo estacionario y transitorio pusieron de manifiesto la existencia de estructuras inducidas por cizalla. En las curvas de viscosidad se obtuvieron diferentes regiones de variación potencial de la viscosidad frente a la velocidad de cizalla y, por tanto, distintos valores de índices de flujo. Las modificaciones de la microestructura de la fase líquido- cristalina laminar causadas por la cizalla, fueron confirmadas mediante el uso de microscopía de luz polarizada en un sistema de cizalla que incorpora un microscopio óptico. Las modificaciones estructurales parecen estar muy influenciadas por la velocidad de cizalla y, generalmente, la aplicación de elevadas velocidades de cizalla provoca el alineamiento de las bicapas de tensioactivo y la aparición de la clásica textura de «oily streaks» de la mesofase laminar. La presencia de vesículas se detecta en sistemas con alto contenido en heptano, como indica la textura detectada por microscopía de luz polarizada.

Linear viscoelastic tests as well as transient and steady flow experiments were carried out on lamellar liquid crystalline samples of poly(oxyethylene) alcohol/water/heptane systems. The effect of surfactant and heptane concentrations on the rheological properties of the lamellar mesophase was investigated. The mechanical spectrum inside the linear viscoelastic regime shows, in all cases, a well-developed plateau region in the whole frequency range studied. The values of the dynamic functions were higher for intermediate surfactant or heptane concentrations indicative of a major development of the elastic network in the midrange of existence of the lamellar phase. Transient and steady flow experiments point out a shear-induced evolution of the lamellar microstructure. Different power law regions with different values of the flow index were detected in the viscosity versus shear rate plots. These shear-induced structural modifications were confirmed by using polarizing microscopy in an optical shearing cell. Structural modifications appear to be highly influenced by shear rate. In general, applying relatively high constant shear rates, the alignment of the bilayers followed by the appearance of the «oily streaks» structure was observed. Appearance of shear-induced vesicles occurs at high heptane content, as indicates the texture of close-packed monodisperse spherulites detected by polarizing microscopy.