Tiksotroopsus on teatavate geelide või vedelike omadus, mis on tavatingimustes viskoosne (paks), kuid voolab (muutub õhukeseks, vähem viskoosseks), kui neid raputatakse, segatakse või muul viisil pingestatakse. See tähendab, et materjali voolavus sõltub lisaks rakendatud nihkepinge või nihkekiiruse suurusele ka ajaloost — kui kaua ja kuidas vedelikule jõudu rakendatakse.

Tehnilisemas keeles: mõned mitte-newtonistlikud vedelikud näitavad viskoossuse muutust; mida kauem vedelik läbib nihkepinge, seda madalam on tema viskoossus. Tiksotroopne vedelik on vedelik, mille tasakaaluviskoossuse saavutamine kestab piiritletud aja jooksul, kui see puutub kokku järk-järgulise nihkekiiruse muutusega. Paljud geelid ja kolloidid on tiksotroopsed materjalid, millel on rahuolekus stabiilne vorm, kuid mis muutuvad segamisel voolavaks. Oluline on eristada ajas sõltuvat õhenemist (tiksotroopia) kiirest, peaaegu kohesest pseudoplastilisest käitumisest: tiksotroopia nõuab aega struktuuri murdumiseks ja taastumiseks.

Kuidas tiksotroopia toimib

  • Paljudes tiksotroopsetes süsteemides moodustavad osakesed, molekulid või võrgustikud kolloidse struktuuri (flokkide, kiudude või hüpermolekulaarsete võrkude kujul), mis annavad vedelikule rahuolekus suurema viskoossuse.
  • Nihke, segamise või vibratsiooni mõjul need struktuurid lagunevad või orientseeruvad, mis vähendab sisemist takistust ja viib voolavuse suurenemiseni.
  • Pärast koormuse eemaldamist hakkavad osakesed või sidemed aja jooksul uuesti üles ehituma — viskoossus taastub, kuid taastumine võib võtta sekundeid kuni tunde, sõltuvalt materjalist ja tingimustest.

Erinevus muudest reoloogilistest käitumistest

  • Pseudoplastilisus (shear-thinning): viskoossus väheneb koos kasvava nihkekiirusega, kuid see muutus võib olla peaaegu kohe pöörduv — ei pruugi sõltuda ajast nii tugevalt kui tiksotroopia.
  • Tiksotroopia: viskoossus sõltub nii nihkekiirusest kui ka sellest, kui kaua nihketingimused kestavad; esineb selge ajaline efekt (struktuuri lagunemine ja aeglane taastumine).
  • Rheopexia (antitiksotroopia): vastand tiksotroopiale — pidev nihkepinge võib välja kutsuda viskoossuse suurenemise või tahkumise (mõned süsteemid paksenevad aja jooksul), see nähtus on palju haruldasem.

Kuidas tiksotroopiat mõõdetakse

  • Rheomeetri või viskoosimeetriga viiakse läbi ajas sõltuvad katsed: nt samm-nihkekiiruse katse (step shear test), kus tehakse järsk nihkekiiruse muutus ja jälgitakse viskoossuse evolutsiooni.
  • Histereesi- või silmuskatsetes tõstetakse ja langetatakse nihkekiirust ning registreeritakse jõud/viskoossus — tiksotroopsed materjalid annavad sageli erilise silmuse, mis näitab energia dissipatsiooni ja struktuurimuutust.
  • Mõõdetakse ka taastumisaega (näiteks aeg, mille jooksul 50% esialgsest viskoossusest taastub) ja tootemõõdetavaid parameetreid nagu tootemomendi (yield stress) muutumine.

Näited ja rakendused

Praktilistes olukordades on tiksotroopsus kasulik või vajalik mitmes valdkonnas:

  • Kodu- ja tööstusvärvid: värv peab olema paksem riiulil (et ei tilgu), aga harja või rulli all peab see hõlpsasti levima — tiksotroopia tagab mõlema omaduse kombinatsiooni.
  • Pildistamise ja trükivärvid: stabiilne paksus pakendis, kiiresti voolavus surve all.
  • Toidud: näiteks ketchup ja mõned kastmed — vajutamisel või loksutamisel muutuvad need voolavamaks, ent jahutamisel või rahus püsivad vormis.
  • Kosmeetika ja apteegitooted: kreemid, salvid ja suspensioonid — mugav kasutada ja samas säilitada osakeste või toimeainete ühtlus.
  • Õli- ja puurimismudid: tiksotroopsus aitab tolmude ja kivimiosakeste transportimisel ja aukude stabiilsuse säilitamisel.
  • Seramistööstus ja keraamilised pastad: tagab vormitavuse segamisel ning stabiilsuse vormis.

Mõjurid ja kuidas tiksotroopsust kontrollida

  • Koostis ja kontsentratsioon: osakeste suurus, kuju ja pindakeemia mõjutavad võrgustiku teket ja lagunemise kiirust.
  • Temperatuur: kõrgem temperatuur tavaliselt vähendab viskoossust ja võib kiirendada struktuuri hävitamist või taastumist.
  • pH ja ioonjõud: eriti kolloidsete süsteemide puhul mõjutavad need agregatsioonikäitumist.
  • Lisaained ja stabilisaatorid: paksendajad, kloriidid, polümeerid ja pindaktiivsed ained muudavad tiksotroopiat eesmärgipäraselt.
  • Mehaaniline ajalugu (shear history): eelnevad segamised või pumbamised määravad, kui kiiresti ja kui palju materjal voolab.

Kokkuvõte

Tiksotroopia on oluline ja laialt esinev ainete omadus, kus ravivoolavus sõltub nii rakendatud jõust kui ka ajast. Selle mõistmine ja mõõtmine on vajalik paljudes tööstusharudes — värvide, toiduainete, kosmeetika, farmaatsia ja tööstusvedelike puhul — et saavutada soovitud käitumine nii tootmisel kui lõppkasutuses. Vastandnähtus, rheopexia ehk antitiksotroopia, on palju haruldasem, kuid mõnikord ka tehniliselt oluline.