Vane rheometry of an aqueous solution of worm-like micelles

V.H. Rolón-Garrido, J. Pérez-González and L.A. Vega Acosta Montalban

Laboratorio de Reología, Departamento de Física, Escuela Superior de Física y Matemáticas, Instituto Politécnico Nacional, Apartado Postal 75-685, C. P. 07300, México D.F.

Recibido el 12 de junio de 2002. ]]> Aceptado el 17 de septiembre de 2002.

Abstract

The non-linear viscoelastic behavior of worm-like micelles in aqueous solution was analyzed in this work under non-homogeneous flow with a rotational vane rheometer. The system studied was a solution of cetylpyridinium chloride 100 mM/sodium salicylate 60 mM (CPyCl/NaSal) in triple distilled water. The use of the vane rheometer enables to reach higher shear rates than a cone and plate or Couette one because ejection of the sample and slip at the rotating surface are restricted. Thus, following this experimental procedure we show in this work, the complete flow curve for a micellar solution, including a hysteresis cycle and the upturn at high shear rates predicted by theories on constitutive instabilities and shear banded flow. We show in addition, the influence of time on the onset of flow instabilities and an experimental analysis of the flow stability in the low and high shear rate branches.

Keywords: Vane rheometry; micellar solutions; flow instabilities; top and bottom jumping.

Resumen

El comportamiento viscoelástico no lineal de micelas tipo gusano en solución acuosa bajo flujo no homogéneo fue analizado en este trabajo mediante un reómetro rotacional de paletas. El sistema estudiado fue una solución de cetilpiridinio 100 mM/ salicilato de sodio 60 mM (CPyCl/NaSal) en agua tridestilada. El uso del reómetro de paletas permite alcanzar razones de deformación mayores que las obtenibles en cono y plato o Couette, ya que la expulsión de la muestra y el deslizamiento en la superficie giratoria están restringidas. Así, siguiendo este procedimiento experimental mostramos en este trabajo, la curva de flujo completa para un sistema micelar, incluyendo un ciclo de histéresis y el ascenso a altas razones de corte predicho por las teorías sobre inestabilidades constitutivas y flujo en bandas. Mostramos además, la influencia del tiempo sobre la aparición de inestabilidades de flujo y presentamos un análisis experimental de la estabilidad de flujo en los regímenes de baja y alta rapidez de deformación.

Descriptores: Reometría de paletas; soluciones micelares; inestabilidades de flujo; saltos superior e inferior.

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Acknowledgments

This work was supported by CGPI-IPN (010565) and CONACyT (34971-U). J.P-G and L.A.V.A.M. are COFFA-EDI fellows. V.H.R.G. has scholarships from PIFI-IPN and CONACyT.

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