Investigación en la Materia Condensada Blanda: Estabilidad Coloidal y Cepillos Poliméricos Bajo Flujo

Abstract

En el presente trabajo presentamos resultados de estudios sobre sistemas de materia condensada blanda. Los tipos de sistemas que son considerados como materiales blandos, incluyen: coloides, tensoactivos, polímeros y polielectrolitos, entre otros. Estos sistemas tienen una gran variedad de aplicaciones industriales en pinturas, alimentos, farmacéuticas. Sin embargo, estos sistemas presentan también una gran variedad de fenómenos complejos que requieren ser investigados, los cuales requieren del conocimiento generado por la investigación básica. Los sistemas de estudio en el presente trabajo están caracterizados por sus escalas de longitud, tiempo y energía. Las dimensiones van desde nanómetros hasta micras y sus tiempos característicos varían desde microsegundos hasta segundos. En esta tesis nos enfocamos en primer lugar en un sistema en el cual buscamos criterios de estabilidad coloidal de una dispersión modelo, bajo diferentes situaciones de estudio como: la calidad del solvente, el espesor del recubrimiento de los coloides y la contribución de interacciones electrostáticas, las condiciones óptimas para la estabilidad coloidal se pueden derivar de un análisis comparativo del potencial de fuerza media (PMF) en las diferentes situaciones de estudio. En segundo lugar nos enfocamos en modelar sistemas a escala mesoscópica empleando la técnica de simulación de dinámica de partículas disipativas (DPD) con el enfoque de grano grueso (CG) para determinar la reducción de la tensión interfacial entre dos líquidos inmiscibles en función de la longitud y concentración de tensoactivos lineales no iónicos modelos con grado de polimerización crecientes. Los resultados encontrados pueden ser una herramienta fundamental para la interpretación de experimentos disponibles y el diseño de nuevos tensoactivos. Finalmente, modelamos mezclas de moléculas (erucamida y estearíl erucamida) consideradas como agentes deslizantes, teniendo en cuenta que una fracción de ellas forman cepillos poliméricos y otra fracción son consideradas moléculas libres y así optimizar los valores del coeficiente de fricción (COF) y la viscosidad (𝜂�) como función de la densidad de polímeros injertados formando cepillos sobre la superficie de dos placas paralelas bajo la influencia de un flujo estacionario (flujo de Couette). Este tipo de análisis 9 presenta numerosas aplicaciones con un gran impacto industrial en la que es necesario que el coeficiente de fricción sea los más pequeño para que las películas se puedan deslizar fácilmente una sobre la otra y esto reduzca costos energéticos y económicos.