Elastická kapalina s konstantní viskozitou - Constant viscosity elastic fluid

Elastické kapaliny s konstantní viskozitou, také známý jako Bogerovy tekutiny jsou elastické tekutiny s konstantou viskozita. To vytváří účinek v tekutině, kde proudí jako kapalina, a přesto se při natažení chová jako elastická pevná látka. Většina elastických tekutin vykazuje smykové ředění (viskozita klesá s aplikací smykového napětí), protože se jedná o roztoky obsahující polymery. Bogerovy tekutiny jsou však výjimkou, protože se jedná o vysoce zředěné roztoky, takže zředěné tak, aby bylo možné ignorovat smykové ředění způsobené polymery. Bogerovy tekutiny se vyrábějí primárně přidáním malého množství polymeru do a Newtonova tekutina s vysokou viskozitou, což je typické řešení polyakrylamid smíchaný s kukuřičný sirup. Je to jednoduchá sloučenina, která je syntetizována, ale pro studium je důležitá reologie protože elastické účinky a smykové účinky lze jasně odlišit v experimentech s použitím Bogerových tekutin. Bez Bogerových tekutin bylo obtížné určit, zda a nenewtonský účinek byl způsoben pružností, ztenčením smyku nebo obojím; nenewtonovský tok způsobený pružností byl zřídka identifikovatelný. Vzhledem k tomu, že Bogerovy kapaliny mohou mít konstantní viskozitu, lze provést experiment, kde lze porovnat výsledky průtoků Bogerovy kapaliny a Newtonovské kapaliny se stejnou viskozitou a rozdíl v průtokových rychlostech by ukázal změnu způsobenou pružnost Bogerovy kapaliny.^[1]

Výzkum

Originální tekutina Boger

Bogerovy tekutiny jsou pojmenovány po David V. Boger, který byl na konci 70. let primárním výzkumníkem prosazujícím studium elastických kapalin s konstantní viskozitou.^[2] V roce 1977 vydal svůj první článek o Bogerových tekutinách s názvem „Vysoce elastická kapalina s konstantní viskozitou“, kde popsal ideální kapalinu pro experimentování jako kapalinu, která je „vysoce viskózní a vysoce elastická při pokojové teplotě a zároveň je opticky jasný ". Hlavním účelem článku bylo experimentovat na vysoce viskózní a vysoce elastické tekutině a zaznamenat základní reometrické vlastnosti tekutiny. Taková kapalina by umožňovala experimentovat za podmínek, které nejsou ovlivněny setrvačnost a účinky střihového smyku a vliv setrvačnosti by byly snadno rozeznatelné.^[3]
Svůj výzkum zahájil použitím maltózových sirupů (kukuřičných sirupů) smíchaných s malým množstvím vody. Poté testoval smykové napětí versus smykovou rychlost roztoku, aby dokázal, že roztokem byla newtonovská tekutina. Toho bylo dosaženo pomocí reogoniometru Weissenberg R16^[4] (reogoniometr kalibrovaný pro specifické měření chování a viskoelastický polymerní roztok) pro rychlosti smykového napětí v nízkém rozsahu a vysoké rychlosti byly měřeny pomocí kapilárního reometru, zařízení používaného k měření rychlostí smykového napětí při vysokém napětí. Data prokázala, že existuje lineární vztah mezi smykovým napětím a smykovou rychlostí, přičemž sklon je velmi blízký jedné, což znamená, že maltózový sirup byl skutečně newtonovskou tekutinou. Jakmile bylo přidáno 0,08% polymerního polyakrylamidu, tokové vlastnosti se drasticky změnily. Elastické vlastnosti byly zavedeny do kapaliny, zatímco bylo pozorováno pouze malé množství smykového ředění, dostatečně malé na to, aby bylo možné jej ignorovat. Sirupový roztok měl vlastnosti velmi podobné polymerní tavenině, ale nedocházelo k žádnému smykovému ředění a materiály mohly být vyráběny při pokojové teplotě.

Následné Bogerovy tekutiny

Původní Bogerova tekutina byla vodný roztok, stejně jako všechny roztoky syntetizované do roku 1983, kdy se organické Bogerovy tekutiny vyráběly za použití zředěného roztoku polyisobutylenu (PIB) ve směsi polybutenu (PB) s malým množstvím přidaného petrolejového oleje. Od té doby byla většina kapalin Boger řešení PIB - PB. Mezi další recepty patří:

• polystyren v ogligomerním glykolu (Solomon a Muller 1996)
• polyethylenoxid v polyethylenglykol (Dontula et al. 2004)
• polystyren v dioktylftalátu (Odell & Carrington 2006)

Komerční použití

Nakládání s odpady

Dosud nejlepší aplikací pro kapaliny Boger je řešení problému likvidace odpadu vznikajícího při zpracování bauxit na oxid hlinitý pro použití při výrobě hliník, a obvykle jich je dvakrát nebo třikrát více “červené bahno "Vyrobeno než oxid hlinitý. Odpad, známý jako" červené bahno ", byl obvykle odstraňován proplachováním přehrad přes miliony litrů vody. Přehrady nadále zadržují" červené bahno ", protože nefunguje jako budova. Společnosti potřebovaly najít způsob, jak to všechno efektivně zlikvidovat na přehrady, aniž by ucpaly trubky, do kterých se dopravovaly. S vývojem kapalin Boger, hliníkový gigant Alcoa vyvinul způsob, jak přeměnit odpad na hustou hmotu, která mohla stále proudit po potrubí. Použitím této metody bylo odstraněno nebezpečí výbuchu trubek, což vedlo k udržitelnější praxi.^[5]

Reference