KISAH SUKSES PELANGGAN
Kimia Supramolekul: Dari Pengendalian Bau hingga Mengoptimalkan Pemulihan Minyak: Bagaimana NETZSCH rheometer dapat membantu
Laporan Lapangan oleh Andrew Howe
"Saya Andrew Howe, seorang ilmuwan koloid/formulasi/bahan lunak industri yang telah menikmati bekerja dengan NETZSCH rheometer, dan pendahulu langsung mereka, Malvern dan Bohlin, sejak tahun 1988.
Rheometer terbukti sangat berharga dalam mendesain bahan untuk efisiensi maksimum dalam proses manufaktur dan untuk kinerja produk akhir yang optimal. Saya menggunakan data rheometrik saat memformulasikan proses pelapisan dan pengeringan yang cepat dan efisien di perusahaan saya sebelumnya, Kodak, dan untuk mengoptimalkan perpindahan fluida dalam geometri berpori di Schlumberger.
Hari ini saya bekerja di Aqdotsebuah perusahaan yang berasal dari Universitas Cambridge pada tahun 2013. Aqdot mengkomersialkan teknologi kimia supramolekul melalui cucurbiturils (atau "CB"), molekul makrosiklik yang merupakan "inang" supramolekul yang efektif secara unik. CB mengikat secara non-kovalen berbagai macam "tamu", terutama yang bersifat hidrofobik, asam, basa, dan kationik.
Banyak penelitian akademis telah dilakukan pada homolog CB (CB [6], CB [7], dan CB [8]) tetapi bahannya hanya tersedia dalam skala gram - bahkan hanya dengan biaya yang sangat mahal - hingga saat ini."
Pengendalian Bau yang Inovatif dalam Skala Large
"Aqdot telah meningkatkan produksi CB ke skala multi-ton dan pasar skala large langsung untuk bahan ini adalah untuk menghilangkan bau tidak sedap dan VOC (Volatile Organic Compounds). Teknologi ini memungkinkan pengikatan molekul dengan berbagai ukuran dan karakteristik molekul yang berbeda.
Pendekatan Aqdot adalah dengan memberikan lisensi dan memasok produk dan pasar aktif mereka termasuk perawatan rumah dan pribadi, tekstil dan plastik, terutama untuk aplikasi otomotif. Konsekuensi dari bekerja di begitu banyak pasar adalah bahwa produk harus dimasukkan secara "mulus" ke dalam berbagai jenis formulasi, dan pengukuran reologi merupakan panduan yang sangat baik untuk mengetahui seberapa sukses kami, memberikan petunjuk tentang di mana kami dapat melakukan penyesuaian, jika diperlukan.
Rheologi Memberikan Wawasan yang Unik
Kapan pun ada formulasi "lunak" (tidak murni padat) yang harus ditangani, rheometer memberikan wawasan yang unik. Salah satu keuntungan besar rheologi adalah tidak memerlukan pengenceran sampel, yaitu, bahan dapat diselidiki pada konsentrasi target.
Pertanyaan yang umum diajukan adalah:
- Apakah material akan mengalir, apakah akan tersuspensi, apakah akan menyemprot, dll.?
- Seberapa sensitifkah bahan tersebut terhadap konsentrasi, berat molekul, suhu, dan Ionic kekuatan?
- Apakah setiap batch produk identik?
Semua pertanyaan ini biasanya dapat dijawab dengan pengukuran reologi sederhana. Hasil reologi selalu berguna secara langsung untuk mendesain produk dan mengoptimalkan kinerja. Pengukuran ini dapat membantu mempersempit pilihan dan mempercepat pengembangan serta memecahkan masalah.
Sebagai contoh, pengukuran reologi sangat penting dalam mengembangkan "Oderase", formulasi penyegar udara bebas pewangi berbasis air yang cocok untuk digunakan melalui semprotan pompa. Eksperimen reologi yang dipilih dengan cermat membantu mempercepat identifikasi komposisi dengan sifat dan stabilitas yang sesuai.
Waktu saya di bidang reologi dimulai saat bergabung dengan Kodak. Pada tahun 1988, kami memilih rheometer rotasi Bohlin VOR, instrumen yang dikontrol deformasi sebagai instrumen andalan kami. Sejak saat itu, teknologi tekanan terkontrol telah berkembang pesat, jadi setelah beberapa versi rheometer Bohlin CS (di Kodak dan Schlumberger), saya sangat senang ketika dewan direksi Aqdot menyetujui pembelian dua rheometer Kinexus Pro+, penerus instrumen Bohlin.
“Memilih instrumen NETZSCH ini adalah keputusan yang mudah. Instrumen ini memiliki (dan yang lebih penting lagi, memenuhi!) spesifikasi yang sangat baik. NETZSCH ilmuwan dan insinyur selalu sangat membantu, memberikan solusi yang jelas untuk masalah yang "mudah" dan saran-saran yang berwawasan luas untuk membantu mengatasi tantangan-tantangan yang lebih "sulit" atau baru.”
Portofolio Produk Utama NETZSCH Kinexus Prime
Layanan dan Dukungan Pelanggan yang Luar Biasa
Memilih instrumen NETZSCH ini adalah keputusan yang mudah. Instrumen ini memiliki (dan yang lebih penting lagi, memenuhi!) spesifikasi yang sangat baik. Yang juga penting adalah bahwa NETZSCH mempertahankan layanan dan dukungan pelanggan yang luar biasa. NETZSCH ilmuwan dan insinyur selalu sangat membantu, memberikan solusi yang jelas untuk masalah yang "mudah" dan saran-saran yang berwawasan luas untuk membantu mengatasi tantangan-tantangan yang lebih "sulit" atau tantangan-tantangan baru.
Baru-baru ini, webinar telah memberikan wawasan yang baik dan bantuan langsung yang lebih luas kepada pengguna, tidak hanya menjawab pertanyaan umum, tetapi mungkin menunjukkan peluang untuk cara-cara baru di mana instrumen banyak digunakan.
Saya sangat senang dengan seminar baru-baru ini mengenai artefak reologi: pemahaman mengenai artefak sangat penting untuk melakukan pengukuran sebaik mungkin dan untuk dapat menjelaskan, dengan penuh percaya diri, hasil pengukuran kepada orang lain.
Pemulihan Minyak yang Ditingkatkan Polimer: Perilaku Aliran yang Tidak Biasa dari Larutan Berair dari Polimer Berbobot Molekul Sangat Tinggi
Pengukuran sehari-hari yang umum dilakukan adalah pengukuran kontinu (kurva aliran) dan geseran osilasi (sapuan frekuensi dan tegangan). Bekerja di industri berarti sebagian besar pengukuran tidak dapat diungkapkan. Namun, bersama Andrew Clarke dan rekan-rekan di Schlumberger, kami menerbitkan serangkaian makalah tentang perilaku aliran yang tidak biasa dari larutan berair dari polimer MW yang sangat tinggi di media berpori, dengan aplikasi pemulihan minyak mentah
Penelitian kami mengikuti fenomena yang telah dicatat sebelumnya bahwa dengan cairan yang mengandung polimer fleksibel dengan MW yang sangat tinggi (>15 MDa), tekanan balik meningkat melebihi yang konsisten dengan viskositas geser di atas laju aliran kritis: laju kritis tersebut dapat dicapai dalam kondisi aliran ladang minyak. Kami mengkonfirmasi bahwa laju kritis tersebut tidak bergantung pada konsentrasi polimer, namun menurun seiring dengan kuadrat dari MW polimer tersebut. Ketergantungan seperti itu sangat tidak terduga.studi mikrofluida menunjukkan bahwa aliran menjadi tidak stabil di atas laju aliran kritis ini. Kami dapat mereplikasi ketidakstabilan aliran dalam aliran geser sederhana, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 untuk MW yang sangat tinggi (18-20 MDa) poli (akrilamida) yang terhidrolisis sebagian.pada kecepatan rendah, perilaku konvensional (penipisan hukum daya Newton) terlihat jelas yang dapat disesuaikan dengan model Carreau-Yasuda, yang memberikan waktu RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi lCY. Namun, ada penebalan yang terlihat jelas dari 100-an-1 yang, pada awalnya, tampak mengejutkan.
Waktu RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi yang lebih pendek ini meningkat (laju onset menurun) dengan kuadrat dari MW polimer, yang sama dengan yang terlihat pada aliran fluida ini melalui inti batuan (Gambar 2).
Viskositas geser nol h(0), waktu RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi untuk permulaan penipisan lCY dan persilangan G'=G" (losc) masing-masing meningkat dengan konsentrasi polimer C3 sementara permulaan penebalan pada geseran tinggi (diskalakan sebagai lPM) dan di dalam batuan (lcore) tidak bergantung pada konsentrasi (Gambar 3).
Penebalan ini sesuai dengan transisi menuju aliran yang tidak stabil: pada pengukuran tegangan-tahap "steady state", terdapat histeresis pada nilai viskositas yang terlihat, sedangkan pada tegangan-ramp (0,3 detik pada setiap nilai tegangan), aliran menjadi tidak stabil dengan nilai viskositas "sesaat" yang berfluktuasi (Gambar 4).
Transisi ke aliran tidak stabil konsisten dengan "turbulensi elastis"[2], sebuah fenomena yang terkait dengan polimer MW yang sangat tinggi yang mengalir dalam garis lengkung: media berpori seperti batuan memiliki struktur yang sangat melengkung, geometri reometri jauh lebih sedikit. Namun, bahkan tingkat kelengkungan yang rendah pada geometri kerucut-piring sudah cukup untuk menghasilkan aliran yang tidak stabil dengan mekanisme ini[3].
Percobaan dengan kerucut 1o dan 4o menghasilkan data tumpang tindih yang diharapkan pada geseran rendah, tetapi penebalan/aliran yang tidak stabil pada laju tinggi dimulai pada laju yang lebih rendah dengan kerucut bersudut lebih besar.
Perilaku ini sangat berbeda dengan aliran sekunder (vortisitas Turian) yang dimulai pada laju yang lebih tinggi dengan meningkatnya viskositas: untuk polimer ini, permulaan aliran yang tidak stabil tergantung pada MW, laju dan sudut kerucut tetapi tidak pada viskositas.
Kesimpulan
Sebelum penelitian ini, pemahaman tentang pemulihan minyak yang ditingkatkan dengan polimer didasarkan pada perilaku viskoelastik sederhana dalam media berpori. Studi-studi ini menunjukkan bahwa aliran kesetimbangan bukanlah deskripsi yang tepat untuk perilaku lokal: dalam turbulensi elastis, medan aliran berfluktuasi dengan kuat di sekitar nilai rata-rata baik dalam hal arah maupun besarnya, dan akibatnya secara signifikan lebih efektif dalam memindahkan fluida dengan viskositas tinggi yang terperangkap seperti minyak mentah daripada yang diharapkan.
Data ini mengarah pada pemahaman prediktif tentang mengapa dan dalam kondisi apa polimer MW yang sangat tinggi memindahkan lebih banyak minyak daripada yang diperkirakan dari perilaku viskoelastik liniernya. Peran pengukuran rheometrik dengan rheometer berkualitas tinggi sangat penting dalam menghasilkan pemahaman ini.
Ucapan terima kasih:
Seperti yang sering terjadi, diskusi dengan Adrian Hill dan Shona Marsh (dukungan pelanggan Inggris) membantu dalam memandu kondisi eksperimental yang optimal untuk studi tegangan ramp/step! Dan Darren Tennant menjaga agar rheometer tetap dalam kondisi prima."
Andrew, terima kasih banyak atas wawasan yang menarik dalam pekerjaan penelitian Anda dan atas kepercayaan yang telah Anda berikan kepada NETZSCH dan rheometer kami selama beberapa dekade!
[1] Mekanisme perpindahan minyak yang meningkat secara anomali dengan larutan polimer viskoelastik encer, A Clarke, A M Howe, J Mitchell, J Staniland, L Hawkes, K Leeper, Soft Matter, 2015, 11, 3536 - 3541. Aliran viskoelastik larutan polimer viskoelastik pekat pada media berpori. Pengaruh berat molekul MW dan konsentrasi pada permulaan turbulensi elastis dalam berbagai geometri. A M Howe, A Clarke dan D Giernalczyk, Soft Matter, (2015) 11 6419 - 6431.
Pemantauan kejenuhan minyak secara real-time dalam inti batuan dengan NMR medan rendah J Mitchell A M Howe, A Clarke Journal of Magnetic Resonance, (2015) 256, 34-42
Aliran Polimer dan Turbulensi Elastis dalam Struktur Berpori Tiga Dimensi, J Mitchell, K Lyons, A M Howe dan A Clarke, Soft Matter, 2016, 12, 460-468.
Bagaimana Banjir Polimer Viskoelastik Meningkatkan Efisiensi Perpindahan, A Clarke, A M Howe, J Mitchell, J Staniland, L A Hawkes; Jurnal SPE, SPE-174654-MS, SPE Journal SPE J. 21 (03): 0675-0687.
[2] Turbulensi elastis dalam aliran larutan polimer A Groisman dan V Steinberg, Nature 405, 53 (2000).
pencampuran yang efisien pada bilangan Reynolds rendah dengan menggunakan aditif polimer A Groisman dan V Steinberg, Nature 410, 905 (2001).
[3] Ketidakstabilan elastis dan garis lengkung P Pakdel dan GH McKinley, Physical Review Letters, 77, 2459, 1996.