お客様のサクセスストーリー
超分子化学：悪臭防止から油回収の最適化まで：NETZSCH レオメーターはどのように役立つか
アンドリュー・ハウによる現地レポート
「私は工業用コロイド／配合／ソフトマター科学者であるアンドリュー・ハウです。1988年以来、NETZSCH レオメーターと、その直接の前身であるマルバーンおよびボーリンとの仕事を楽しんできました。
レオメーターは、製造工程で最大限の効率を発揮し、最終製品の性能を最適化するための材料設計において、非常に貴重なものです。私は、以前の勤務先であるコダック社で、高速で効率的なコーティングと乾燥プロセスを実現するための配合を行う際や、シュルンベルジェ社で多孔質形状内の流体置換を最適化する際にレオメトリックデータを使用しました。
今日は アクドットで働いています。Aqdotは2013年にケンブリッジ大学で生まれた会社です。Aqdot社は、ユニークで効果的な超分子「ホスト」である大環状分子、ククルビツリル（または「CB」）を介した超分子化学技術を商業化している。 CBは、特に疎水性、酸性、塩基性、カチオン性部位など、多種多様な「ゲスト」と非共有結合する。
CBの同族体（CB[6]、CB[7]、CB[8]）については多くの学術的研究が行われてきたが、材料はこれまでグラムスケールでしか入手できず、それも莫大な費用がかかっていた。
Large スケールの革新的な臭気対策
「アクドットはCBの製造を数トン規模に拡大し、この材料の当面の市場（large ）は、不快な臭いやVOC（揮発性有機化合物）の除去である。この技術は、さまざまなサイズや分子特性の分子を結合させることができる。
アクドットのアプローチは、自社製品のライセンス供与と供給であり、ホームケア、パーソナルケア、テキスタイル、プラスチック、特に自動車用途を含むアクティブな市場である。多くの市場にまたがって活動する結果、製品は多くのタイプの製剤に「シームレスに」配合される必要がある。レオロジー測定は、私たちがどの程度成功したかを示す優れた指針であり、必要であれば、どこに調整を加えるべきかの手がかりとなる。
レオロジーのユニークな洞察
レオメータは、「ソフトな」（純固体でない）製剤を扱う際に、独自の知見を提供します。レオロジーの大きな利点の1つは、サンプルの希釈を必要としないことです。すなわち、材料を目標濃度で調査することができます。
一般的な質問は次のとおりです：
- 材料は流動するか、懸濁するか、噴霧するかなど。
- 材料は濃度、分子量、温度、Ionic 強度に対してどの程度敏感か？
- 製品の各バッチは同一か？
このような疑問は通常、簡単なレオロジー測定で解決することができます。 レオロジーの測定結果は、製品の設計や性能の最適化に常に直接役立ちます。 測定結果は、問題のトラブルシューティングだけでなく、選択の幅を狭め、開発をスピードアップするのにも役立ちます。
例えば、ポンプスプレーでの使用に適した水性無香料芳香剤「Oderase」の開発では、レオロジー測定が非常に重要な役割を果たしました。 慎重に選択されたレオロジー実験により、適切な特性と安定性を持つ組成物を迅速に特定することができました。
私がレオロジーに携わるようになったのは、コダックに入社してからです。それ以来、制御応力技術は急速に進歩し、Bohlin CSレオメータのいくつかのバージョン（コダック、その後シュルンベルジェ）を経て、Aqdotの取締役会がBohlinの後継機である Kinexus Pro+レオメータ 2台の購入を承認してくれたことは、私にとって大きな喜びでした。
“NETZSCH の機器を選ぶのは簡単な決断でした。NETZSCH 。科学者やエンジニアはいつもとても親切で、"簡単な "問題には明確な解決策を、より "フロンティア "で斬新な課題には、それを克服するための洞察に満ちた提案を提供してくれる。”
NETZSCH キネクサス・プライム製品ポートフォリオ
卓越したサービスとカスタマーサポート
このNETZSCH 楽器を選ぶのは簡単な決断だった。機器には優れた仕様があり（さらに重要なのは、それを満たしていること！）。また、NETZSCH 、卓越したサービスとカスタマーサポートを維持していることも重要です。NETZSCH の科学者とエンジニアはいつも非常に親切で、「簡単な」問題には明確な解決策を、「フロンティア」な問題や斬新な問題には洞察に満ちた提案を提供してくれます。
さらに最近では、ウェビナーによって、一般的な質問に答えるだけでなく、おそらくは機器の新たな導入方法の可能性を指摘するなど、より広くユーザーに良い洞察と直接的な支援が提供されています。
アーティファクトを理解することは、可能な限り最良の測定を行い、結果を自信を持って他者に説明するために不可欠です。
ポリマーによる石油増進回収：超高分子量ポリマー水溶液の特異な流動挙動
典型的な日々の測定には、連続測定（流量曲線）と振動せん断（周波数と応力の掃引）の両方が含まれる。 産業界で働くということは、測定の大部分を公開できないということである。しかし、Schlumberger社のAndrew Clarke氏らと共同で、多孔質媒体中の高分子量ポリマーの水溶液の特異な流動挙動に関する一連の論文を発表しました。
私たちの研究は、非常に高分子量（15 MDa以上）の柔軟なポリマーを含む流体では、臨界流速を超えるとせん断粘度と一致しないほど背圧が上昇するという、以前から指摘されていた現象を追ったもので、その臨界流速は油田の流動条件下で利用可能でした。 私たちは、臨界流速がポリマー濃度に依存せず、ポリマーの高分子量の2乗とともに低下することを確認しました。 このような依存性は非常に予想外でした。マイクロ流体研究では、この臨界流速を超えると流動が不安定になることが示された。 我々は、非常に高分子量（18～20MDa）の部分加水分解ポリ（アクリルアミド）について、図1に示すように、単純なせん断流動で流動不安定性を再現することができた。低流速では、従来の挙動（ニュートンのべき乗則に従った薄膜化）が見られ、これはCarreau-Yasudaモデルでフィッティングでき、緩和時間lCYを与える。
この短い緩和時間ltは、ポリマーのMWの2乗とともに増加（オンセット速度は減少）し、これは岩石コアを通るこれらの流体の流れに見られるのと同じである（図2）。
ゼロせん断粘度h(0)、減粘開始の緩和時間lCY、G'=G "クロスオーバー(losc)はそれぞれポリマー濃度C3とともに増加するが、高せん断での増粘開始(lPMとして再スケール)および岩石中での増粘開始(lcore)は濃度に依存しない(図3)。
1oと4oのコーンを使った実験では、低せん断で予想された重複データが得られたが、高流速での増粘/不安定流動は、角度の大きいコーンでは低流速から始まった。
この挙動は、粘度が高くなるにつれて高い速度で発生する二次的な流れ（トゥリアン渦）とは大きく異なります。これらのポリマーでは、不安定な流れの発生はMW、速度、コーンの角度に依存しますが、粘度には依存しません。
結論
この研究以前は、ポリマーによる石油増進回収の理解は、多孔質媒体中の単純な粘弾性挙動に基づいていた。弾性乱流の場合、流れ場は方向も大きさも平均値付近で大きく変動し、その結果、原油のような捕捉された高粘性流体を置換するのに、予想以上に効果的である。
これらのデータは、非常に高分子量のポリマーが、なぜ、またどのような条件下で、その線形粘弾性挙動から予測されるよりも多くの原油を置換するのかを予測的に理解することにつながった。このような理解を得るためには、高品質のレオメーターによるレオメトリー測定が重要な役割を果たしました。
謝辞
これまで何度もそうであったように、エイドリアン・ヒル氏とショナ・マーシュ氏（UKカスタマーサポート）との議論は、ランプ/ステップ応力研究の最適な実験条件を導く上で役に立った！また、ダレン・テナントがレオメーターを最高の状態に保ってくれました。"
アンドリュー、あなたの研究活動におけるこのような興味深い洞察と、NETZSCH と当社のレオメータに対する数十年にわたる信頼に感謝します！
[1] 粘弾性ポリマー水溶液による油の変位異常増大のメカニズム, A Clarke, A M Howe, J Mitchell, J Staniland, L Hawkes, K Leeper, Soft Matter, 2015, 11, 3536 - 3541.多孔質媒体中の濃縮粘弾性ポリマー水溶液の粘弾性流動。様々な形状における弾性乱流の発生に対するMW分子量と濃度の影響。A M Howe, A Clarke and D Giernalczyk, Soft Matter, (2015) 11 6419 - 6431.
低磁場NMRによる岩石コアのリアルタイム油飽和モニタリング J Mitchell A M Howe, A Clarke Journal of Magnetic Resonance, (2015) 256, 34-42
三次元多孔質構造におけるポリマーフローと弾性乱流、J Mitchell, K Lyons, A M Howe and A Clarke, Soft Matter, 2016,12, 460-468.
How Viscoelastic Polymer Flooding Enhances Displacement Efficiency, A Clarke, A M Howe, J Mitchell, J Staniland, L A Hawkes; SPE Journal, SPE-174654-MS, SPE Journal SPE J. 21 (03)：0675-0687.
[2] Elastic turbulence in a polymer solution flow A Groisman and V Steinberg, Nature 405, 53 (2000).
高分子添加剤を用いた低レイノルズ数での効率的混合 A Groisman and V Steinberg, Nature 410, 905 (2001).
[3] Elastic instability and curved streamlines P Pakdel and G H McKinley, Physical Review Letters, 77, 2459, 1996.