História de sucesso do cliente
Química supramolecular: Do controle de odores à otimização da recuperação de petróleo: Como os reômetros NETZSCH podem ajudar
Um relatório de campo por Andrew Howe
"Sou Andrew Howe, um cientista industrial de coloides/formulação/matéria mole que gosta de trabalhar com reômetros NETZSCH e seus predecessores diretos Malvern e Bohlin, desde 1988.
Os reômetros são inestimáveis no projeto de materiais para a máxima eficiência nos processos de fabricação e para o desempenho ideal do produto final. Usei dados reométricos ao formular processos de revestimento e secagem rápidos e eficientes em meu antigo empregador, a Kodak, e para otimizar o deslocamento de fluidos em geometrias porosas na Schlumberger.
Hoje eu trabalho na Aqdotuma empresa que teve origem na Universidade de Cambridge em 2013. A Aqdot está comercializando uma tecnologia de química supramolecular por meio de cucurbiturilas (ou "CBs"), moléculas macrocíclicas que são "hospedeiros" supramoleculares excepcionalmente eficazes. As CBs se ligam de forma não covalente a uma ampla variedade de "convidados", especialmente a moléculas hidrofóbicas, ácidas, básicas eionic.
Muitos trabalhos acadêmicos foram realizados sobre os homólogos de CB (CB[6], CB[7] e CB[8]), mas os materiais só estavam disponíveis em escala de grama - mesmo assim, apenas com grandes custos - até agora."
Controle de odor inovador em uma escala Large
"A Aqdot escalonou a fabricação de CBs em escala de várias toneladas e o mercado imediato em escala large para esse material é a remoção de odores desagradáveis e COVs (Compostos Orgânicos Voláteis). A tecnologia permite a ligação de moléculas de vários tamanhos e características moleculares diferentes.
A abordagem da Aqdot é licenciar e fornecer seus produtos e mercados ativos, incluindo cuidados pessoais e domésticos, têxteis e plásticos, especialmente para aplicações automotivas. Uma consequência do trabalho em tantos mercados é que os produtos precisam ser incluídos "perfeitamente" em muitos tipos de formulação, e as medições reológicas são um excelente guia para avaliar o sucesso, fornecendo pistas sobre onde podemos fazer ajustes, se necessário.
A reologia fornece percepções exclusivas
Sempre que há uma formulação "macia" (não puramente sólida) a ser abordada, o reômetro oferece percepções exclusivas. Uma das grandes vantagens da reologia é que ela não exige a diluição da amostra, ou seja, os materiais podem ser investigados em concentrações-alvo.
As perguntas mais comuns são:
- O material fluirá, ficará suspenso, poderá ser pulverizado etc.?
- Qual é a sensibilidade do material à concentração, ao peso molecular, à temperatura e à força do Ionic?
- Cada lote de produto é idêntico?
Todas essas perguntas geralmente são passíveis de medições reométricas simples. Os resultados da reologia são sempre diretamente úteis para projetar produtos e otimizar o desempenho. As medições podem ajudar a restringir as escolhas e acelerar o desenvolvimento, além de solucionar problemas.
Por exemplo, as medições reométricas foram de grande importância no desenvolvimento do "Oderase", uma formulação de purificador de ar à base de água e sem fragrância, adequada para uso por meio de spray de bomba. Experimentos reológicos cuidadosamente escolhidos ajudaram a acelerar a identificação de uma composição com propriedades e estabilidade adequadas.
Meu tempo em reologia começou quando entrei na Kodak. Desde então, a tecnologia de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão controlada avançou rapidamente, portanto, após várias versões dos reômetros Bohlin CS (na Kodak e depois na Schlumberger), fiquei muito feliz quando a diretoria da Aqdot aprovou a compra de dois reômetros Kinexus Pro+, os sucessores dos instrumentos Bohlin.
„A escolha desses instrumentos da NETZSCH foi uma decisão fácil. Os instrumentos têm (e, o que é mais importante, atendem!) excelentes especificações. Os cientistas e engenheiros da NETZSCH são sempre muito prestativos, fornecendo soluções claras para problemas "fáceis" e sugestões perspicazes para ajudar a superar os desafios mais "inovadores" ou de fronteira.“
The NETZSCH Kinexus Prime Product Portfolio
Serviço e suporte ao cliente excepcionais
Escolher esses instrumentos da NETZSCH foi uma decisão fácil. Os instrumentos têm (e, o que é mais importante, atendem!) excelentes especificações. Também é fundamental que a NETZSCH mantenha a excelente assistência técnica e o suporte ao cliente. Os cientistas e engenheiros da NETZSCH são sempre muito prestativos, fornecendo soluções claras para problemas "fáceis" e sugestões perspicazes para ajudar a superar os desafios mais "avançados" ou novos.
Mais recentemente, os webinars forneceram boas percepções e ajuda direta de forma mais ampla aos usuários, não apenas respondendo a perguntas comuns, mas talvez apontando oportunidades para novas formas de implantação de instrumentos.
Fiquei muito satisfeito com o recente seminário sobre artefatos de reologia: a compreensão dos artefatos é essencial para fazer as melhores medições possíveis e para poder descrever, com confiança, os resultados para outras pessoas.
Recuperação de petróleo aprimorada por polímeros: The Unusual Flow Behaviour of Aqueous Solutions of Very High Molecular Weight Polymers (O comportamento incomum do fluxo de soluções aquosas de polímeros de peso molecular muito alto)
As medições típicas do dia a dia envolvem cisalhamento contínuo (curvas de fluxo) e oscilatório (varreduras de frequência e EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão). Trabalhar no setor significa que a maioria das medições não pode ser divulgada. No entanto, com Andrew Clarke e colegas da Schlumberger, publicamos uma série de artigos sobre o comportamento incomum do fluxo de soluções aquosas de polímeros de MW muito alto em meios porosos, com a aplicação de recuperação de petróleo bruto[1]
Nosso trabalho seguiu o fenômeno observado anteriormente de que, com fluidos contendo polímeros flexíveis de MW extremamente alto (>15 MDa), as contrapressões aumentavam além daquelas consistentes com a viscosidade de cisalhamento acima de uma taxa de fluxo crítica: essa taxa crítica era acessível em condições de fluxo de campos petrolíferos. Confirmamos que a taxa crítica era independente da concentração do polímero, mas diminuía com o quadrado do MW do polímero. Essas dependências são muito inesperadas.os estudos microfluídicos indicaram que o fluxo se tornou instável acima dessa taxa de fluxo crítica. Conseguimos replicar a instabilidade do fluxo em um fluxo de cisalhamento simples, conforme demonstrado na Figura 1 para um MW muito alto (18-20 MDa) de poli(acrilamida) parcialmente hidrolisado.em taxas baixas, o comportamento convencional (afinamento de lei de potência newtoniana) é aparente e pode ser ajustado com um modelo de Carreau-Yasuda, fornecendo um tempo de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento lCY. Entretanto, há um espessamento aparente a partir de 100s-1 que, a princípio, parece surpreendente.
Esse tempo de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento mais curtolt aumenta (a taxa de início diminui) com o quadrado do polímero MW, que é o mesmo observado no fluxo desses fluidos através de núcleos de rocha (Figura 2).
A viscosidade de cisalhamento zero h(0), os tempos de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento para o início do afinamento lCY e o cruzamento G'=G" (losc) aumentam com a concentração de polímero C3, enquanto o início do espessamento em alto cisalhamento (redimensionado como lPM) e na rocha (lcore) são independentes da concentração (Figura 3).
O espessamento corresponde a uma transição para o fluxo instável: em medições de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão em etapas de "estado estável", há uma histerese no valor da viscosidade aparente, enquanto na rampa de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão (0,3 s em cada valor de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão) o fluxo é instável com valores flutuantes de viscosidade "instantânea" (Figura 4).
A transição para um fluxo instável é consistente com a "turbulência elástica"[2], um fenômeno associado a polímeros de MW muito alto que fluem em linhas de fluxo curvas: meios porosos, como rochas, têm estruturas altamente curvas, e geometrias reométricas muito menos. No entanto, mesmo os baixos níveis de curvatura em uma geometria de placa cônica são suficientes para gerar um fluxo instável por esse mecanismo[3].
Os experimentos com cones de 1o e 4o produziram os dados sobrepostos esperados em baixo cisalhamento, mas o fluxo espessante/instável em altas taxas começa em taxas mais baixas com o cone de ângulo r large.
Esse comportamento é muito diferente dos fluxos secundários (vórtices de Turian) que começam em uma taxa mais alta com o aumento da viscosidade: para esses polímeros, o início do fluxo instável depende do MW, da taxa e do ângulo do cone, mas não da viscosidade.
Conclusão
Antes deste trabalho, a compreensão da recuperação de petróleo aprimorada por polímeros baseava-se no comportamento viscoelástico simples em meios porosos. Esses estudos demonstraram que o fluxo de equilíbrio não é uma descrição adequada do comportamento local: na turbulência elástica, o campo de fluxo flutua fortemente em torno da média em termos de direção e magnitude e, consequentemente, é significativamente mais eficaz no deslocamento de um fluido de alta viscosidade preso, como o petróleo bruto, do que seria esperado.
Esses dados levaram a uma compreensão preditiva de por que e sob quais condições os polímeros de MW muito alto deslocam mais petróleo do que o previsto em seu comportamento viscoelástico linear. A função das medições reométricas com reômetros de alta qualidade foi crucial para a geração desse entendimento.
Agradecimentos:
Como sempre acontece, as discussões com Adrian Hill e Shona Marsh (suporte ao cliente do Reino Unido) ajudaram a orientar as condições experimentais ideais para os estudos de EstresseA tensão é definida como um nível de força aplicado a uma amostra com uma seção transversal bem definida. (Tensão = força/área). As amostras com seção transversal circular ou retangular podem ser comprimidas ou esticadas. Materiais elásticos, como a borracha, podem ser esticados até 5 a 10 vezes seu comprimento original.estresse em rampa/etapa! E Darren Tennant manteve os reômetros em ótimas condições."
Andrew, muito obrigado por essas interessantes percepções em seu trabalho de pesquisaarch e pela confiança que depositou em NETZSCH e em nossos reômetros durante décadas!
[1] Mechanism of anomalously increased oil displacement with aqueous viscoelastic polymer solutions, A Clarke, A M Howe, J Mitchell, J Staniland, L Hawkes, K Leeper, Soft Matter, 2015, 11, 3536 - 3541.Viscoelastic Flow of concentrated viscoelastic polymer solutions in porous media. Efeito do peso molecular e da concentração de MW no início da turbulência elástica em várias geometrias. A M Howe, A Clarke e D Giernalczyk, Soft Matter, (2015) 11 6419 - 6431.
Monitoramento da saturação de óleo em tempo real em núcleos de rocha com RMN de baixo campo J Mitchell A M Howe, A Clarke Journal of Magnetic Resonance, (2015) 256, 34-42
Fluxos de polímeros e turbulência elástica em estruturas porosas tridimensionais, J Mitchell, K Lyons, A M Howe e 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 (Turbulência elástica em um fluxo de solução de polímero), A Groisman e V Steinberg, Nature 405, 53 (2000).
efficient mixing at low Reynolds numbers using polymer additives A Groisman and V Steinberg, Nature 410, 905 (2001).
[3] Elastic instability and curved streamlines (Instabilidade elástica e linhas de fluxo curvas) P Pakdel e G H McKinley, Physical Review Letters, 77, 2459, 1996.