The Rheological Behavior of Polymer Solution Threads

A. V. Subbotin; Субботин А. В.; I. A. Nyrkova; Ныркова И. А.; A. N. Semenov; Семенов А. Н.

doi:10.31857/S2308114723700322

РЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ НИТЕЙ ПОЛИМЕРНЫХ РАСТВОРОВ

Авторы: Субботин А.В.¹^,2, Ныркова И.А.³, Семенов А.Н.³
Учреждения:
1. Инстинут нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук
2. Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук
3. Institut Charles Sadron
Выпуск: Том 65, № 1 (2023)
Страницы: 14-30
Раздел: Статьи
URL: https://bakhtiniada.ru/2308-1147/article/view/139211
DOI: https://doi.org/10.31857/S2308114723700322
EDN: https://elibrary.ru/HXJUHM
ID: 139211

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Представлен обзор теоретических результатов, полученных авторами в области изучения капиллярного утонения нитей полимерных растворов. Рассмотрена динамика нитей как концентрированных растворов без зацеплений, так и разбавленных растворов, где важную роль играют гидродинамические взаимодействия. За основу принят молекулярный подход, в котором макромолекулы моделируются полугибкой цепью. Это позволило с единых позиций описать нелинейную упругость раствора и взаимодействия с учетом ориентации цепей. Особое внимание уделено утонению нити в области упругого поведения раствора, когда макромолекулы разворачиваются вдоль оси растяжения. Приведены результаты анализа капиллярной устойчивости нити и условия появления на ее поверхности капелек растворителя, рассмотрена динамика формирования иерархической структуры капель типа “бусины на струне”. Обсуждаются механизмы последующего слияния капель, связанные с перетеканием растворителя и диффузией капель по полимерной струне. Разрыв полимерной струны происходит на масштабах времени, превышающих время релаксации Рауза полимерной цепи. Альтернативой может быть затвердевание струны и формирование волокна.

Список литературы

Denn M.M. // Annu. Rev. Fluid Mech. 1980. V. 12. P. 365.
McKinley G.H. // Rheologycal Review. Aberystwyth: The British Society of Rheology, 2005. P. 1.
Basaran O.A., Gao H., Bhat P.P. // Annu. Rev. Fluid Mech. 2013. V. 45. P. 85.
Malkin A.Ya., Arinstein A., Kulichiknin V.G. // Prog. Polym. Sci. 2014. V. 39. P. 959.
Lohse D. // Annu. Rev. Fluid Mech. 2022. V. 54. P. 349.
Eggers J., Villermaux E. // Rep. Prog. Phys. 2008. V. 71. P. 036601.
Li Y., Sprittles J.E. // J. Fluid Mech. 2016. V. 797. P. 29.
Chen Y.-J., Steen P. H. // J. Fluid Mech. 1997. V. 341. P. 245.
Day R.F., Hinch E.J., Lister J.R. // Phys. Rev. Lett. 1998. V. 80. P. 704.
Chen A.U., Notz P.K., Basaran O.A. // Phys. Rev. Lett. 2002. V. 88. P. 174501.
Tirtaatmadja V., McKinley G.H., Cooper-White J.J. // Phys. Fluids. 2006. V. 18. P. 043101.
Sur S., Rothstein J. // J. Rheol. 2018. V. 62. P. 1245.
Dinic J., Sharma V. // Phys. Fluids. 2019. V. 31. P. 021211.
Dinic J., Sharma V. // PNAS. 2019. V. 116. P. 8766.
Wee H., Anthony C.R., Basaran O.A. // Phys. Rev. Fluids. 2022. V. 7. L112001.
Rayleigh L. // Proc. Lond. Math. Soc. 1878. V. 1. P. 4.
Driessen T., Jeurissen R., Wijshoff H., Toschi F., Lohse D. // Phys. Fluids. 2013. V. 25. P. 062109.
Rayleigh L. // Phil. Mag. S. 1892. V. 34. P. 145.
Papageorgiou D.T. // Phys. Fluids. 1995. V. 7. P. 1529.
Papageorgiou D.T. // J. Fluid Mech. 1995. V. 301. P. 109.
Bazilevskii A.V., Voronkov S.I., Entov V.M., Rozhkov A.N. // Sov. Phys. Dokl. 1981.V. 26. P. 333.
Bazilevskii A.V., Entov V.M., Lerner M.M., Rozhkov A.N. // Polymer Science A. 1997. V. 39. № 3. P. 316.
Christanti Y., Walker L.M. // J. Non-Newton. Fluid Mech. 2001. V. 100. P. 9.
Amarouchene Y., Bonn D., Meunier J., Kellay H. // Phys. Rev. Lett. 2001. V. 86. P. 3558.
Stelter M., Brenn G., Yarin A.L., Singh R.P., Durst F. // J. Rheol. 2000. V. 44. P. 595.
Stelter M., Brenn G., Yarin A.L., Singh R.P., Durst F. // J. Rheol. 2002. V. 46. P. 507.
Bazilevskii A.V., Entov V.M., Rozhkov A.N. // Polymer Science. A. 2001. V. 43. № 7. P. 716.
Deblais A., Herrada M.A., Eggers J., Bonn D. // J. Fluid Mech. 2020. V. 904. P. R2.
Yarin A.L. Free Liquid Jets and Films: Hydrodynamics and Rheology. New York: Wiley, 1993.
Entov V.M., Hinch E.J. // J. Non-Newtonian Fluid Mech. 1997. V. 72. P. 31.
Bird R.B., Armstrong R.C., Hassager O. Dynamics of Polymeric Fluids. Wiley: New York, 1987.
McKinley G.H., Tripathi A. // J. Rheol. 2000. V. 44. P. 653.
Anna S.L., McKinley G.H. // J. Rheol. 2001. V. 45. № 1. P. 115.
McKinley G.H., Sridhar T. // Annu. Rev. Fluid Mech. 2002. V. 34. № 1. P. 375.
Clasen C., Plog J.P., Kulicke W.-M., Owens M., Macosko C., Scriven L.E., Verani M., McKinley G.H. // J. Rheol. 2006. V. 50. P. 849.
Bazilevskii A.V., Rozhkov A.N. // Fluid Dynamics. 2014. V. 49. P. 827.
Bazilevskii A.V., Rozhkov A.N. // Fluid Dynamics. 2015. V. 50. P. 800.
Dinic J., Zhang Y., Jimenez L.N., Sharma V. // ACS Macro Lett. 2015. V. 4. P. 804.
Dinic J., Jimenez L.N., Sharma V. // Lab Chip. 2017. V. 17. P. 460.
Keshavarz B., Sharma V., Houze E.C., Koerner M.R., Moore J.R., Cotts P.M., Threlfall-Holmes P., McKinley G.H. // J. Non-Newton. Fluid Mech. 2015. V. 222. P. 171.
Renardy M.A. // J. Non-Newton. Fluid Mech. 1995. V. 59. P. 267.
Chang H.-C., Demekhin E.A., Kalaidin E. // Phys. Fluids. 1999. V. 11. P. 1717.
Li J., Fontelos M.A. // Phys. Fluids. 2003. V. 15. P. 922.
Bhat P.P., Appathurai S., Harris M.T., Pasquali M., McKinley G.H., Basaran O.A. // Nat. Phys. 2010. V. 6. P. 625.
Ardekani A.M., Sharma V., McKinley G.H. // J. Fluid Mech. 2010. V. 665. P. 46.
Turkoz E., Lopez-Herrera J.M., Eggers J., Arnold C.B., Deike L. // J. Fluid Mech. 2018. V. 851. P. R2.
Clasen C., Eggers J., Fontelos M.A., Li J., McKinley G.H. // J. Fluid Mech. 2006. V. 556. P. 283.
Eggers J., Herrada M.A., Snoeijer J.H. // J. Fluid Mech. 2020. V. 887. P. A19.
Oliveira M.S.N., McKinley G.H. // Phys. Fluids. 2005. V. 17. P. 071704.
Oliveira M.S.N., Yeh R., McKinley G.H. // J. Non-Newtonian Fluid Mech. 2006. V. 137. P. 137.
Sattler R., Wagner C., Eggers J. // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. P. 164502.
Sattler R., Gier S., Eggers J., Wagner C. // Phys. Fluids. 2012. V. 24. P. 023101.
Semakov A.V., Kulichikhin V.G., Tereshin A.K., Antonov S.V., Malkin A.Ya. // J. Polym. Sci., Polym. Phys. 2015. V. 53. P. 559.
Semakov A.V., Skvortsov I.Yu., Kulichikhin V.G., Malkin A.Ya. // JETP Lett. 2015. V. 101. P. 690.
Malkin A.Ya., Semakov A.V., Skvortsov I.Yu, Zatonskikh P., Kulichikhin V.G., Subbotin A.V., Semenov A.N. // Macromolecules. 2017. V. 50. P. 8231.
Kulichikhin V.G., Skvortsov I.Yu., Subbotinn A.V., Kotominn S.V., Malkin A.Ya. // Polymers. 2018. V. 10. P. 856.
Deblais A., Velikov K.P., Bonn D. // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 120. P. 194501.
Kibbelaar H.V.M., Deblais A., Burla F., Koenderink G.H., Velikov K.P., Bonn D. // Phys. Rev. Fluids. 2020. V. 5. P. 092001(R).
Doi M., Onuki A. // J. Phys. II France. 1992. V. 2. P. 1631.
Helfand E., Fredrickson G.H. // Phys. Rev. Lett. 1989. V. 62. P. 2468.
Milner S.T. // Phys. Rev. E. 1993. V. 48. P. 3674.
Cromer M., Villet M.C., Fredrickson G.H., Leal L.G., Stepanyan R., Bulters M.J.H. // J. Rheol. 2013. V. 57. P. 1211.
Eggers J. // Phys. Fluids. 2014. V. 26. P. 033106.
Subbotin A.V., Semenov A.N. // Polym. Sci., Polym. Phys. 2016. V. 54. P. 1066.
Semenov A.N., Subbotin A.V. // Polym. Sci., Polym. Phys. 2017. V. 55. P. 623.
Subbotin A.V., Semenov A.N. // Polymer Science C. 2018. V. 60. № 2. P. 106.
Donets S., Sommer J.-U. // J. Phys. Chem. B. 2018. V. 122. P. 392.
Donets S., Guskova O., Sommer J.-U. // J. Phys. Chem. B. 2020. V. 124. P. 9224.
Subbotin A.V., Semenov A.N. // JETP Lett. 2020. V. 111. P. 55.
Subbotin A.V., Semenov A.N. // J. Rheol. 2020. V. 64. P. 13.
Subbotin A.V., Semenov A.N. // Macromolecules. 2022. V. 55. P. 2096.
Semenov A., Nyrkova I. Polymers. 2022. V. 14. P. 4420.
Subbotin A.V., Semenov A.N. // J. Rheol. 2023. V. 67. P. 53.
Doi M., Edwards S.F. The Theory of Polymer Dynamics. New York: Oxford Univ. Press, 1986.
Zhou J., Doi M. // Phys. Rev. Fluids. 2018. V. 3. P. 084004.
Prabhakar R., Gadkari S., Gopesh T., Shaw M.J. // J. Rheol. 2016. V. 60. P. 345.
Semenov A.N., Khokhlov A.R. // Phys. Usp. 1988. V. 156. P. 988.
Landau L.D., Lifshitz E.M. Statistical Physics. New York: Pergamon Press, 1980.
Lifshitz I.M., Slyozov V.V. // J. Phys. Chem. Solids. 1961. V. 19. P. 35.