РЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ НИТЕЙ ПОЛИМЕРНЫХ РАСТВОРОВ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

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.

Об авторах

А. В. Субботин

Инстинут нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук; Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук

Email: subbotin@ips.ac.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский пр., 29; Россия, 119071, Москва, Ленинский пр., 31

И. А. Ныркова

Institut Charles Sadron

Email: subbotin@ips.ac.ru
France, 67034, Strasbourg Cedex 2, 6 rue Boussingault

А. Н. Семенов

Institut Charles Sadron

Автор, ответственный за переписку.
Email: subbotin@ips.ac.ru
France, 67034, Strasbourg Cedex 2, 6 rue Boussingault

Список литературы

  1. Denn M.M. // Annu. Rev. Fluid Mech. 1980. V. 12. P. 365.
  2. McKinley G.H. // Rheologycal Review. Aberystwyth: The British Society of Rheology, 2005. P. 1.
  3. Basaran O.A., Gao H., Bhat P.P. // Annu. Rev. Fluid Mech. 2013. V. 45. P. 85.
  4. Malkin A.Ya., Arinstein A., Kulichiknin V.G. // Prog. Polym. Sci. 2014. V. 39. P. 959.
  5. Lohse D. // Annu. Rev. Fluid Mech. 2022. V. 54. P. 349.
  6. Eggers J., Villermaux E. // Rep. Prog. Phys. 2008. V. 71. P. 036601.
  7. Li Y., Sprittles J.E. // J. Fluid Mech. 2016. V. 797. P. 29.
  8. Chen Y.-J., Steen P. H. // J. Fluid Mech. 1997. V. 341. P. 245.
  9. Day R.F., Hinch E.J., Lister J.R. // Phys. Rev. Lett. 1998. V. 80. P. 704.
  10. Chen A.U., Notz P.K., Basaran O.A. // Phys. Rev. Lett. 2002. V. 88. P. 174501.
  11. Tirtaatmadja V., McKinley G.H., Cooper-White J.J. // Phys. Fluids. 2006. V. 18. P. 043101.
  12. Sur S., Rothstein J. // J. Rheol. 2018. V. 62. P. 1245.
  13. Dinic J., Sharma V. // Phys. Fluids. 2019. V. 31. P. 021211.
  14. Dinic J., Sharma V. // PNAS. 2019. V. 116. P. 8766.
  15. Wee H., Anthony C.R., Basaran O.A. // Phys. Rev. Fluids. 2022. V. 7. L112001.
  16. Rayleigh L. // Proc. Lond. Math. Soc. 1878. V. 1. P. 4.
  17. Driessen T., Jeurissen R., Wijshoff H., Toschi F., Lohse D. // Phys. Fluids. 2013. V. 25. P. 062109.
  18. Rayleigh L. // Phil. Mag. S. 1892. V. 34. P. 145.
  19. Papageorgiou D.T. // Phys. Fluids. 1995. V. 7. P. 1529.
  20. Papageorgiou D.T. // J. Fluid Mech. 1995. V. 301. P. 109.
  21. Bazilevskii A.V., Voronkov S.I., Entov V.M., Rozhkov A.N. // Sov. Phys. Dokl. 1981.V. 26. P. 333.
  22. Bazilevskii A.V., Entov V.M., Lerner M.M., Rozhkov A.N. // Polymer Science A. 1997. V. 39. № 3. P. 316.
  23. Christanti Y., Walker L.M. // J. Non-Newton. Fluid Mech. 2001. V. 100. P. 9.
  24. Amarouchene Y., Bonn D., Meunier J., Kellay H. // Phys. Rev. Lett. 2001. V. 86. P. 3558.
  25. Stelter M., Brenn G., Yarin A.L., Singh R.P., Durst F. // J. Rheol. 2000. V. 44. P. 595.
  26. Stelter M., Brenn G., Yarin A.L., Singh R.P., Durst F. // J. Rheol. 2002. V. 46. P. 507.
  27. Bazilevskii A.V., Entov V.M., Rozhkov A.N. // Polymer Science. A. 2001. V. 43. № 7. P. 716.
  28. Deblais A., Herrada M.A., Eggers J., Bonn D. // J. Fluid Mech. 2020. V. 904. P. R2.
  29. Yarin A.L. Free Liquid Jets and Films: Hydrodynamics and Rheology. New York: Wiley, 1993.
  30. Entov V.M., Hinch E.J. // J. Non-Newtonian Fluid Mech. 1997. V. 72. P. 31.
  31. Bird R.B., Armstrong R.C., Hassager O. Dynamics of Polymeric Fluids. Wiley: New York, 1987.
  32. McKinley G.H., Tripathi A. // J. Rheol. 2000. V. 44. P. 653.
  33. Anna S.L., McKinley G.H. // J. Rheol. 2001. V. 45. № 1. P. 115.
  34. McKinley G.H., Sridhar T. // Annu. Rev. Fluid Mech. 2002. V. 34. № 1. P. 375.
  35. 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.
  36. Bazilevskii A.V., Rozhkov A.N. // Fluid Dynamics. 2014. V. 49. P. 827.
  37. Bazilevskii A.V., Rozhkov A.N. // Fluid Dynamics. 2015. V. 50. P. 800.
  38. Dinic J., Zhang Y., Jimenez L.N., Sharma V. // ACS Macro Lett. 2015. V. 4. P. 804.
  39. Dinic J., Jimenez L.N., Sharma V. // Lab Chip. 2017. V. 17. P. 460.
  40. 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.
  41. Renardy M.A. // J. Non-Newton. Fluid Mech. 1995. V. 59. P. 267.
  42. Chang H.-C., Demekhin E.A., Kalaidin E. // Phys. Fluids. 1999. V. 11. P. 1717.
  43. Li J., Fontelos M.A. // Phys. Fluids. 2003. V. 15. P. 922.
  44. Bhat P.P., Appathurai S., Harris M.T., Pasquali M., McKinley G.H., Basaran O.A. // Nat. Phys. 2010. V. 6. P. 625.
  45. Ardekani A.M., Sharma V., McKinley G.H. // J. Fluid Mech. 2010. V. 665. P. 46.
  46. Turkoz E., Lopez-Herrera J.M., Eggers J., Arnold C.B., Deike L. // J. Fluid Mech. 2018. V. 851. P. R2.
  47. Clasen C., Eggers J., Fontelos M.A., Li J., McKinley G.H. // J. Fluid Mech. 2006. V. 556. P. 283.
  48. Eggers J., Herrada M.A., Snoeijer J.H. // J. Fluid Mech. 2020. V. 887. P. A19.
  49. Oliveira M.S.N., McKinley G.H. // Phys. Fluids. 2005. V. 17. P. 071704.
  50. Oliveira M.S.N., Yeh R., McKinley G.H. // J. Non-Newtonian Fluid Mech. 2006. V. 137. P. 137.
  51. Sattler R., Wagner C., Eggers J. // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. P. 164502.
  52. Sattler R., Gier S., Eggers J., Wagner C. // Phys. Fluids. 2012. V. 24. P. 023101.
  53. 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.
  54. Semakov A.V., Skvortsov I.Yu., Kulichikhin V.G., Malkin A.Ya. // JETP Lett. 2015. V. 101. P. 690.
  55. 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.
  56. Kulichikhin V.G., Skvortsov I.Yu., Subbotinn A.V., Kotominn S.V., Malkin A.Ya. // Polymers. 2018. V. 10. P. 856.
  57. Deblais A., Velikov K.P., Bonn D. // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 120. P. 194501.
  58. 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).
  59. Doi M., Onuki A. // J. Phys. II France. 1992. V. 2. P. 1631.
  60. Helfand E., Fredrickson G.H. // Phys. Rev. Lett. 1989. V. 62. P. 2468.
  61. Milner S.T. // Phys. Rev. E. 1993. V. 48. P. 3674.
  62. Cromer M., Villet M.C., Fredrickson G.H., Leal L.G., Stepanyan R., Bulters M.J.H. // J. Rheol. 2013. V. 57. P. 1211.
  63. Eggers J. // Phys. Fluids. 2014. V. 26. P. 033106.
  64. Subbotin A.V., Semenov A.N. // Polym. Sci., Polym. Phys. 2016. V. 54. P. 1066.
  65. Semenov A.N., Subbotin A.V. // Polym. Sci., Polym. Phys. 2017. V. 55. P. 623.
  66. Subbotin A.V., Semenov A.N. // Polymer Science C. 2018. V. 60. № 2. P. 106.
  67. Donets S., Sommer J.-U. // J. Phys. Chem. B. 2018. V. 122. P. 392.
  68. Donets S., Guskova O., Sommer J.-U. // J. Phys. Chem. B. 2020. V. 124. P. 9224.
  69. Subbotin A.V., Semenov A.N. // JETP Lett. 2020. V. 111. P. 55.
  70. Subbotin A.V., Semenov A.N. // J. Rheol. 2020. V. 64. P. 13.
  71. Subbotin A.V., Semenov A.N. // Macromolecules. 2022. V. 55. P. 2096.
  72. Semenov A., Nyrkova I. Polymers. 2022. V. 14. P. 4420.
  73. Subbotin A.V., Semenov A.N. // J. Rheol. 2023. V. 67. P. 53.
  74. Doi M., Edwards S.F. The Theory of Polymer Dynamics. New York: Oxford Univ. Press, 1986.
  75. Zhou J., Doi M. // Phys. Rev. Fluids. 2018. V. 3. P. 084004.
  76. Prabhakar R., Gadkari S., Gopesh T., Shaw M.J. // J. Rheol. 2016. V. 60. P. 345.
  77. Semenov A.N., Khokhlov A.R. // Phys. Usp. 1988. V. 156. P. 988.
  78. Landau L.D., Lifshitz E.M. Statistical Physics. New York: Pergamon Press, 1980.
  79. Lifshitz I.M., Slyozov V.V. // J. Phys. Chem. Solids. 1961. V. 19. P. 35.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (74KB)
Метаданные
3.

Скачать (104KB)
Метаданные
4.

Скачать (130KB)
Метаданные
5.

Скачать (85KB)
Метаданные

© А.В. Субботин, И.А. Ныркова, А.Н. Семенов, 2023