一定粘度弾性流体

定粘度弾性液体は、ボガー流体としても知られ、一定の粘度を持つ弾性流体です。これにより、流体は液体のように流れ、引き伸ばされると弾性固体のように振る舞うという効果が生じます。ほとんどの弾性流体は、ポリマーを含む溶液であるため、ずり流動化（ずりひずみが適用されると粘度が低下する）を示します。しかし、ボガー流体は例外で、非常に希薄な溶液であり、非常に希薄であるため、ポリマーによって引き起こされるずり流動化は無視できます。ボガー流体は主に、少量のポリマーを高粘度のニュートン流体に追加することによって作られ、典型的な溶液は、コーンシロップと混合したポリアクリルアミドです。これは合成が簡単な化合物ですが、ボガー流体を使用した実験で弾性効果とせん断効果を明確に区別できるため、レオロジーの研究にとって重要です。ボガー流体がなければ、非ニュートン効果が弾性、ずり流動化、またはその両方によって引き起こされたかどうかを判断することは困難でした。弾性による非ニュートン流体はほとんど識別できませんでした。ボガー流体は一定の粘度を持つことができるため、同じ粘度のボガー液体とニュートン液体の流量の結果を比較する実験を行うことができ、流量の差はボガー液体の弾性によって引き起こされる変化を示すことができます。^[1]

ボガー流体は、1970年代後半に定粘度弾性液体の研究を推進した第一人者、デイビッド・V・ボガーにちなんで名付けられました。 ^[2]彼は1977年に「高弾性定粘度流体」と題したボガー流体に関する最初の論文を発表し、その中で実験に理想的な流体は「室温で高粘性かつ高弾性であり、同時に光学的に透明である」流体であると説明しました。この論文の主な目的は、高粘性かつ高弾性の流体を実験し、流体の基本的なレオメトリック特性を記録することでした。このような流体は、慣性やずり流動化効果の影響を受けない条件下での実験を可能にし、慣性の影響は容易に区別できます。^[3]

彼は、少量の水と混ぜた麦芽糖シロップ（コーンシロップ）を使って研究を始めました。次に、溶液のせん断応力とせん断速度をテストして、溶液がニュートン流体であることを証明しました。これは、低範囲のせん断応力速度についてはR16ワイセンベルグレオゴニオメーター^{[4] （}粘弾性ポリマー溶液の挙動を特に測定するように較正されたレオゴニオメーター）を使用して行われ、高範囲のせん断応力速度はキャピラリーレオメーター（高応力下でのせん断応力速度を測定するために使用される装置）を使用して測定されました。データにより、せん断応力とせん断速度の間には直線関係があり、傾きは1に非常に近いことが証明されました。つまり、麦芽糖シロップは確かにニュートン流体でした。ポリマーポリアクリルアミドを0.08％加えると、流動特性が劇的に変化しました。弾性特性が流体に導入されましたが、せん断減粘はごくわずかで、無視できるほど小さいものでした。シロップ溶液はポリマー溶融物と非常によく似た特性を持っていましたが、せん断減粘がなく、材料は室温で製造することができました。

オリジナルのボガー液は水溶液で、1983 年まで合成されたすべての溶液も同様でした。この年、少量の灯油を加えたポリブテン (PB) の混合物にポリイソブチレン (PIB) を希釈した溶液を使用して有機ボガー液が製造されました。それ以降、ほとんどのボガー液は PIB - PB 溶液です。その他の配合は次のとおりです。

• オリゴマーグリコール中のポリスチレン（ソロモンとミュラー 1996）
• ポリエチレングリコール中のポリエチレンオキシド（Dontula et al. 2004）
• ジオクチルフタレート中のポリスチレン（Odell & Carrington 2006）

ボガー流体のこれまでの最も優れた用途は、アルミニウム製造に使用するためのボーキサイトからアルミナへの加工で生じる廃棄物の処分問題を解決することです。通常、アルミナの2～3倍の「赤泥」が生成されます。通常、「赤泥」と呼ばれる廃棄物は、何百万リットルもの水でダムに流して処分されます。ダムは「赤泥」を溜め続けます。なぜなら、赤泥は建物の基礎として機能せず、農地としても使用できないからです。企業は、輸送中のチューブを詰まらせることなく、ダムに効率的にすべてを処分する方法を見つける必要がありました。ボガー流体の開発により、アルミニウム大手のアルコアは、廃棄物をパイプに流すことができる濃厚な物質に変換する方法を考案しました。この方法を使用すると、チューブが噴出する危険がなくなり、より持続可能な方法になりました。^[5]