Повышение плотности и обеспечение требуемой вязкости белковых пенообразователей для пенобетона путем изменения температуры и продолжительности гидролиза

УДК 6911 Е. В. ГУРОВА

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

ПОВЫШЕНИЕ ПЛОТНОСТИ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТРЕБУЕМОЙ ВЯЗКОСТИ БЕЛКОВЫХ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ПЕНОБЕТОНА ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ГИДРОЛИЗА

В данной работе указывается на преимущество белковых пенообразователей перед синтетическими. Представлены результаты экспериментальных исследований некоторых свойств белковых кератинсодержащих гидролизатов в зависимости от условий гидролиза (температуры и продолжительности).

В индустрии строительных материалов все большее место занимает производство изделий из пенобетона. Этот материал заслуживает большого внимания в результате присущих ему свойств, таких как негорючесть, экологическая чистота, низкая теплопроводность, позволяющих производить из него высокоэффективные и долговечные конструкции.

Опыт, накопленный в строительной индустрии, показывает, что белковые пенообразователи (Неопор, Унипор и др.), по сравнению с синтетическими, считаются с позиции технологической эффективности наиболее предпочтительными для получения пенобетона. Они способны образовывать более долговечную пену на воздухе и в цементном тесте. Существенный недостаток импортных пенообразователей — высокая стоимость. Следовательно, одним из перспективных направлений в данной области является получение местного недорогого технического пенообразователя на белковой основе со стабильными во времени характеристиками пены.

Ранее выполненные исследования [1,2,3] указывают на то, что получить пенообразователь можно путем переработки белкового сырья с использованием различных химических веществ: кислот или щелочей. При этом происходит гидролиз белка, т.е. распад сложного вещества на более простые составные части. Одной из причин пенообразования является именно наличие продуктов распада белков. Скорость и глубина гидролиза белка зависят от концентрации химического реагента (кислоты или щелочи), его количественного соотношения с белком, температуры и времени нагрева.

При изменении данных технологических параметров изменяется конформация белков в растворе, длина пептидной цепи и разветвленность углеводородного радикала, вязкость раствора, что, в свою очередь, оказывает влияние на пенообразующую способность и устойчивость пены.

Данные [4] указывают на то, что умеренная разветвленность углеводородного радикала повышает пенообразующую способность, чрезмерная разветв-

ленность - ухудшает ее. Длина цепи углеводородного радикала влияет как на пенообразующую способность, так и на устойчивость пены. Максимальная устойчивость пены свойственна ПАВ со средней длиной углеводородного радикала. Снижение пенообразую-щей способности и устойчивости пены по мере увеличения длины цепи поверхностно-активного веществ объясняется уменьшением их растворимости.

По данным [5] повышение вязкости вызывает увеличение стабильности пены. Однако в работе [6] отмечено, что максимальная устойчивость пены не всегда соответствует максимальной вязкости раствора. В одних случаях при достижении некоторых значений вязкости, раствор полностью теряет способность к вспениванию, в других - максимальная устойчивость пены достигается при определенной величине вязкости раствора. Такое поведение вязкости на стабильность пены объясняется разным поведением маловязких и высоковязких растворов и различным характером стабилизации поверхностных слоев пленок.

Таким образом, повлиять на характеристики гид-ролизатов возможно несколькими путями: изменяя либо концентрацию щелочи в растворе, либо температуру или продолжительность гидролиза.

Необходимо отметить, что в литературе до настоящего времени не существует единого мнения по вопросам механизма пенообразования.

Целью данной работы являлось установление рационального режима гидролиза белкового сырья, при котором будет получен гидролизат повышенной плотности и требуемой вязкости для получения качественной технической пены.

Ранее было рассмотрено влияние концентрации щелочи на физико-химические свойства белковых кератинсодержащих гидролизатов [7]. В данной работе приводятся результаты исследования влияния температуры и продолжительности гидролиза на некоторые свойства гидролизата.

Для приготовления щелочного гидролизата использовали белковое кератинсодержащее сырье (ГОСТ 18253) и гидроксид натрия №ОН (ГОСТ 4328).

Рис. 1. Зависимость свойств белковых гидролизатов от температуры гидролиза

Технология приготовления пенообразователя на начальном этапе заключалась в следующем. Сырье помещали в емкость для гидролиза, заливали раствором едкого натра и закрывали крышкой. Массу нагревали до начала спокойного кипения и в установившемся режиме продолжали гидролиз. Готовый гидролизат охлаждали до температуры 18-200С.

Для детальной проработки вопроса были исследованы щелочные гидролизаты с концентрацией №ОН 3 и 5% в растворе.

Долю нерастворившегося сырья определяли исходя из неразварившейся в процессе гидролиза белковой массы. Плотность гидролизата определяли с помощью ареометра. Определение кинематической вязкости гидролизата проводили на вискозиметре типа ВПЖТ-4.

Сравнивая гидролизаты, полученные при температурах гидролиза 70, 85, 1000С, можно сделать три вывода о ее влиянии на свойства белковых гидроли-затов (рис. 1).

Во-первых, доля нерастворившегося белкового сырья уменьшалась при увеличении температуры гидролиза.

Во-вторых, плотность белкового гидролизата повышалась с ростом температуры гидролиза. Осо-

бенно это становилось ярко выражено по мере роста концентрации щелочи в растворе.

В-третьих, показатель вязкости повышался при максимальной температуре гидролиза (1000С) приблизительно в 1,5-2 раза больше, чем при температуре 70 0С.

Степень гидролиза, а, следовательно, и плотность растворов возрастает не только с повышением температуры, но и с продолжительностью гидролиза. За изменением плотности гидролизата следили в течение 10 часов. Пробы отбирались каждый час. Установлено, что наибольший прирост плотности наблюдается в первые 4-6 часов, потом рост замедляется и гидролиз протекает незначительно. Исключение составляют гидролизаты, полученные при температуре 100 0С (рис. 2).

В результате проведенных исследований белкового гидролизата и в дальнейшем испытаний его водных растворов по показателям кратности и стабильности пены во времени, определен рациональный режим гидролиза данного вида сырья: температура не ниже 85 0С, продолжительность процесса - не менее 6 часов.

Полученные под руководством к.т.н., проф. Ушакова В.В. данные были использованы при разработке серии новых перспективных материалов на основе отходов и побочных продуктов пищевой промыш-

3% NaOH

5% NaOH

1000

3 4 5 6 7 продолжительность, час

70 град

85 град

10

100 град

1

10

ленности «Белпор- ом», которые до сегодняшнего дня серийно выпускаются омскими предприятиями. С нашего рынка они полностью вытеснили немецкие пенообразователи типа «Неопор», так как не уступает им по качеству, а по цене значительно дешевле [8].

Библиографический список

1. Файвишевский М.Л. Производство животных кормов /М.Л. Файвишевский, С.Г. Либерман. — М.: Легкая и пищев. пр-ть, 1984. - 328 с.

2. Бирштейн Г.М. Конформация макромолекул /Г.М. Бирштейн, О.Б. Птицин. — М.: Наука, 1964. — 214 с.

3. Тихомиров В.К. Пены /В.К. Тихомиров — М.: Химия, 1983. — 263 с.

4. Троицкий Г.В. Дефектные белки: постсинтетическая модификация /Г.В. Троицкий — Киев: Наук. думка, 1991. — 232 с.

5. Тихомиров В.К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения /В.К. Тихомиров — М.: Химия,

3 4 5 6 7 8 9 продолжительность, час

• 70 град ш 85 град * 100 град

олиза на плотность Ьелковых гидролизатов

1975. — 263 с.

6. Меркин А.П. Непрочное чудо /А.П. Меркин, П.Р. Тра-убе — М.: Химия, 1983. — 221 с.

7. Гурова Е.В. Влияние концентрации щелочи на физико — химические свойства белковых гидролизатов /Е.В. Гурова //Повышение качества материалов дорожного и строительного назначения. Сб. науч. тр. /Омск: СибАДИ. 2001. — С. 75 — 79.

8. Выбор химических добавок для бетонов в Омской области /В.В. Ушаков // Строительные материалы. — 2005. — № 10. С. 21.

ГУРОВА Елена Викторовна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Дорожное и строительное материаловедение».

Дата поступления статьи в редакцию: 24.04.2007 г. © Гурова Е.В.

Книжная полка

УДК 621

Вивденко, Ю. Н. Технологические системы производства наукоемкой техники [Текст]: учеб.-справ. пособие для вузов по специальности "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств" / Ю. Н. Вивденко; ОмГТУ. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. - 538 с.: рис., табл. - Библиогр.: с. 529-538. - ISBN 5-8149-0396-1.

Изложены основные понятия, связанные с наукоемкой техникой и технологией ее производства. Показано, что производству изделий наукоемкой техники соответствует широкий комплекс технологических систем, предусматривающих комбинированное воздействие на изделие и интенсификацию процессов, применение воздействия концентрированными потоками энергии, нанотехнологий, использование систем обеспечения промышленной чистоты изделий и др. Приведены методы совершенствования технологических систем с расширением их технологических возможностей. Показано, что приведенные решения по совершенствованию технологических систем для сложных изделий являются банком решений и предложений совершенствования технологических систем производства изделий машиностроения широкого профиля.

По вопросам приобретения: (3812) 65-23-69 E-mail: libdirector@omgtu.ru