Миллер Е.С.

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, Россия Использование связующих материалов при получении структурированных продуктов

Качество продукции определяется совокупностью свойств, обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Наиболее полное представление о качестве продукта дают свойства, определяемые его структурой.

Структура - внутреннее строение продукта и характер взаимодействия между отдельными ее элементами (частицами), которую определяют химический состав, биохимические показатели, температура, дисперсность, агрегатное состояние и ряд технологических факторов. К структурированным относятся гранулированные, брикетированные и другие продукты, с измененной (восстановленной) структурой в результате различных механических и химических воздействий.

В рамках ресурсосберегающей политики государства, предъявляемой к промышленности России в целом, является актуальным использование вторичного сырья. Наиболее перспективным направлением утилизации угольного шлама является брикетирование, представляющее собой сложный физико-химический процесс взаимодействия разобщенных твердых частиц. Структура брикетов образуется путем непосредственных контактов частиц между собой или через прослойки связующих компонентов и воды за счет прилагаемых усилий прессования.

Формирование структуры брикетов со связующими компонентами следует рассматривать как один из видов склеивания разобщенных твердых материалов с помощью клеев (адгезивов). Основу структурообразования составляют процессы взаимного расположения и взаимосвязи отдельных контактирующих элементов системы. Агрегирование определяют прилипание и склеивание. Прилипание как начальная ступень процесса склеивания связана с образованием упорядоченной клеевой пленки на поверхности твердого тела (субстрата). Для прилипания характерно вязко-текучее (иногда жидкое) состояние связующего компонента. Последующие процессы приводят к структурированию (восстановлению) клея до его максимальной прочности. В результате разобщенные твердые частицы, покрытые связующим компонентом, объединяются в брикет [1].

Брикет из угольного шлама со связующими компонентами рассматривается как дисперсная система, где дисперсионная среда – связующее вещество, а дисперсная фаза – угольный шлам [2].

В качестве связующих можно использовать самые различные вещества, обладающие «склеивающим» (адгезивным) действием, и способные затвердевать при нормальных условиях или при изменении условий (нагревание, охлаждение, изменение рН-среды, взаимодействие с отвердителем и др.). Однако, к связующим материалам предъявляется целый ряд дополнительных требований, в частности, они должны быть не токсичны, не дефицитны, достаточно дешевы, быть устойчивы к атмосферным воздействиям.

Связующие вещества могут быть органического и неорганического происхождения. При производстве топливных брикетов органические связующие являются предпочтительными, т.к. не уменьшают калорийность брикетов, однако из-за дороговизны в промышленном производстве они применяются реже.

Наиболее распространенными органическими связующими являются высокомолекулярные соединения, полученные при химической переработке нефти, угля, сланцев и других природных полимеров с большой молекулярной массой: каменноугольный пек; нефтесвязующие, нефтеполимерные смолы; карбоксиметилцеллюлоза; гуматы; битумы; лигносульфаты, лигносульфонаты, меласса, эпоксидные, полиэфирные смолы. В химическом отношении эти связующие обычно представляют собой гетерополярные высокомолекулярные соединения, имеющие сложный состав и структуру [3].

Органические связующие применяются как в жидком (получили наибольшее распространение), так и в твердом виде. По сравнению с твердыми связующими жидкие имеют ряд преимуществ: легко диспергируются и легко перемешиваются с материалом.

К неорганическим связующим относятся системы, в которых растворитель или дисперсионная среда представлены неорганическими жидкостями (водой, водными растворами солей, кислот, щелочей), а растворяемое вещество или дисперсная фаза – минеральными порошками.

По агрегатному состоянию неорганические связующие делятся на следующие группы: связующие – порошки (порошок сначала плавится, а затем кристаллизуется); связующие – растворы; связующие – дисперсные системы (подразделяются на системы с химическим взаимодействием порошка и жидкости, кристаллогидраты и системы без химического взаимодействия).

Неорганические связующие могут вступать с брикетируемым материалом в химическую реакцию. При этом интенсивность структурообразования зависит от скорости и полноты химических реакций. В качестве неорганических связующих наибольшее распространение нашли: цементы, известь; глины; растворимое стекло; гипс; сода; доломит; мочевина.

Также хорошие результаты дают так называемые комбинированные связующие, состоящие либо из нескольких взаимоулучшающих свойства связующего компонентов, либо «организованных» по принципу основное связующее - активизирующие добавки.

Подбор связующих компонентов, одновременно удовлетворяющих всем необходимым требованиям, является сложной технической задачей, к решению которой следует подходить с разных сторон в каждом конкретном случае [2].

Литература:

1. Браун, Н.В. Перспективные направления развития коксохимического производства / Н.В. Браун, И.М. Глущенко. - М.: Металлургия, 1989. - 272 с.

2. Патент РФ № 2010132439/05, 10.07.2003.

3. Поконова, Ю.В. Нефтяные битумы / Ю.В. Поконова. - С-Петербург.: Синтез, 2005. - 154 с.