Получение новых пенообразователей на основе кератина шерсти

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 541.18+532.64+546.12

Получение новых пенообразователей на основе кератина шерсти

Ж.Б. Оспанова,

К.Б. Мусабеков,

Ж. Токтарбай.,

М. Исахов,

О.Н. Кобланова

Показана возможность получения технического пенообразователя на основе кератинсодержащего сырья (шерсти) методом щелочного гидролиза. Установлены оптимальные параметры гидролиза кератинсодержащего сырья, обеспечивающего получение качественного пенообразователя - продолжительность процесса - 3 часа, концентрация раствора реагента NаOH - 5%, температура реакции - 1300С, соотношение сырье: раствор - 1:7,5.

Ключевые слова: пенообразователь, кератин, шерсть, гидролиз, пена, устойчивость, кратность.

В настоящее время предложено значительное многообразие способов деструкции кератинового сырья [1]. Большинство исследователей отдают предпочтение щелочному гидролизу кератинов. Пенообразователи, полученные в результате гидролиза кератинового сырья, являются природными ПАВ, а их растворы лиофильными коллоидами. На межфазных границах они способны образовать тонкие слои и пленки, формирующиеся в результате поверхностных явлений (монослои, адсобционные слои, несимметричные, смачивающиеся пленки и симметричные, двухсторонние тонкие пленки) [2]. Такие пенообразователи находят широкое применение в пожаротушении и строительстве для производства пенобетона [3].

Цель данной работы состояла в определении оптимальных параметров гидролиза кератинсодержащего сырья (шерсти) - продолжительности процесса, концентрации раствора реагента, температуры реакции, соотношения сырье: раствор, обеспечивающих получение качественного пенообразователя.

Экспериментальная часть

Для установления влияния различных параметров на процесс гидролиза, в гидротермальные бомбы из нержавеющей стали объемом не менее 200 мл загружали 20 г шерсти, наливали 150 мл раствора NаOH различной концентрации, бомбы герметически закрывали, затем реакционную массу нагревали до необходимой температуры. В таком режиме процесс гидролиза проводили в течение определенного времени. Затем гидротермальные бомбы охлаждали до температуры 18-200С, охлажденный гидролизат фильтровали и нейтрализовали раствором уксусной кислоты при энергичном помешивании до значения рН=6ч7. В нейтрализованный гидролизат добавляли стабилизатор пены - раствор сернокислого закисного железа (FeSO4*7H2O) при перемешивании.

Пену генерировали пропусканием воздуха через раствор полученного пенообразователя в течение 1 мин. Устойчивость пены определяли по времени разрушения пенного столба.

Результаты и их обсуждение

Известно [4], что волокна шерсти можно превратить в растворимый белок, используя денатурирующие агенты - кислоты, щелочи, соединения мышьяка, вторичные амины, триалкилфосфины и др. Большинство исследователей, по сравнению с кислотным гидролизом кератинов, отдают предпочтение щелочному гидролизу. Возможно, это объясняется тем, что при кислотном гидролизе требуется изготовление реакторов из устойчивых к кислотам материалов, увеличение цепи технологического процесса, что ведет к росту себестоимости продукта.

Растворимость кератина в щелочи зависит от ее концентрации, длительности обработки, температуры. Как уже отмечалось выше, полученные в процессе гидролиза белковые гидролизаты состоят из остатков аминокислот, которые, по сути, являются высокомолекулярными поверхностно-активными веществами и могут быть использованы в качестве эффективных стабилизаторов пен.

Для установления оптимального времени проведения гидролиза эксперименты проводились в течение 1, 2, 3, 4 и 5 часов. Установлено, что оптимальным временем гидролиза является продолжительность 3 часа. При сокращении времени проведения гидролиза в продукте присутствуют остатки нерастворившейся шерсти, что указывает на то, что продолжительность гидролиза была недостаточной и реакция прошла не до конца. При увеличении времени гидролиза полученный продукт становится вязким, и в нем появляются сгустки, что является нежелательным.

Для определения соотношения сырье:раствор NаOH провели серию из 4 опытов. Для этого изменяли в исходной смеси количество шерсти, необходимой для проведения гидролиза. Соотношение сырье:раствор NаOH (5%) составило 1:30, 1:15, 1:7,5, 1:6. Все другие параметры проведения реакции гидролиза оставались неизменными - температура 1300С, продолжительность проведения процесса - 3 часа. После окончания реакции определяли устойчивость пен, генерированных из нейтрализованных образцов гидролизата. Устойчивость пен составила 1:30 - 5 мин., 1:15 - 8 мин., 1:7,5 - 10 мин., 1:6 - 5 мин. Как видно из этих данных при малом содержании сырья (шерсти) образуются пенообразователи, дающие недостаточно устойчивую пену, а увеличение содержания шерсти в реакционной смеси приводит к образованию некачественного продукта с низкой пенообразующей способностью. Установлено, что оптимальным соотношением сырье:раствор NаOH является 1:7,5.

Следующим этапом работы было определение оптимальной концентрации щелочи при неизменных других параметрах. В 4 опытах брали 20 г шерсти, добавляли различные количества NаOH и воды с тем условием, чтобы конечная концентрация раствора соответствовала 1%, 3%, 5%, 10%. Реакцию проводили при температуре 1300С в течение 3 часов. Затем охлаждение, нейтрализация, и определение устойчивости пены. Без добавления стабилизатора устойчивость пены составляет с 1% NаOH - пены нет, 3% - 3 мин, 5% - 5 мин, 10% - 5 мин. Эти данные свидетельствуют о том, что нет необходимости брать реагент в значительных количествах и для реакции гидролиза достаточна 5%-ная концентрация NаOH.

Было изучено также влияние температуры на гидролиз. Процесс проводили при температуре 80, 100, 130, 1600С при неизменных других параметрах: на 20г шерсти брали 150 мл раствора NаOH 5% концентрации, продолжительность проведения процесса - 3 часа. По окончании каждой реакции из нейтрализованных образцов гидролизата получали пену и исследовали её устойчивость. Результаты исследований влияния концентрации щелочи и температуры на качество пенообразователя представлены в таблицах 1-3.

Таблица 1 - Свойства кератинового пенообразователя, синтезированного с использованием 1% NaOH

Таблица 2 - Свойства кератинового пенообразователя, синтезированного с использованием 3% NaOH

Таблица 3 - Свойства кератинового пенообразователя, синтезированного с использованием 5% NaOH

Как видно и этих данных увеличение концентрации щелочи приводит к уменьшению непрореагировавшей шерсти (остатка) и более полному выходу гидолизата ?88%, увеличение температуры свыше 1300С не приводит к существенному улучшению качества пенообразователя, ведет к дополнительному перерасходу электроэнергии, поэтому повышение температуры свыше 1300С является нецелесообразным.

Таким образом, в результате проведенных исследований были установлены оптимальные параметры гидролиза кератинсодержащего сырья, обеспечивающего получение качественного пенообразователя - продолжительность процесса - 3 часа, концентрация раствора реагента NаOH - 5%, температура реакции - 1300С, соотношение сырье:раствор - 1:7,5.

кератин пенообразователь гидролиз

Литература

1. Либерман С.Г. Производство сухих животных кормов и технических жиров. - М.: Пищевая промышленность, 1976. - 216с.

2. Измайлова В.Н., Ямпольская Г.П., Сумм Б.Д. Поверхностные явления в белковых системах - М.: Химия, 1982. - 155 с.

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

4. Александров П.А., Хадсон Р.Ф. Физика и химия шерсти. - М.: Легкая промышленность, 1958. - 225с.

Размещено на Allbest.ru