автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Технический пенообразователь на основе белоксодержащего сырья для производства неавтоклавного пенобетона

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Теоретические предпосылки получения высококачественного пенообразователя и неавтоклавных пенобетонов на его основе.

1.1. Современные представления о составах, свойствах, механизме действия различных пенообразователей.

1.2. Возможности использования белоксодержащего сырья для производства технического пенообразователя.

2Л. Общие представления о белках.

1.2.2. Особенности строения кератина.

1.2.3. Поверхностные свойства белковых растворов.

1.2.4. Теоретические предпосылки гидролиза белка.

1.3. Критерии оценки технической пены.

1.4. Выводы и задачи исследования.

ГЛАВА 2. Характеристика материалов и методы исследований.

2.1. Характеристика материалов-.

2.2. Методы исследований.

ГЛАВА 3. Состав, технология получения и свойства белкового пенообразователя.

3.1. Разработка технологии гидролиза белоксодержащего сырья.

3.1.1. Влияние концентрации щелочи на физико-химические свойства белкового гидролизата.

3.1.2. Влияние температуры гидролиза на физико-химические свойства белкового гидролизата.

3.1.3. Влияние продолжительности гидролиза на плотность белкового гидролизата.

3.1.4. Влияние продолжительности гидролиза на поверхностное натяжение белковых растворов.

3.2. Поверхностное натяжение водных растворов белковых гидролизатов.

3.2.1. Влияние концентрации гидролизата на поверхностное натяжение водных растворов.

3.2.2. Влияние продолжительности выдерживания гидролизата на поверхностное натяжение его водных растворов.

3.3. Разработка технологии получения пенообразователя на основе белкового гидролизата.

3.3.1. Определение количества нейтрализатора.

3.3.2. Определение количества стабилизатора.

3.3.3. Влияние водородного показателя пенообразователя на характеристики пены.

3.3.4. Влияние вязкости пенообразователя на характеристики пены.

3.4. Показатели качества белкового пенообразователя.

3.5. Выводы.

ГЛАВА 4. Влияние пенообразователя "Белпор-1 ом" на свойства пенобетона.

4.1. Влияние пенообразователя на свойства цементного камня и фазовый состав продуктов его твердения.

4.2. Пенобетон на основе пенообразователя "Белпор-1 ом".

4.3. Выводы.

ГЛАВА 5. Производственные испытания.

5.1. Опыт организации серийного производства пенообразователя.

5.2. Производство неавтоклавного пенобетона на основе пенообразователя "Белпор-1 ом".

В настоящее время особое значение в строительстве приобрела проблема энергосбережения. Для решения вопросов снижения теплопотерь при эксплуатации зданий и сооружений необходимо иметь эффективные теплоизоляционные материалы.

Наиболее конкурентоспособными, используемым на сегодняшний день теплоизоляционным материалам, являются ячеистые бетоны, преимущества которых широко известны. Применение ограждающих конструкций из ячеистых бетонов обеспечивает экологически чистые, комфортные микроклиматические условия для проживания человека.

Особое место, благодаря сочетанию таких свойств как негорючесть, экологическая чистота, высокие эргономические показатели, низкая теплопроводность, долговечность, технологичность, дешевизна и доступность сырья, занимают пенобетоны.

Наибольший практический интерес сегодня вызывают неавтоклавные пе-нобетоны на цементной основе с максимальным использованием местного сырья. Спрос на такой пенобетон определяется его высокими техническими и экономическими показателями, а также тем, что его можно использовать в качестве утеплителя и конструкционно - теплоизоляционного материала. Кроме того, пенобетон является простым в изготовлении и сравнительно дешевым строительным материалом. Серийное производство пенобетона существенно сдерживается отсутствием качественных пенообразователей и агрегатов для изготовления пены.

Показателям по кратности пены отвечает широкая номенклатура существующих пенообразователей. Однако показателям по стойкости пены на воздухе и в цементном тесте номенклатура пригодных пенообразователей не велика. Следовательно, одним из перспективных направлений в данной области является получение недорогого технического пенообразователя со стабильно высокими характеристиками пены.

Целью работы является разработка состава и технологии получения технического пенообразователя на основе белоксодержащего сырья для производства неавтоклавного пенобетона.

Для достижения цели исследования необходимо решить задачи:

1. Изучить особенности строения, свойства известных белков и их гид-ролизатов для использования в производстве пенообразователя.

2. Разработать состав и технологию получения пенообразователя на основе гидролизата кератинсодержаш;его сырья.

3. Определить показатели качества белоксодержащего кератинового пенообразователя и технической пены на его основе.

4. Определить влияние пенообразователя на основе белоксодержащего сырья на свойства и продукты гидролиза и гидратации цементного камня.

5. Разработать технические условия на белковый пенообразователь и технологический регламент его производства.

6. Получить опытно-промышленную партию белоксодержащего пенообразователя и неавтоклавного пенобетона на его основе, отвечающего требованиям действующих нормативов и технических условий.

Научная новизна заключается в следующем: 1. Показана возможность получения высококачественного технического пенообразователя на основе бе-локсодержащего кератинового сырья.

2. Установлено, что процесс гидролиза кератина имеет ступенчатый характер, соответствующий диссоциации определенных структур белка.

3. Определены границы максимальной устойчивости пены на основе бе-локсодержащего пенообразователя в зависимости от условий гидролиза, водородного показателя среды, вида и концентрации добавок нейтрализатора и стабилизатора.

4. Установлено влияние полученного пенообразователя на процессы гидролиза, гидратации и фазовый состав цементного камня.

По результатам работы оформлена заявка на изобретение ]\о 2001П13216/03 от 14 мая 2001г. практическим результатом проведенных научных исследований является разработка технических условий на новый белковый пенообразователь, получивший наименование "Белпор-1 ом". Технология производства данного пенообразователя в заводских условиях заложена в технологическом регламенте. Предложены составы исходных материалов для его получения. Сконструирована, изготовлена и используется при серийном производстве установка по производству белкового пенообразователя. Определена область применения нового пенообразователя в строительстве - получение технической пены и неармиро-ванных ячеистых бетонов на ее основе.

На базе предприятия ОАО "Омский комбинат строительных конструкций" (ОКСК) организован участок по производству протеинового пенообразователя объемом 250 м*Л в год (1 мУеут). Налажено его серийное производство и осуществлена проверка показателей качества технической пены в промышленных условиях. Производственные испытания подтвердили возможность использования белкового пенообразователя для производства пенобетонов неавтоклавного твердения. На одном из пролетов формовочного цеха ОАО "ОКСК" на основе пенообразователя "Белпор-1 ом" получены неавтоклавные пенобето-ны плотностью 400-900 кг/мЛ.

Широкое внедрение утеплителей и конструкционно - теплоизоляционных материалов на основе полученного пенообразователя позволит эффективно решать задачи по выполнению новых требований СНиП "Строительная теплотехника" с соблюдением норм по экологической и пожарной безопасности строящихся объектов.

Настоящая работа выполнена в рамках научно-технической программы "Омский регион" (приложение 1).

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава Сибирской автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) в 1999-2001 г; на выставке "Стройпрогресс. Го-род-2000" международного выставочного центра Интерсиб (г. Омск); на научной конференции, посвященной 70-летию кафедры "Дорожное и строительное материаловедение" СибАДИ (2001 г).

По теме диссертации опубликовано 5 научных статей.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Существующие отечественные пенообразователи не обеспечивают вьюоких показателей качества технической пены и пенобетонов на их основе. Высококачественные импортные пенообразователи типа "Неопор" очень дороги. Для решения проблемы производства высококачественного недорогого пенобетона необходим отечественный пенообразователь, не уступающий по качеству импортным образцам.

2. Наиболее перспективными пенообразователями являются белковые композиции. Они относятся к классу структурообразующих ПАВ и способны образовывать более долговечную пену на воздухе и в цементном тесте по сравнению с синтетическими. Широкое промышленное применение белковых ПАВ сдерживается неизученностью данного вопроса и ограничено наиболее доступными белками.

3. Для производства высококачественного технического пенообразователя предложено использовать доступные белковые, кератинсодержащие отходы мясной промышленности, в том числе poro - копытное сырье.

4. Разработан состав и технология производства пенообразователя посредством щелочного гидролиза кератинсодержащего сырья.

5. Определен рациональный режим гидролиза данного сырья: температура гидролиза не ниже 85 °С, продолжительность гидролиза 6-8 часов. Установлено, что процесс гидролиза кератина имеет ступенчатый характер, соответствующий диссоциации определенных структур кератина.

6. Определены показатели качества технической пены, полученной на основе 46 %-ного водного раствора белкового пенообразователя: кратность - не менее 6, стойкость на воздухе - не менее 45 минут, стойкость пены в цементном тесте - не менее 90 %. Показана возможность повышения кратности и стойкости пены за счет использования стабилизаторов.

162

7. Введение белкового пенообразователя в жидкость затворения оказывает на цементное тесто пластифицирующее действие, существенно сокращает начало схватывания цементного камня.

8. На основе белкового пенообразователя получены пенобетоны неавтоклавного твердения плотностью 400-900 кг/мЛ, показатели качества которых полностью удовлетворяют действующим нормативам.

9. Разработан, согласован и утвержден пакет технической документации, состоящий из технических условий на пенообразователь белковый "Белпор-1ом", технологического регламента производства пенообразователя белкового "Белпор-1ом", технических условий на блоки стеновые мелкие из пенобетона неавтоклавного твердения. На разработанный пенообразователь получено гигиеническое заключение. Пенообразователь белковый "Белпор-1ом" удостоен диплома международного выставочного центра "Интерсиб" - "Стройпрогресс. Город-2000".

10. Предложенные составы и технологии прошли производственную проверку и в настоящее время внедрены в серийное производство.

1. Обзорно-аналитическая справка. Неавтоклавные ячеистые бетоны и их применение в строительстве. М.: ВНИИ НТПИ, 1989.

2. Инструкция по изготовлению изделий из ячеистого бетона: СН 27780. М.: Стройиздат, 1987. 47 с.

3. Нейланд О.Я. Органическая химия. М.: Высшая школа, 1990. -751 с.

4. Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. М.: Просвещение, 1987. -815с.

5. Старз Дж. Молекулы жизни / сокр. пер. с англ. М.: Атомиздат, 1979.-104с.

6. Полимеры / В.Р. Говарикер, Н.В. Висванатхан, Дж. Шридхар; пре-дисл. В.А. Кабанова.- М.: Наука, 1990. 369 с.

7. Иванов В.Т., Шамин А.Н. Путь к синтезу белка.-Л. :Химия, 1982.-176 с.

8. Ленинджер А. Биохимия / под ред. и с предисл. акад. A.A. Баева и д-ра хим. наукЯ.М. Варшавского. М.: Мир, 1976. - 957 с.

9. Девини Т., Герей Я. Аминокислоты, пептиды и белки. М.: Мир, 1978.

10. Попов Е.М. Структурная организация белков. М.: Наука, 1989.-352 с.

11. И. Попов Е.М. Структурно-функциональная организация белков / РАН,

12. Ин-т молекуляр. генетики. М.: Наука, 1992. - 360 с.

13. Попов Е.М. Естествознание и проблема белка. М.: Высшая школа, 1989. - 416 с.

14. Троицкий Г.В. Дефектные белки: постсинтетическая модификация. -Киев: Наук, думка, 1991. 232 с.

15. Степанова И.П. Биоорганическая химия. Омск: Обл. ассоц. Интел-лектика, 1998. - 139 с.

16. Тугов И.И., Кострыгина Г.И. Химия и физика полимеров. М.: Химия, 1989.- 432 с.

17. Бирштейн Г.М., Птицин О.Б. Конформация макромолекул. М.: Наука, 1964. - 214 с.

18. Шерман CA. и др. Конформационный анализ и установление пространственной структуры белковых молекул / C A. Шерман, A.M. Андрианов, A.A. Ахрем: АН БССР, Ин-т биоорган, химии. Минск: Наука и техника, 1989. - 238 с.

19. Баблоян 0.0., Радкевич Д.,П., Тимохин H.A. Производство клея и желатина на кожевенных заводах. М.: Легкая индустрия, 1972. - 174 с.

20. Файвишевский М.Л., Либерман СГ. Производство животных кормов. М.: Легкая и пищев. пр-ть, 1984. - 328 с.

21. Останец Н.Г. Качество кормового белкового концентрата полученного из кератинсодержащего сырья // Мясная индустрия СССР. 1981. -№8.- 0.33 -38.

22. Переработка кератинсодержащего сырья / К.Ф. Шевкунов, С.Г. Либерман, М.Л. Файвишевский, А.П. Яцишин и др. М.: ЦНИИТЭИ мя-сомолпром, 1980. - 29 с.

23. Файвишевский М.Л. Переработка пищевой кости. М.: Агропромиз-дат, 1986. - 176 с.

24. Файвишевский М.Л. Малоотходные технологии на мясокомбинатах. -М.: Колос, 1993.-207 с.

25. Файвишевский М.Л. Производство сухих животных кормов, кормового и технического жиров. М.: Агропромиздат, 1989 - 191 с.

26. Мдинарадзе Г.Д. Переработка побочного сырья животного происхождения. М.: Агропромиздат, 1987. - 239 с.

27. Использование рого-копытного сырья при производстве мясокостной муки /М.Л. Файвишевский, Е.З. Ткачев, И.И. Мошкутелло и др. // Мясная индустрия СССР. -1983. №6. - С. 24 - 27.

28. Получение кормового гидролизата из кератинсодержащего сырья методом ферментативного гидролиза / В.П. Карпова, В.З. Крикова, Т.И. Эдельман и др. // Мясная индустрия СССР. 1977. - №2. - С. 39.

29. Сухой белковый корм из кератинсодержащего сырья / М. Партнова, М. Молярчук, Е. Плиско и др. // Мясная индустрия СССР. 1971.4. С. 28 - 30.

30. Файвишевский М.Л. Методы получения и применения рого-копытной муки // Мясная индустрия СССР. 1978. - №9. - С. 22 - 24.

31. Николаенко А.Ф. Организация безотходного производства в мясной промышленности.-К.: Урожай, 1991. 248 с.

32. Физика и химия полимеров кожи и меха: Пособие для студентов / сост.: Э.Ф. Зорина, Г.М. Зелева; Омский госуд. ун-т сервиса. Омск, 1997.-186 с.

33. Физика и химия полимеров кожи и меха: Лекции для студентов к изучению темы «Белки. Обгцие сведения. Белки меха и кожи.» / сост.: Э.Ф. Зорина; Омский технолог, ин-т бытового обслуживания. Омск, 1993 - 31 с.

34. Руководство к практическим занятиям по обмену белков: Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. / Л.Я. Лабзина, Т.Ф. Анянина.- Саранск: Изд-во Морд OB. ун-та, 1993. 88 с.

35. Гауровиц Ф. Химия и функции белков / пер. с англ. В.В. Борисова и М.И. Верховцевой; под ред. и с предисл. д-ра биол. наук В.О. Шпики-тера. -М.: Мир, 1965. 530 с.

36. Шульц Г., Шимер Р. Принципы структурной организации белков / пер. с англ. канд. хим. наук В.Е. Шкловера; под ред. д.х.н., проф. Е.М. Попова. М.: Мир, 1982. - 354 с.

37. Гершкович A.A. От структуры к синтезу белка. Киев: Наук, думка, 1989.-192 с.

38. Абрамзон A.A. Поверхностно-активные вещества: свойства и применение. Л.: Химия, 1981. - 304 с.

39. Абрамзон A.A. и др. Поверхностно-активные вещества. Синтез, анализ, свойства, применение / A.A. Абрамзон, Л.П. Зайченко, СИ. Файнгольд, под ред. A.A. Абрамзона. Л.: Химия, 1988. - 200 с.

40. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества. Справочник. /A.A. Абрамзон, Л.Е. Боброва, Л.П. Зайченко и др.; под. ред.

41. A.A. Абрамзона, Е.Д. Щукина. Л.: Химия, 1984. - 392 с.

42. Поверхностно-активные вещества. Справочник / A.A. Абрамзон, В.В. Бочаров, Г.М. Гаевой и др.; под ред. A.A. Абрамзона, Г.М. Гаевого. -Л.: Химия, 1979.-376 с.

43. Поверхностно-активные вещества и моющие средства. Справочник. / A.A. Абрамзон и др.; под ред. A.A. Абрамзона. М.: ТОО НТР "Ги-перокс", 1993.- 270 с.

44. Ребиндер П.А. Поверхностно-активные вещества. М.: Знание, 1961.46 с.

45. Поверхностные явления в белковых системах / В.Н. Измайлова, Г.П. Ямпольская, Б. Д. Сумм. М.: Химия, 1988. - 240 с.

46. Русанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления. Л.: Химия, 1967. 300 с.

47. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия. Избранные труды / отв. ред. Г.И. Фукс; авт. вступ. статей А.Б. Таубман и др. М.: Наука, 1978. - Т.1. - 366 с.

48. Измайлова В.Н., Ребиндер П.А. Структурообразование в белковых системах. М.: Наука, 1974. - 268 с.

49. Измайлова В.Н., Ямпольская Г.П., Боброва Л.Е. и др. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества: Справочник / под ред. A.A. Абрамзона, Е.Д. Щукина. Л.: Химия, 1984. - С. 90 - 162.

50. Вейс А. Макромолекулярная химия желатина. М.: Пищепромиздат, 1971.

51. Вирник Д.И. Технология клея и желатина. М.: Пищепромиздат, 1963.

52. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1988. - 464 с.

53. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика. Избранные труды / автор вступит статьи Е.Д. Щукин, Б Д. Сумм. М.: Наука, 1979. - Т.2. - 381 с.

54. Щукин Е.Д., Перцов A.B., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.:1. МГУ, 1982.- 350 с.

55. Измайлова В.Н., Ямпольская Г.П. // Физико-химическая механика и лиофильность дисперсных систем: Сб. науч. тр. / Киев: Наукова думка, 1979. -Т.П.-С. 63 -74.

56. Адамсон А. Физическая химия поверхностей / пер. с англ.; под ред. З.М. Зорина и В.М. Муллера. М.: Мир, 1979. - 568 с.

57. Евстратова К.И., Купина H.A., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия. М.: ВысЕйая школа, 1990. - 487 с.

58. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Л.: Химия, 1984. 368 с.

59. Кнорре Д.Г., Крылова Л.Ф., Музыкантов B.C. Физическая химия. М.: Высшая школа, 1990. - 416 с.

60. Барре П. Кинетика гетерогенных процессов. М.: Мир, 1976. - 399 с.

61. Урьев Н.Б. Физико-химические основы технологии дисперсных систем и материалов. М.: Химия, 1988. -256 с.

62. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания.- М.: Химия, 1976. -232 с.

63. Ребиндер П.А. Физико-химия флотационных процессов.- М.: Метал-лургиздат, 1933. 230 с.

64. Ашмарин И.П. Химия белка. Л.: Изд-во ленингр. Ун-та, 1971. - 111 с.

65. Химия белка / под ред. НИ. Гаврилова, Л.Н. Акимовой. М.: МГУ, 1961. -36 с.

66. Бэйли Дж. Методы химии белков / пер. с англ. Л.М. Гинодмана и Е.В. Горяченковой; под ред. и с предисл. акад. А.Е. Браунтейна. М.: Мир, 1965.- 284 с.

67. Тихомиров В.К. Пены. М.: Химия, 1983. - 263 с.67