автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Теоретическое обоснование и оптимизация механохимического способа приготовления крахмальной шлихты

На правах рукописи

ч

ЮСОВА Анна Анатольевна

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ МЕХАНОХИМИЧЕСКОГО СПОСОБА ПРИГОТОВЛЕНИЯ КРАХМАЛЬНОЙ ШЛИХТЫ

Специальность 05.19.03 Технология текстильных материалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 1998

Работа выполнена в Институте химии растворов РАИ (г. Иваново) в отделе «Химия текстильных материалов».

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор, академик РИА А. П. Морыганов;

кандидат химических наук, ст. н. с. И. М. Липатова.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ю. А. Калинников; кандидат технических наук, ст. н. с. В. А. Курилова.

Ведущая организация — АО «Зиновьэвская Мануфактура».

Защита состоится « . » . . . 1998 г.

в . 7Р. часов на заседании диссертационного совета К 063.11.02 при Ивановском государственном химико-технологическом университете по адресу: 153460, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7. ,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГХТУ.

Автореферат разослан « . » . 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, ___

профессор И> Б' БЛИНИЧЕВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Широкое применение крахмала в текстильной промышленности обусловлено надежностью его сырьевой базы, относительной дешевизной и практически полной биорасщепляемостыо. По данным зарубежных специалистов за 1997 год 75 % мирового производства шлихтующих препаратов приходится на крахмал и его производные, несмотря на бурное развитие за последние 30 лет его синтетических заменителей.

В России в настоящее время наиболее распространенным способом приготовления шлихты из крахмалопродуктов на текстильных предприятиях остаются либо варка под давлением в автоматической линии приготовления шлихты (ЛАПШ), либо длительная варка открытым способом. Оба метода сопряжены со значительными удельными расходами насыщенного пара и предполагают применение химических расщепителей. Поэтому поиск энергоресурсосберегающих технологий приготовления шлихты из крахмалопродуктов остается актуальной задачей. Решение этой проблемы, возможно путем применения альтернативных методов приготовления шлихты с использованием таких физических воздействий как ультразвук, кавитация, высокоскоростные сдвиговые поля, радиационное воздействие, в условиях которых происходит совмещение приготовления шлихты с физической модификацией крахмала. Из известных методов приготовления шлихты с использованием таких физических воздействий наиболее перспективным является предложенный в ИХР РАН в начале 90-ых годов механохимиче-скии способ, поскольку он отличается относительной простотой аппаратурного оформления, экономичностью, надежностью в эксплуатации, высокой производительностью. В основе метода лежит замена традиционной длительной варки крахмала с расщепителями интенсивной механической обработкой предварительно клейстеризованного крахмала в установках роторно-импульсного типа, в которых обрабатываемый материал подвергается воздействию высокоскоростных сдвиговых нагрузок, механических колебаний широкого диапазона частот и кавитации. Механохимический способ приготовления шлихты обеспечивает получение высокодисперсной, гомогенной шлихты с высокой степенью расщеплений крахмала. Повышенная степень полезного использования клеящего материала позволяет снизить удельный расход крахмалопродукта при одновременном повышении качества шлихтования.

При разработке механохимической технологии необходимо располагать не только экспериментальными данными по влиянию параметров механической обработки на технологические свойства шлихты, но также и сведениями о специфике структурообразования гидрогелей крахмала в механических полях. Данные по исследованию механизма влияния интенсивных механических воздействий на систему полисахарид-вода и, в частности, на гидрогели крахмала в литературе отсутствуют. Известные инженерные разработки способов приготовления шлихты из крахмалопродуктов с использованием интенсивных механических воздействий основаны на производственном эксперименте и не имеют теоретической базм. Поэтому задача комплексного исследования механониициируемых химических н структурных процессов в гидрогелях крахмала остается АКТУАЛЬНОЙ.

Настоящая работа посвящена всестороннему изучению механоишщиируе-мых химических, структурных и фазовых превращений в гидрогелях крахмала, и направлена на определение оптимальных условий использования роторно-импульсных установок, в которых материал подвергается воздействию высокоскоростных сдвиговых нагрузок и механических колебании звуковых и ультразвуковых частот в процессе приготовления шлихты из крахмалопродуктов.

Работа выполнена в соответствии с планами НИР ИХР РАН на 1993-1998гг. и подпрограммой «Высокоэффективные технологии развития социальной сферы» (направление 02 «Текстиль») Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения» (Постановление Правительства РФ № 1414 от23.11.96 г.)

Цель работы заключалась в выявлении и всестороннем изучении закономерностей химических, структурных и фазовых превращений в гидрогелях крахмала, инициируемых действием высокоскоростных сдвиговых нагрузок и механических колебаний звуковых и ультразвуковых частот. В задачи исследования входило также выявление и установление характера влияния факторов, определяющих качество крахмальной шлихты, приготовленной механохимическим способом, изучение принципиальной возможности и поиск путей регулирования процесса деградации гидрогелей крахмала.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе были выполнены следующие этапы работы: ■ -исследование механоинициируемых химических процессов в гидрогелях крахмала;

-исследование в широком диапазоне концентраций структурных превращений в гидрогелях крахмала, индуцируемых действием высокоскоростных сдвиговых нагрузок, механических колебаний широкого диапазона частот и кавитации;

-исследование совместимости крахмала с гибкоцепкыми синтетическими полимерами;

-установление роли традиционно применяемых текстильно-вспомогательных веществ в процессе приготовления крахмальной шлихты меЛанохимйческим способом;

-системное исследование влияния параметров механической обработки на важнейшие технологические показатели шлихты и ошлихтованной пряжи;

-определение оптимальных значений градиентов скорости сдвига, при которых достигается необходимый комплекс технологических свойств, определяющих пригодность шлихты;

-разработка подходов к регулированию отклика механического воздействия на гелеобразный материал путем введения добавок;

-разработка рецептуры шлихты из муки применительно к механохимиче-скому способу приготовления.

Общая характеристика объектов и методов исследования. Основными объектами исследования являлись кукурузный, картофельный крахмалы, ржаная

и пшеничная мука, хлопчатобумажная пряжа. !! работе использовались шбко-цепные синтетические полимеры — поливиниловый спирт (ПВС), гюлиакриламид (ПАА), полиакриловая кислота (ПАК) и натриевая соль полиакриловой кислоты (Ь'аПАК), а также следующие ТВВ: хлорамин; гидроксид натрия; ряд ПАВ на основе оксида этилена.

Экспериментальные исследования проводились с привлечением современных методов физико-химического анализа: электронно-микроскопического; тур-бидиметрнческого; вискозиметрического; спектрофотометрического; газожидко-стнои хроматографии; ЭПР-спектроскошш.

Определение физико-механических характеристик ошлихтованной пряжи проводилось по методикам, предусмотренным государственными стандартами. Оценку погрешностей измерения при проведении экспериментов проводили с использованием методов математической статистики.

Научная новизна. Впервые проведено систематическое исследование влияния высокоскоростных сдвиговых нагрузок н кавитации на состояние гидрогелей крахмала. С помощью физико-химических методов исследования доказано протекание в данной системе мехаиоишщиируемых химических процессов (деветвление. образование свободных радикалов, окисление) и структурных превращений (разрушение первичной структуры, кооперативная ориентация и фазовые превращения). Полученные теоретические закономерности внесут вклад в развитие теории механохпмии растворов и гелей полисахаридов.

Изучен процесс структурообразоваиия в крахмальных гидрогелях в механическом поле н определены подходы к прогнозированию структурночувстпитель-нык технологических свойств крахмальной шлихты (когезионные, адгезионные, смачивающие, реологические) при механохимическом способе приготовления.

Впервые дано научное обоснование высокой эффективности использования колебательно-сдвиговых механических воздействий для приготовления композиционной крахмалыю-синтетнческой шлихты с повышенной совместимостью полимерных компонентов.

Практическая значимость. Выявлен ряд экспериментальных закономерностей, которые могут быть использованы при разработке новых, более совершенных механохимических технологий приготовления крахмальной шлихты.

Разработанные шлихтующие композиции на основе муки успешно испытаны на АО «Зиновьепская Мануфактура». Испытания показали, что рекомендованные рецептуры позволили снизить удельные расходы клеящего материала на 10-15%, повысить технологические показатели качества шлихты, физико-механические характеристики ошлихтованной пряжи и увеличить время устойчивости готовой шлихты.

Данные, полученные в работе, могут быть широко использованы при разработке других технологий, использующих интенсивные механические воздействия с целью получения гелеобразных материалов на основе полисахаридов 'для розничных отраслей промышленности.

Автор защищает:

- экспериментально установленные закономерности химических, структурных и фазовых прекращений гидрогелей крахмала, индуцируемых действием

высокоскоростных сдвиговых нагрузок, механических колебаний широкого диапазона частот и кавитации;

- экспериментально выявленное повышение эксплутационной совместимости ингредиентов композиционной шлихты на основе крахмала и синтетического полимера при механическом воздействии колебательно-сдвигового характера;

- экспериментально установленные закономерности влияния условий механической обработки, определяющих качество шлихты при механохимиче-ском способе ее приготовления;

- предлагаемые составы шлихтующих композиций на основе муки для ме-ханохимического способа приготовления крахмальной шлихты. Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку на:

- VI Международной конференции «Проблемы сольватации и комплексооб-разования в растворах», Иваново, 1995;

- II Международном конгрессе химиков-текстильщиков и колористов «За возрождение Российского текстиля», Иваново, 1996;

- I Региональной конференции ИГХТА «Актуальные проблемы химии, химической технологии и химического образования», Иваново, 1996;

- 1 Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы химии и химической технологии» (Химия-97), Иваново, 1997. Содержание представленных докладов отражено в тезисах вышеперечисленных конференций.

Структура н о&ьем диссертационной работы. Диссертационная работа содержит введение, литературный обзор, методическую часть, экспериментальную часть с обсуждением результатов, выводы, список использованной литературы (190 наименований) и приложения. Основная часть диссертационной работы изложена иа 156 страницах машинописного текста, содержит 1 схему, 33 рисунка и 10 таблиц.

Во введении обоснованы актуальность работы, ее научная новизна и значимость.

В литературном обзоре в соответствии с темой диссертации рассмотрены основные тенденции развития нетрадиционных способов приготовления шлихты и шлихтования, направленные на снижение энергоресурсозатрат; дан обзор химических и физических методов модификации крахмалопродуктов; проанализированы работы, посвященные деструктивным процессам, коиформационным и фазовым превращениям макромолекул полимеров в растворах под действием интенсивных сдвиговых воздействий; обобщены данные по исследованию состава и структуры природных крахмалов.

Методическая часть содержит характеристику объектов и методов исследования.

Экспериментальная часть и обсуждение результатов.

1. Исследование механоинициируемых химических процессов в гидрогелях крахмала.

На основании данных спекгрофотометрического исследования йод-крахмальных комплексов доказано, что деструкция линейных макромолекул амилозы с разрывом а-1,4 глкжозидных связей при механической обработке гидрогелей крахмала без каких-либо химических добавок протекает в незначительной степени. Механодеструкция крахмала идет преимущественно за счет деветвления, т.е. за счет разрыва механически напряженных а-1,6 глюкозидных связей.

Для выяснения вопроса о протекании окислительных процессов в механически обработанных системах было измерено содержание карбоксильных групп в крахмале до и после его механической обработки. Обнаружено незначительное увеличение содержания карбоксильных групп, что не может сказаться на свойствах пщрогеля крахмала.

Методом ЭПР-спектроскоггии, используя радикальную «ловушку», доказано образование свободных радикалов з гидрогелях крахмала при действии на них высокоскоростных сдвиговых нагрузок и кавитации. Расчеты показали, что концентрация свободных радикалов имеет величину порядка 10й-1016 спин/г.

Методом химической дозиметрии доказан факт возникновения ультразвуковой кавитации при работе роторно-импульсного активатора в рабочем диапазоне скоростей сдвига (1-6)х104с"'. Показано, что уровень ультразвуковой кавитации существенно снижается при переходе от воды к крахмальному гидрогелю.

2. Особенности структурных превращений в гидрогелях крахмала, обусловленные действием высокоскоростных нагрузок.

При механической обработке гидрогелей крахмала в диапазоне градиентов скорости сдвига (З-б)хЮ4 с'1 уже в первые 2-3 секунды обработки происходит полное расщепление крахмальных зерен и образование новой структуры в сдвиговом потоке. Данные электронно-микроскопических исследований показали, что механически обработанные крахмальные гели представляют собой микрогетерогенную систему, где коллоидно-дисперсная фаза распределена в растворе моле-кулярнорастворенной части полимера. Турбидиметрические исследования показали, что резкое снижение размера коллоидных частиц и достижение некоторого относительно постоянного значения происходит уже в первые секунды обработки. При исследовании изменения соотношения коллоидно-дисперсной и молеку-лярнорастворенной фаз (водорастворимой амилозы) под действием высокоскоростных сдвиговых нагрузок было установлено, что в процессе разрушения крахмальных зерен при механической обработке облегчается диффузия макромолекул амилозы в раствор и доля водорастворимой части возрастает (рис.1, кривая 2). Однако в области малых концентраций наблюдается заметное понижение доли водорастворимой амилозы по отношению к ожидаемым значениям (рис. 1, кривая 2 и пунктирная линия). Для объяснения поведения системы в условиях высокоскоростных сдвиговых нагрузок более подробно были исследованы структурно-

чувствительные свойства (реологическое поведение, сорбционные свойства крахмала, реакционная способность) гидрогелей крахмала в различных концентрационных областях.

Реологическое поведение аномшшювязких систем, какими являются гидрогели крахмала, можно охарактеризовать с помощью кривых текучести. На основании анализа кривых текучести установлено, что после механической обработки сохраняется выраженная аномалия вязкости. При концентрациях крахмала, меньших 5%, в результате механической обработки протекают более глубокие изменения в структуре гелей, соответствующие им кривые текучести свидетельствуют о сильном снижении аномальновязких свойств для этих образцов. Графическая интерпретация экспериментальных данных в виде зависимостей т| = Д^С) позволила выделить области концентраций, которым соответствуют гидрогели крахмала с различным механизмом вязкого течения (рис.2). Принципиальное различие в механизме течения гидрогелей обуславливает различный отклик систем на действие высокоскоростного сдвига.

30 25

с, 1

1,0 1} С

Рис.1. Концентрационные .зависимости содержания водорастворимой амилозы для необработанных (1) и механически обработанных крахмаль-

Рис.2. Зависимости ^^ г| от ¡в С для исходных гидрогелей:

1- Т"30°С;

2- Т=80°С.

Экспериментальные и расчетные данные по исследованию методом ГЖХ сорбционной способности крахмала, выделенного из механически обработанных гидрогелей, показали, что в области низких концентраций (3-5%) механическая обработка ведет к повышению межмолекулярного взаимодействия и снижению числа свободных гидроксильных групп, причем обнаруженный эффект уменьшается с увеличением концентрации.

Измерение реакционной способности гидрогелей крахмала п реакциях с участием гидроксильных групп подтвердило снижение концентрации доступных ОН-груш! в результате механической обработки гелей крахмала низких концентраций. Этот факт обьясняется протеканием механоишщиируемой ассоциации с

образованней кристаллнтободобных ассоциатор По второй концентрационной области наличие пространственной флуктуацношюй сетки препятствует ориентации макромолекул и образованию новых Н-связей между дегидратированными ОН-группами. В результате наблюдается некоторое увеличение реакционной способности крахмала в предварительно механически обработанном гидрогеле как следствие разрушения первичной структуры.

Протекание ориентационно-ассоцнатизных процессов, увеличение межмолекулярного взаимодействия а гелях крахмала низких концентраций в результате механической обработки педет к нежелательному повышению значения поверхностного натяжения и снижению прочности пленки шлихты. Область концентраций 5-9% не осложнена протеканием ориснтапионно-ассошттивиых процессов, механическая обработка ведет к снижению поверхностною натяжения и повышению физико-механических характеристик крахмальных пленок.

Таким образом, выявленные закономерности изменения структуры гелей крахмала в механическом поле позволяют прогнозировать структурночувстви-тельные свойства шлихты.

3. Влияние интенсивных механических воздействий на совместимость крахмала с виниловыми полимерами.

Значительное улучшение технологических свойств ошлихтованной пряжи возможно путем частичной замены в шлихте крахмалопродукта водорастворимым синтетическим полимером. Ограничением для использования смесевой шлихты является михронесовмесимость крахмала с большинством синтетических полимеров. Проведено исследование влияния интенсивных механических воздействий, а именно высокоскоростных сдвиговых нагрузок, на совместимость компонентов в смесях крахмал - виниловый полимер - вода. Рядом исследований было доказано значительное повышение эксплутационной совместимости ингредиентов смесевон шлихты при ее интенсивной механической обработке.

Одним из критериев повышения совместимости полимеров является снижение отрицательных отклонений значений физических характеристик смесевых чатериалов от аддитивных значений. Экспериментально установлено уменьше-гие отрицательного отклонения вязкости механически обработанных растворов >т расчетных аддитивных значений (рис. 3) по сравнению с вязкостью исходных мстворов смеси. Па рис.4 на примере смесей крахмал-ПВС показано, что отклоните прочности пленок от аддитивных значений существенно снижается в ре-ультате механической обработки смеси. Причем отклонение существенно ниже !дя совместно механически обработанных компонентов, чем для раздельно обработанных.

На основании данных ЭПР-спекроскопии и поверхностной экстракции сде-ано предположение о протекании механоишшнируемой сополнмернзацци на [сжфазшлх границах в полимерных смесях.

Эффективность механохимического способа приготовления смесевой шлих-ы оценивали по физико-механическим характеристикам ошлихтованной пряжи. Данные шлихтования показали (табл. 1), что положительный эффект мехсшиче-

ской обработки смесевой шлихты проявляется прежде всего, в увеличении разрывной нагрузки, при этом снижаются потери разрывного удлинения. Эти данные согласуются с данными физико-механических характеристик пленок, отлитых из совместно механически обработанных растворов, дающих более эластичные пленки.

та с,,М1-Х

Рис.3. Зависимости относительной вязкости необработанных (1) и механически обработанных (2) растворов смеси крахмала с Г1АА от состава смеси. Суммарная концентрация полимеров 3%. (у=5х104 с"1)

Рис.4. Зависимости разрывной нагрузки пленок от состава смеси крахмал-ПВС для необработанных (1), раздельно (3) и совместно (4) механически обработанных исходных растворов. 2,5-аддитивиые зависимости для необработанных (2) и механически обработанных (5) компонентов. (у=5х104 с"')

Таблица 1

Технологические показатели ошлихтованной пряжи для механического и термохимического способов приготовления шлихты

Показатели пряжи Мягкая пряжа • №34 Крахмал Крахмал-ПВС (90:10)

Термохим. способ Механич. способ Термохим. способ Механич. способ

Приклей, % — 6,1 5,9 6,3 5,8

Разрывная нагрузка, Гс 248+49 318+62 322±60 328+61 340+60

Увеличение разрывной на1руз-ки, % — 28,2 29,8 32,3 37,1

Разрывное удлинение, мм 20,7±2,2 12,5±2,4 16,2+2,5 13,9+2,4 17,5±2,3

Снижение раз-рыпного удлинения, % — 39,6 21,7 32,8 15,4

4. Специфика подбора ТВВ при механохимическом способе приготовления

шлихты.

В данной части работы исследовали влияние традиционно применяемых в шлихтоварении ТВВ (химических расщепителей, пластификаторов, смачивателей) на эффективность механического расщепления крахмальных зерен. Установлено, что все ТВВ, кроме ПАВ, не вызывают снижения степени расщепления. Поэтому о степени разрушения крахмала судили по содержанию водорастворимой фракции. Присутствие хлорамина - агента термоокистлительной деструкции, не вызывает увеличения содержания водорастворимой фракции. При механическом расщеплении крахмала снижается температура процесса (со 125 до 90-70°С) и сокращается время приготовления шлихты в два раза. В таких условиях механическое воздействие перекрывает действие химического реагента и его присутствие не сказывается на основных показателях шлихты. Таким образом, при разработке механохимического способа приготовления шлихты, возможно, исключение из рецептуры химического расщепителя хлорамина.

В присутствии гидроксида натрия несколько увеличивается доля водорастворимой фракции, что можно объяснить началом протекания гидролитической деструкции крахмала и увеличением вязкости клейстера, вызывающей усиление действия сдвига.

Продемонстрирована принципиальная возможность использования концентраторов напряжения для усиления эффективности механического воздействия. В качестве концентраторов внутренних напряжений могут служить вещества, способные образовывать лабильные координационные связи с гидроксильнымн группами полигндроксилов, в частности, соединения бора. Показано, что введение соединения бора повышает прочность крахмально!« геля и увеличивает содержание водорастворимой амилозы.

Установлено, что введение жировых добавок, являющихся структурными пластификаторами, не влияет на степень расщепления крахмала и очень незначительно снижает содержание амилозы.

Экспериментально установлено, что все используемые в работе ПАВ можно разделить на две группы: 1- снижающие степень механического расщепления и 2-не вызывающие снижения степени расщепления крахмальных зерен. Для ПАВ тер вой группы обнаружено значительное снижение степени механического расщепления уже при введении десятых долей грамма на литр (рис. 5). Выявлена сорреляция критических концентраций снижения степени расщепления со значениями критических концентраций мицеллообразования.

Выдвинуто предположение о снижении под действием ПАВ уровня кавита-тии, являющейся одним из факторов разрушения жидкофазных материалов при ;овместном действии сдвиговых нагрузок и механических колебаний. Другое юзможное объяснение понижения степени механического расщепления заключайся в том, что ПАВ стабилизируют структуру геля за счет структурно-механического барьера, связанного с образованием на границах раздела фаз ад-, юрбционных слоев ПАВ, лиофилизирующих поверхность. Чтобы оценить роз-южность стабилизации, были рассчитаны и сопоставлены обшая ппощадь из-

бухших зерен 6%-го геля и площади мономолекулярных насыщенных адсорбционных слоев, образованных ПАВ. Рассчитанные величины оказались одного порядка, что говорит о возможности стабилизации зерен за счет структурно-механического фактора. Картина механизма снижения разрушающего действия механических напряжений в присутствии ПАВ осложнена совместным влиянием температуры и сдвиговых нагрузок на коллоидное состояние и адсорбционные свойства ПАВ.

Предложен способ снижения отрицательного действия ПАВ на степень механического расщепления крахмальных зерен путем изменения рН среды. Установлено, что введение гидроксида натрия в количестве 0,2 г/л позволило расширить допустимые области концентраций ПАВ.

5. Пути оптимизации процесса приготовления крахмальной шлихты механическим способом.

Оптимизация условий проведения процесса приготовления шлихты механическим методом осуществлялась исходя из комплекса показателей, определяющих технологическую пригодность шлихты. В качестве основных показателей были выбраны: вязкость, степень расшеллёния крахмала, определяющая степень полезного использования клеящего материала; содержание водорастворимой фракции, ответственное за реологические, адгезионные и пленкообразующие свойства шлихта; поверхностное натяжение, обуславливающее смачивающую способность шлихты.

5.1. Влияние градиента скорости сдвига.

Механическая обработка исходного клейстера вызывает сильное уменьшение его вязкости. Установлено, что уже в первые 2-3 секунды вязкость снижается

до некоторого относительно постоянного значения, которое при дальнейшем увеличении времени обработки практически не изменяется. Предельное минимальное значение вязкости, а также время ее достижения закономерно снижается с увеличением интенсивности обработки, т.е. скорости сдвига.

Анализ данных шлихтования показал, что только после достижения полного расщепления крахмального клейстера устанавливается некоторое постоянное значение разрывной нагрузки и удлинения. Таким образом, подбирая скоростной оптимальный режим механической обработки, можно регулировать вязкость шлихты. Минимально допустимая скорость сдвига определяется полнотой степени расщепления крахмала.

5.2. Влияние концентрации крахмальной шлихты.

Учитывая установленные особенности структурных и фазовых превращений гидрогелей крахмала, определены оптимальные градиенты скорости сдвига для всех концентрации в диапазоне 3-8 масс.%. На рис. 6 представлен пример графического определения оптимального значения градиента скорости сдвига. За оптимальное значение принимали такое, после достижения которого важнейшие свойства шлихты либо не изменялись, либо претерпевали нежелательные изменения. В результате получена результирующая кривая концентрационной зависимости оптимальных значений градиента скорости сдвига (рис. 7, кривая 1). Как наглядно видно из рисунка, оптимальные значения градиентов скорости сдвига, а следовательно, энергоемкость процесса снижаются с уменьшением концентрации крахмала.

С %

Гю

■1 -1

3 »«:-,!

3.0

Ч.о

>,0 6,0 7,0

8,0 С,

и

я

['iic.fi. Графическое определение оптимальною |ря-днента скорости сдригп.

Рис.7. Зарисимость оптимального градиент скорости сдвига от кшщеитршшч крччмчт.-пого клейстера: 1т без добавок; 2- с добавкой НаОН (0,4 г/л);

со структурирующей добавкой(0,8 \/п\.'

Исследованы возможности регулирования интенсивности механического воздействия на гидрогели крахмала без изменения режима работы аппарата путем введения добавок. На рис. 7 показано, что введение гидроксида натрия (кривая 2), а также введение сгруктурирующей добавки (кривая 3), являющейся концентратором внутренних напряжений, позволяют достигать одних и тех же свойств шлихты при более низких значениях градиента скорости сдвига. Введение пластифицирующей добавки (ПАВ, не снижающий степени механического расщепления) позволило смягчить механическое воздействие и расширить диапазон оптимального градиента скорости сдвига для низких концентраций крахмала.

Таким образом, разработаны подходы к регулированию отклика механического воздействия на гидрогели крахмала путем введения добавок.

5.3. Влияние температуры механической обработки.

Экспериментально установлено, что предельная вязкость механически обработанной крахмальной шлихты практически не зависит от температуры процесса механической обработки. Исследование концентрационной зависимости содержания водорастворимой амилозы для двух температур обработки также выявило независимость результатов от температуры процесса. Данные лабораторного шлихтования подтвердили, что физико-механические характеристики ошлихтованной пряжи практически не зависят от температуры механической обработки.

Выявленная независимость от температуры объясняется тем, что разрушение структуры происходит не за счет тепловой энергии, сообщаемой системе, а в результате интенсивных сдвиговых нагрузок и механических колебаний широкого диапазона частот, перекрывающих действие температуры.

5.4. Разработка рецептур получения устойчивой во времени шлихты из муки механохимическим способом.

Мука является труднорасщепляемым клеящим материалом, шлихта из муки неустойчива по реологическим характеристикам, склонна к расслоению и разжижению. На основании экспериментальных закономерностей влияния режимных параметров механической обработки клейстеризованного крахмала на технологические показатели шлихты и качество ошлихтованной пряжи с учетом свойств клеящего материала были разработаны различные варианты рецептур шлихты из муки для механохимического способа приготовления.

Снижена температура процесса приготовления шлихты до температуры клейстеризации муки. Проверена возможность исключения из рецептуры шлихты •химического расщепителя хлорамина. С целью повышения эффективности механического воздействия предложено снизить концентрацию клеящего материала. Введение структурирующей добавки позволило повысить степень механического расщепления муки, повысить устойчивость готовой шлихты и улучшить физико-механические характеристики ошлихтованной пряжи.

Разработанные рецептуры шлихты были испытаны на АО «Зиновьевская Мануфактура». Производственно-лабораторные испытания показали, что предложенные рецептуры позволяют получить устойчивую шлихту, отличающуюся повышенными физико-химическими свойствами (табл. 2). Разработанная рецеп-

тура внедрена в приготовительном цехе предприятия. Рассчитанный ожидаемый экономический эффект составил 126805 рублей в год.

Таблица 1

Технологические показатели ошлихтованной пряжи для мехаиохимического и термического способов приготовления шлихты из муки

Показатели Механохимический Термический

ошлихтованной пряжи способ способ (ЛАПШ)

Бязь Марля Бязь Марля

1. Концентрация муки, г/л 70 40 85 55

2. Температура, °С 90 90 125 1 125

3. Устойчивость, час 48 48 48 48

4. Приклей, % 6,7 3,8 7,9 5,2

5. Прирост разрывного напряжения, % 19,6 16,7 19,7 16,8

6. Потери относительного 18,5 16,4 25,7 19,2

удлинения, %

ВЫВОДЫ

1. Экспериментально установлено, что при механической обработке гидрогелей крахмала в диапазоне концентраций 3+9 масс.% и диапазоне градиентов скорости сдвига (1+6) хЮ4 с"' механодеструкция крахмала идет преимущественно за счет разрыва механически напряженных а-1,6-глюкозидных связей. Деструкция линейных макромолекул амилозы с разрывом а-1,4-пюкозидных связей протекает очень незначительно.

2. Методами химической дозиметрии и ЭПР-спектроскопии доказан факт возникновения ультразвуковой кавитации при обработке жидких сред в аппарате роторно-импульсного типа в рабочем диапазоне скоростей (1-6) хЮ4 с"'. Показано, что уровень кавитации существенно снижается при переходе от воды к крахмальному гидрогелю.

3. Впервые, с помощью физико-химических методов анализа выявлены особенности структурных превращений в гидрогелях крахмала под действием высокоскоростных сдвиговых нагрузок. Установлено, что уже в первые секунды механической обработки происходит разрушение крахмальных зерен и формирование новой структуры в потоке.

4. Установлено, что характер и глубина структурных превращений при заданных сдвиговых нагрузках определяются концентрацией полимера. Определены две области концентраций, которым соответствуют гидрогели крахмала с различным механизмом вязкого течения и откликом на действие высокоскоростных сдвиговых нагрузок. Для первой концентрационной области (3-5 масс.%) доказано, что сдвиговое воздействие вызывает резко»* снижение аномалии вязкости, уменьшение резкпноиной способно-

сти крахмала, образование кристаллитоподобных ассоциатов. Для второй концентрационной области (5^9 масс.%) формирование структуры в потоке не осложнено ориентационно-ассоциативнымк процессами.

5. Исследовано влияние высокоскоростных сдвиговых воздействий на эксплуатационную совместимость компонентов в системах крахмал — виниловый полимер — вода. Установлено, что совместимость компонентов в названных системах существенно возрастает при действии на смешанные растворы сдвиговых нагрузок с градиентом скоростей выше 2,5х!04с'', очевидно, в результате механоинициируемон сополимеризации на межфазных границах в полимерных смесях. На этой основе разработан меха-нохимический способ приготовления композиционной крахмально' синтетической шлихты.

6. Исследована специфика влияния традиционно применяемых в шлихтойа-рении ТВВ на качество шлихты, приготовленной механохимическим методом. Показана возможность исключения из рецептуры химических расщепителей. Установлено отрицательное воздействие целого ряда ПАВ на степень механического расщепления крахмала. Подобраны специальные ПАВ на основе оксида этилена, рекомендованные для механического способа приготовления крахмальной шлихты.

7. Изучены закономерности влияния параметров механической обработки клейстера на технологические показатели шлихты и ошлихтованной пряжи. Установлено, что температура не влияет на основные показатели процесса. Проведена оптимизация сдвиговой нагрузки механической обработки в широком диапазоне концентраций крахмала. Установлено, что оптимальные градиенты скорости сдвига, а следовательно, энергоемкость процесса, снижаются с уменьшением концентрации крахмала.

8. Исследованы возможности регулирования отклика механического воздействия на гидрогели крахмала без изменения режима работы аппарата путем введения добавок. Показано, что введение структурирующих добавок, являющихся концентраторами внутренних напряжений, а также введение щелочи, позволяет усилить жесткость механического воздействия на материал, а введение структурных пластификаторов позволяют при необходимости смягчить механическое воздействие.

9. На основании экспериментально выявленных закономерностей влияния параметров механической обработки клейстеризованного крахмала на технологические показатели шлихты и качество ошлихтованной пряжи с учетом свойств клеящего материала разработаны различные варианты рецептур шлихты из муки для механохимнческого способа приготовления, эффективность которых подтверждена производственными испытаниями и актом внедрения.

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих

публикациях:

]. Юсова A.A., Липатова И.М., Морыганов А.П. Влияние интенсивных сдвиговых воздействий на состояние водных растворов полимеров / Сб. тез. докладов VI Межд. Конф. «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах», Иваново, 10-12 окт., 1995, N39

2. Липатова И.М., Юсова A.A., Ермолаева H.A., Морыганов ATI. Влияние интенсивных механических воздействий на скорость реакции окисления полисахаридов перманганатом калия. / «Текстильная химия», 1995, №2(7), с. 85-89

3. Юсова A.A., Макарова Л.П., Липатова И.М., Морыганов А.Г1. Влияние интенсивных механических воздействий на изменение межмолекулярных взаимодействий в гидрогелях крахмала и №КМЦ. / Сб. тез. докладов I Региональной межвузовской конф. «Актуальные проблемы химии, химической технологии и химического образования» (Химия-96), Иваново, 1996, с. 183

4. Липатова И.М., Падохин В.А., Макарова Л.И., Юсова A.A., Морыганов А.П. Мехзнохимические технологии получения гелеобразных материалов для текстильной промышленности. / Сб. тез. докладов. II Международного конгресса химиков-текстильщиков и колористов «За возрождение Российского текстиля», Иваново, 17-19 септ., 1996, с.60

5. Юсова A.A., Липатова И М., Кумеева Т.Ю., Падохин В.А. Специфика подбора ТВВ при механохимическом способе приготовления крахмальной шлихты. / Сб. тез. докладов 1 Межд. Научно-технической конф. «Актуальные проблемы химии и химической технологии)) (Химия-97), Иваново, 15-25 септ., 1997, с.115-116

6. Липатова И.М., Юсова A.A., Липатов Н.Г., Морыганов А.П. Влияние интенсивных механических воздействий на совместимость крахмала с виниловыми полимерами. / Известия Вузов «Химия и химическая технология», 1998, т.41. вып. 4, с.40-44

7. Липатова И.М., Падохин В.А., Морыганов А.П., Юсова A.A., Белоусовд Г.В. МеханохиМическнй способ приготовления шлихты из крахмампродуктоп. / «Текстильная промышленность», 1998, №5

Работа выполнена на роторно-нмпульсной установке, разработанной и нзго 'опленной совместно сотрудниками даб. 1-10 ИХР РАН и кэф. МАХИ ИГХТУ.

Подпяс«но к печет« 19. Ю.98г.Формат мд«им 60x641/16. Печ.лЛ,0.Усд.п.*.0,93. Закм 2113/р. Тираж 80эм.

Типография ГУ КПК,г.Иваново,уд.Ермака,4Т.

/

/

ИНСТИТУТ ХИМИИ РАСТВОРОВ РАН

ЮСОВА Анна Анатольевна

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ МЕХАНОХИМИЧЕСКОГО СПОСОБА ПРИГОТОВЛЕНИЯ

КРАХМАЛЬНОЙ ШЛИХТЫ

Специальность 05.19.03 Технология текстильных материалов

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители -

доктор технических наук, профессор, академик РИА А.П. Морыганов

кандидат химических наук И.М. Липатова

На правах рукописи

Иваново-1998 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

АННОТАЦИЯ 5

ВВЕДЕНИЕ 7

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11

1.1. Современное состояние и тенденции развития шлихтования в отечественной и зарубежной текстильной промышленности 11

1.2. Влияние интенсивных сдвиговых воздействий на состояние полимеров в растворах и гелях 25

1.3. Состав и структура природных крахмалов и современные методы их исследования 37

2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 45

2.1. Характеристика объектов исследования 45

2.2. Характеристика используемых химических материалов 45

2.3. Механическая обработка водно-полимерных систем 45

2.4. Способ приготовления традиционной крахмальной шлихты с расщепителями 47

2.5. Шлихтование пряжи 48

2.6. Методика формирования пленок 48

2.7. Методики определения технологических показателей качества шлихты 48

2.7.1. Методика определения вязкости шлихты 48

2.7.2. Методика определения степени расщепления , 49

2.7.3. Оценка качества шлихты по величине поверхностного натяжения 49

2.7.4. Определение истинного приклея 50

2.7.5. Методика определения содержания водорастворимой амилозы 50

2.8. Определение содержания карбоксильных групп 51

2.9. Определение разрывной нагрузки и разрывного удлинения текстильной пряжи 51

2.10. Методика получения йод-крахмальных комплексов 52

2.11. Методика определения радикалов 52

2.12. Исследование сорбционных свойств крахмала методом ГЖХ 52

2.13. Измерение реакционной способности крахмала 53

2.14. Турбидиметрические измерения 53

2.15. Методика электронно-микроскопических исследований 53

2.16. Математическая обработка результатов испытаний 54 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 56

3.1. Исследование механоинициируемых химических процессов в гидрогелях крахмала 56

3.2. Особенности структурных превращений в гидрогелях крахмала, обусловленные действием высокоскоростных нагрузок 71

3.3. Влияние интенсивных механических воздействий на совместимость крахмала с виниловыми полимерами 94

3.4. Специфика подбора ТВВ при механохимическом способе приготовления шлихты 107

3.5. Пути оптимизации процесса приготовления крахмальной шлихты механическим способом 121 3.5.1. Влияние градиента скорости сдвига 122

3.5.2. Влияние концентрации крахмальной шлихты 124

3.5.3. Влияние температуры механической обработки 129

3.5.4. Разработка рецептур получения устойчивой во времени шлихты из пшеничной муки механохимическим способом 132 ВЫВОДЫ 138 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 141 ПРИЛОЖЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

Диссертационная работа посвящена всестороннему изучению химических, структурных и фазовых превращений в гидрогелях крахмала, инициируемых высокоскоростными сдвиговыми нагрузками, механическими колебаниями широкого диапазона частот и кавитацией. Предметом исследования является определение оптимальных условий использования роторно-импульсных установок, в которых материал подвергается воздействию высокоскоростных сдвиговых нагрузок и механических колебаний звуковых и ультразвуковых частот, в процессе приготовления шлихты из крахмалопро-дуктов.

В ходе комплексных экспериментальных исследований, выполненных с применением современных методов физико-химического анализа, установлен механизм механической деструкции гидрогелей крахмала в диапазоне градиентов скорости сдвига (1-г6)х104 с"1; выявлены особенности структурных превращений гидрогелей крахмала в механическом поле, определены две области концентраций, которым соответствуют гидрогели крахмала с различной прочностью физической сетки и механизмом вязкого течения, что обуславливает различный отклик на действие высокоскоростных сдвиговых нагрузок. Доказано повышение эксплутационной совместимости крахмала с гибкоцепными синтетическими полимерами под действием высокоскоростных сдвиговых нагрузок. Выявлена специфика влияния традиционно применяемых в шлихтоварении ТВВ на качество крахмальной шлихты, приготовленной механохимическим способом. На основании проведенной оптимизации механической обработки в широком диапазоне концентраций крахмала установлено, что оптимальные градиенты скорости сдвига, а следовательно, энергоемкость процесса снижаются с уменьшением концентрации крахмала. Показана возможность регулирования отклика механической обработки путем введения добавок.

Разработана и внедрена рецептура шлихты из муки для механохимиче-ского способа приготовления.

Представленная диссертационная работа содержит введение, литературный обзор, методическую часть, экспериментальную часть с обсуждением результатов, выводы, список использованной литературы (190 наименований) и приложения. Основная часть диссертационной работы изложена на 156 страницах машинописного текста, содержит 1 схему, 33 рисунка и 10 таблиц.

Введение

Широкое применение крахмала в текстильной промышленности обусловлено надежностью его сырьевой базы, относительной дешевизной и практически полной биорасщепляемостью. По данным зарубежных специалистов за 1997 год 75 % мирового производства шлихтующих препаратов приходилось на крахмал и его производные, несмотря на бурное развитие за последние 30 лет его синтетических заменителей.

В России в настоящее время наиболее распространенным способом приготовления шлихты из крахмалопродуктов на текстильных предприятиях остаются либо варка под давлением в автоматической линии приготовления шлихты (ЛАПШ), либо длительная варка открытым способом. Оба метода сопряжены со значительными удельными расходами насыщенного пара и предполагают применение химических расщепителей. Поэтому поиск энергоресурсосберегающих технологий приготовления шлихты из крахмалопро-' дуктов остается актуальной задачей. Решение этой проблемы возможно путем применения альтернативных методов приготовления шлихты с использованием таких физических воздействий как ультразвук, кавитация, высокоскоростные сдвиговые поля, радиационное воздействие, в условиях которых происходит совмещение приготовления шлихты с физической модификацией крахмала. Из известных методов приготовления шлихты с использованием интенсивных физических воздействий наиболее перспективным является предложенный в ИХР РАН в начале 90-ых годов механохимический способ, поскольку он отличается относительной простотой аппаратурного оформления, экономичностью, надежностью в эксплуатации, высокой производительностью. В основе метода лежит замена традиционной длительной варки крахмала с расщепителями интенсивной механической обработкой предварительно клейстеризованного крахмала в установках роторно-импульсного типа, в которых обрабатываемый материал подвергается воздействию высо-

коскоростных сдвиговых нагрузок, механических колебаний широкого диапазона частот и кавитации. Механохимический способ приготовления шлихты обеспечивает получение высокодисперсной, гомогенной шлихты с высокой степенью расщепления крахмала. Повышенная степенью полезного использования клеящего материала позволяет снизить удельный расход крах-малопродукта при одновременном повышении качества шлихтования.

При разработке механохимической технологии необходимо располагать не только экспериментальными данными по влиянию параметров механической обработки на технологические свойства шлихты, но также и сведениями о специфике структурообразования гидрогелей крахмала в механических полях. Данные по исследованию механизма влияния интенсивных механических воздействий на систему полисахарид-вода и, в частности, на гидрогели крахмала в литературе отсутствуют. Известные инженерные разработки способов приготовления шлихты из крахмалопродуктов с использованием интенсивных механических воздействий основаны на производственном эксперименте и не имеют теоретической базы. Поэтому задача комплексного исследования механоинициируемых химических и структурных процессов в гидрогелях крахмала остается чрезвычайно АКТУАЛЬНОЙ.

Цель работы заключалась в выявлении и всестороннем изучении закономерностей химических, структурных и фазовых превращений в гидрогелях крахмала, инициируемых действием высокоскоростных сдвиговых нагрузок и механических колебаний звуковых и ультразвуковых частот. Целью исследования также было выявление и установление характера влияния факторов, определяющих качество крахмальной шлихты, приготовленной меха-нохимическим способом, изучение принципиальной возможности и поиска путей регулирования процесса деградации гидрогелей крахмала.

Научная новизна

Впервые проведено систематическое исследование влияния высокоскоростных сдвиговых нагрузок и кавитации на состояние гидрогелей крахмала. С помощью физико-химических методов исследования доказано протекание в данной системе механоинициируемых химических процессов (деветвление, образование свободных радикалов, окисление) и структурных превращений (разрушение первичной структуры, кооперативная ориентация и фазовые превращения). Полученные теоретические закономерности внесут вклад в развитие теории механохимии растворов и гелей полисахаридов.

Изучен процесс структурообразования в крахмальных гидрогелях в механическом поле и определены подходы к прогнозированию структурночув-ствительных технологических свойств крахмальной шлихты (когезионные, адгезионные, смачивающие, реологические) при механохимическом способе приготовления.

Впервые дано научное обоснование высокой эффективности использования колебательно-сдвиговых механических воздействий для приготовления композиционной крахмально-синтетической шлихты с повышенной совместимостью полимерных компонентов.

Практическая значимость

Выявлен ряд экспериментальных закономерностей, которые могут быть использованы при разработке новых, более совершенных механохимических технологий приготовления крахмальной шлихты.

Разработанные шлихтующие композиции на основе муки успешно испытаны на АО «Зиновьевская Мануфактура». Испытания показали, что рекомендованные рецептуры позволили снизить удельные расходы клеящего материала на 10-15%, повысить технологические показатели качества шлихты, физико-механические характеристики ошлихтованной пряжи и увеличить время устойчивости готовой шлихты.

Данные, полученные в работе, могут быть широко использованы при разработке других технологий, использующих интенсивные механические воздействия с целью получения гелеобразных материалов на основе полисахаридов для различных отраслей промышленности.

1. Литературный обзор 1.1. Современное состояние и тенденции развития шлихтования в отечественной и зарубежной текстильной промышленности.

Современное оснащение ткацких производств и внедрение широкого ассортимента новых волокон и нитей требует высококачественной подготовки основ. Это предполагает наряду с осуществлением других мер интенсивную модернизацию шлихтовального производства.

В настоящее время ведется усовершенствование существующего шлихтующего оборудования [1], оснащение его компьютерной и микропроцессорной техникой [2-4]. Значительные изменения происходят в технологии шлихтования и шлихтоварения.

Усовершенствование технологического процесса шлихтования идет в направлении решения задач сбережения материальных и энергетических ресурсов. Установлено, что 9-24% стоимости процесса шлихтования приходится на энергозатраты [5]. Снижение энергозатрат при шлихтовании достигается как путем упрощения процесса приготовления шлихты, так и в результате использования систем контроля тепла на обогрев сушильных барабанов и шлихтовальных ванн, систем регенерации тепловой энергии.

Из числа новых способов шлихтования, успешно зарекомендовали себя с позиции экономии энергоресурсов, считаются перспективными системы, в которых предусмотрены высокие усилия прижимных валов, шлихтование расплавом, высококонцентрированными растворами, низкотемпературное и пенное шлихтование. Так, применение отжимных валов повышенной твердости с усилием прижима до 100 кН позволяют удалять из полотна основы максимально возможное количество воды, благодаря чему скорость шлихтования увеличивается, а стоимость энергии, расходуемой на сушку, снижается на 40% [5]. Принцип шлихтования расплавом заключается в найесении расплавленного препарата на нити в процессе снования со скоростью до 550

м/мин. Аппликатор для нанесения расплава представляет собой нагретый желобчатый вал, с которым в постоянном контакте находится блок сухого шлихтующего препарата. Время контакта нитей с валом составляет 0,008 с. Шлихта может представлять собой смолу, полученную радикальной сополи-меризацией акрил-, винилмономеров или сополимеров винилацетата, оле-финсульфоновой кислоты и ее солей, амида или N-винилпирролидона [6,7]. Сушка обработанных нитей не требуется, так как они поступают с вала в более холодный окружающий воздух и нанесенная шлихта быстро затвердевает [8]. При повышении перерабатывающей способности в ткачестве нитей, обрабатываемых расплавом, потребление энергии снижается до 80% по сравнению с традиционными способами.

На наш взгляд, интерес представляет шлихтование высококонцентрированными растворами ПВС и ПВА, содержащими катионные группы (50-70%) и растворами крахмалистых препаратов (30-50 %) [9-11]. Главным требованием к шлихте высокой концентрации является относительно низкая вязкость, обуславливающая необходимую смачивающую способность шлихты, проникновение шлихты в глубь субстрата, стабильность, требуемые когези-онные и эластичные свойства пленки шлихты. Для снижения вязкости крахмала проводят деполимеризацию путем кислотного, или энзиматического гидролиза, или окисления. Экономия энергии достигается за счет уменьшения расхода тепла на сушку вследствие снижения привеса при шлихтовании.

В последнее время перспективным решением энергосбережения можно считать применение холодного шлихтования [12]. Применяемые шлихтующие препараты должны быть хорошо растворимы в холодной воде, иметь низкую вязкость растворов. Это достигается путем использования смесей модифицированных форм синтетического полимера и крахмалопродукта в соотношении 10-г90 - 70-ь30 мол.% [13]. Низкая вязкость используемых растворов позволяет применять растворы высокой концентрации 13-40 %.

Определенный интерес представляет ресурсоэнергосберегающая технология обработки вспененными растворами шлихты, в которых до 60-80 %

воды заменяется воздухом. Пенная технология позволяет сократить потребление крахмалопродуктов на 30-40 % и снизить расход энергоресурсов на сушку ошлихтованной пряжи на 20-25% [14]. Создание шлихтующих композиций может быть осуществлено на основе продуктов, обладающих высокой поверхностной активностью, в частности, таких как ПВС [15], КМЦ, акриловые полимеры и крахмал [16], или специальных пенообразующих и пеноста-билизирующих препаратов.

Для предприятий, использующих в качестве шлихтующих агентов крахмалопродукты и крахмалосинтетические композиции, значительная доля энергозатрат в шлихтовании приходится на процесс шлихтоварения. Традиционными способами приготовления шлихты из крахмалопродуктов остаются их разварка под действием химических расщепителей и температуры, как при открытом способе варки, либо температуры и давления, как в автоматической линии ЛАПШ-1 [17]. Шлихта, приготовленная термохимическим способом с использованием едкого натра и хлорамина кипячением до стабилизации вязкости, содержит расщепленного крахмала, как правило, не более 75-80%). Это значит, что в шлихте 25-30% нерабочего балласта. Термический способ расщепления, реализуемый под давлением до 0,3 МПа при температуре до 140°С, обеспечивает получение шлихты с 96-100% содержанием расщепленного крахмала, то есть практически без балластной шлихты. Это в сочетании с высокой производительностью [17], указывает на то, что термический способ расщепления крахмалов является значительно более интенсивным по сравнению с термохимическим. В таблице 1.1 приведены техни-ко-эксплутационные показатели двух способов варки шлихты. Из таблицы видно, насколько энергоемкими являются данные способы приготовления шлихты. Поэтому актуальна задача поиска энергосберегающих технологий приготовления шлихты из крахмалопродуктов. Решение этой задачи возможно путем применения альтернативных методов приготовления шлихты. Конечной целью приготовления шлихт