Рисунок 1 ‒ Влияние расхода ПАН на свойства хвойной

Как видно из графических зависимостей на рисунке 1, при увеличении расхода ПАН от 0,05 до 0,20% от абс. сух. древесины, разрушающее усилие в сухом состоянии увеличивается от 93,8 до 109,5 Н, разрывная длина – от 8480 до 9990 м, сопротивление излому – от 7 до 13 двойных перегибов. Это может быть связано с вероятным получением в процессе сульфатной варки упрочняющего вещества на основе прогидролизованного полиакрилонитрила, который способствует повышению упругопластических свойств. Однако, вместе с тем, у образцов целлюлозы наблюдалось снижение сопротивления раздиранию с 1706 до 1270 мН. Это явление может быть связано с возможным снижением количества свободных микрофибрилл на поверхности целлюлозных волокон за счет связывания их с частицами полиакрилонитрила и уменьшения количества контактов в z-направлении листового материала [1].

На втором этапе исследования были изготовлены образцы мешочной бумаги массой 70 г/м² в соответствии с планом эксперимента (план Коно 2-го порядка), который представляет собой компромиссный вариант с точки зрения трудоемкости лабораторного эксперимента и достаточной информативности (таблица 1). При этом Х₁ – это содержание крафт-целлюлозы, %; Х₂ – это расход ПАН, % от абс. сух. древесины.

Таблица 1 – План эксперимента Коно 2-го порядка

№ опыта	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Х1, % Х2, %	70 0,2	30 0,2	30 0,0	70 0,0	70 0,1	50 0,2	30 0,1	50 0,0	50 0,1

− прочностные свойства (разрывная длина (РД) и разрушающее усилие (РУ) в сухом состоянии;− сопротивление раздиранию (СР). Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Следующим этапом было построение модели уравнения регрес-сии с парными взаимодействиями (уравнение 1). Для этого были по-строены графики частных функций полезности и определены коэффи-циенты уравнения регрессии для глобального критерия оптимизации, представленные в таблице 3.

W = b₀+b₁∙X₁+b₂∙X₂+b₃∙X₁∙X₂+b₄∙X₁ ²+b₅∙X₂ ² (1)

Таблица 3 – Коэффициенты уравнения регрессии

b5	b4	b3	b2	b1	b0
-2,1438	-0,007	-0,0441	2,5623	0,0712	-1,0251

Далее был проведен «Поиск решения» с помощью приложения Microsoft Office Excel. При этом были получены следующие оптимальные сочетания факторов, отображающих композиционный состав мешочной бумаги:

Х₁ – содержание целлюлозы – 43%;

Х₂ – расход полиакрилонитрильных волокон – 0,15% от абс. сух. древесины. Соответственно, содержание макулатуры в мешочной бумаге составит около 57%.

В Республике Беларусь на ОАО «Светлогорский ЦКК»в композицию мешочной бумаги входит 70% хвойной целлюлозы и 30% макулатуры, таким образом, применение в композиции крафт-целлюлозы повышенной прочности позволяет достичь экономии целлюлозы порядка 27% без потери прочностных свойств готовой продукции.

Крафт-целлюлоза повышенной прочности может применяться не только в композиции мешочной бумаги, но и других упаковочных видов бумаги и картона, где допускается использование макулатуры, так, например:

− оберточная бумага марок А-Е для непищевых продуктов (доля целлюлозы – 40%; доля макулатуры – 60%). В соответствии с ГОСТ доля целлюлозы – 60%, макулатуры – 40%;

− бумага упаковочная для продуктов (доля целлюлозы – 40%; доля макулатуры – 60%). В соответствии с ТУ РБ 00280146.036 доля целлюлозы – 50%, макулатуры – 50%;

− также существует возможность применения оберточной бумаги по ГОСТ 8273 (кроме марки Е) для изготовления бумаги для гофрирования при производстве гофрированного картона типа Д.

Таким образом, применение в композиции упаковочных видов бумаги и картона крафт-целлюлозы повышенной прочности, позволяет произвести замену части дорогостоящей целлюлозы на макулатуру, при соответствии прочностных характеристик готовой продукции требованиям стандартов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сульфатная варка хвойной древесины в присутствии полиакрилонитрильных волокон / П.А. Чубис, Е.П. Шишаков, В.В. Коваль, Г.В. Кривов // Труды БГТУ. Химия, технология орг. в-в. и биотехнология, 2014. – С. 113–119.

УДК 665.5:544.35

Студ. А. И. Веретило

Науч. рук. доц. Ж. В. Бондаренко^*, доц. Г. Г. Эмелло^**

(^*кафедра химической переработки древесины,

^**кафедра физической и коллоидной химии, БГТУ)

Разработка состава геля для рук на основе

изучения свойств водных растворов полимеров

Полимеры природного и синтетического происхождения применяются в составе различных косметических средств в качестве загустителей, стабилизаторов композиции, пленкообразующих компонентов и др. Несмотря на широкое применение, свойства водных растворов полимеров изучены недостаточно.

Цель данной работы заключалась в изучении свойств водных растворов поливинилпирролидона (ПВП, средняя молекулярная масса 8000) и полиакриловой кислоты (ПАК, средняя молекулярная масса 980) для разработки состава геля для рук.

Было изучено влияние расхода полимеров, а также присутствия глицерина на свойства их водных растворов при температуре 16–19°С. В ходе исследований концентрация ПАК и ПВП составляла 0,1–0,6 мас.%, концентрация глицерина была постоянна – 5 мас.%. Получение экспериментальных данных осуществляли с использованием фотометра КФК-3-01 (длина волны 340 нм, ширина кюветы 3 см), вискозиметра ВЗ-4, рН-метра фирмы Hanna instruments.

Исследования показали, что с увеличением концентрации растворов полимеров условная вязкость (время истечения раствора, с) практически прямолинейно возрастает во всем изученном интервале: для растворов ПВП – от 10,6 до 11,1, а для ПАК – от 9,7 до 11,2. Полученные данные свидетельствуют об отсутствии взаимодействия макромолекул ПВП в растворе и о некотором процессе ассоциации макромолекул ПАК в растворе. Введение в растворы полимеров глицерина незначительно снижает вязкость систем.

Турбидиметрический метод анализа показал, что во всем изученном интервале концентраций ПВП оптическая плотность растворов близка к нулю (0,02–0,05). Следовательно, в данных растворах не протекают процессы ассоциации макромолекул полимера. С ростом концентрации раствора ПАК от 0,1 до 0,6 мас.% оптическая плотность возрастает от 0,09 до 0,6. Это свидетельствует о том, что в системе растет количество и размер ассоциатов макромолекул. Характер влияния глицерина на данный показатель аналогичен характеру его влияния на структурно-механические свойства (вязкость).

Значение рН растворов ПВП в интервале концентраций 0,1–0,6 мас.% практически постоянно и близко к нейтральному. В растворах полиакриловой кислоты, которая является полиэлектролитом, рН изменяется 4,25 до 3,2, что связано с повышением степени диссоциации ПАК в растворе. Введение в растворы ПВП и ПАК глицерина немного снижает данный показатель, вероятно из-за частичного его препятствия взаимодействию макромолекул полимеров и большего влияния процесса сольватации.

В составе гидрогелей используют низшие спирты с целью защиты косметического продукта от микробиологического заражения. Спирты также выполняют функцию антибактериального компонента по отношению к коже. Поэтому было изучено влияние расхода этилового спирта на условную вязкость растворов полимера. В качестве полимера выбрана полиакриловая кислота, так как в интервале изученных концентраций она более склонна к ассоциации. В ходе исследований концентрация ПАК (0,3 мас.%) и глицерина (5,0 мас.%) были постоянными, а количество спирта изменяли от 0 до 20 мас.%. Полученные данные представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Влияние спирта на вязкость растворов ПАК и глицерина

Из рисунка 1 следует, что повышение концентрации спирта в растворе ПАК приводит к росту условной вязкости растворов, что связано с лучшим растворением ПАК. С увеличением концентрации спирта в системе от 10 до 20% его влияние на растворение ПАК и вязкость растворов менее существенно.

Изучено влияние рН на структурно-механические свойства растворов ПАК с концентрациями 0,1; 0,2 и 0,3 мас.%, содержащие 5,0 мас.% глицерина. Значения рН систем повышали добавлением 10%-ного раствора гидроксида натрия. Была определено время истечения 100 см³ исследуемых растворов из вискозиметра и рассчитана скорость истечения растворов ПАК. Полученные данные приведены на рисунке 2.

Из рисунка 2 видно, что повышение рН изученных систем приводит к увеличению их вязкости и, как следствие, снижению скорости истечения. Это связано с образованием солей полиакриловой кислоты, которые лучше растворяются в воде по сравнению с кислотой, что приводит к увеличению макроионов, способных к образованию связей, формирующих сетчатую структуру геля. При исходной концентрации ПАК в растворе 0,1 и 0,2 мас.% повышение рН систем до 7 привело к снижению скорости истечения обоих растворов в 2,5 раза. При концентрации ПАК 0,3 мас.% в результате увеличения рН от 3,0 до 4,5 скорость истечения раствора снизилась незначительно, а при рН около 6 была получена структурированная дисперсная система, лишенная текучести (гель).

Анализ экспериментальных данных и литературных источников позволил предложить состав антибактериального геля для рук, который представлен в таблице.

Таблица – Состав геля для рук

Наименование ингредиента	Кол-во, %	Выполняемая функция
ПАК	0,3	Гелеобразователь
Глицерин	5,0	Эмолент, влагоудерживающий агент
Этиловый спирт	10,0	Растворитель, антимикробный агент, консервант
Nipacide Cl	1,0	Консервант, антимикробный агент
Гидроксид натрия	0,01	Регулятор рН, солеобразователь
Вода	до 100	Растворитель

Таким образом, на основании изучения свойств водных растворов ПАК и ПВП разработан состав гидрогеля для рук, обладающего антибактериальным эффектом за счет присутствия в системе значительного количества этилового спирта и консерванта.

УДК 661.185:544.77

Студ. В. А. Герасимович

Науч. рук. доц. Г. Г. Эмелло^*; доц. Ж. В. Бондаренко^**,

(^*кафедра физической и коллоидной химии

^** кафедра химической переработки древесины, БГТУ)

Пенообразование в водных растворах

препаратов ПАВ группы Zetesol

Препараты группы Zetesol родственны по природе составляющего их основного поверхностно-активного компонента, имеющего структурную формулу [С₁₂Н₂₅–О–(СН₂СН₂О)₃–SO₃]₂Me, где Me – цинк или магний. Они используются при производстве гигиенических пеномоющих средств, но их свойства изучены недостаточно.

Целью работы явилось изучение пенообразования в водных растворах препаратов Zetesol и влияние на эти свойства поливинилпирроолидона (ПВП). Исследования проводили на приборе Росс-Майлса. Концентрацию ПАВ в растворе изменяли от 0,01 до 5,00 г/л. Растворы готовили с использованием дистиллированной воды, чтобы избежать влияния солей жесткости.

З
ависимость пенного числа (ПЧ) и устойчивости полученных пен от концентрации ПАВ представлены на рисунке 1.

Из рисунка 1а видно, что ПЧ растворов двух препаратов при увеличении концентрации ПАВ от 0,01 до 0,80 г/л возрастает в 20 раз. Дальнейшее повышение концентрации ПАВ до 2,0 г/л практически не влияет на ПЧ растворов препарата ZETESOL MG, а пенное число для препарата ZETESOL ZN возрастает на 30 мм. Устойчивость пен (рисунок 1б) повышается с увеличением концентрации ПАВ в диапазоне 0,01–0,4 г/л для каждого препарата, но численные значения ее выше у пен, полученных из растворов ZETESOL ZN. Пены, образованные из растворов обоих препаратов в области концентраций 0,4–2,0 г/л обладают высокой устойчивостью (92–94%), которая не зависит от концентрации. Полученные результаты хорошо коррелируют с поверхностно-активными свойствами препаратов ПАВ, с их способностью к мицеллообразованию и с отличиями, связанными с их составом [1].

Полимеры, как и ПАВ, широко используются в составе моющих средств, где они выполняют функции загустителей, стабилизаторов, гелеобразователей и др. При одновременном присутствии, попадая в поверхностный слой, полимеры влияют на свойства ПАВ. Было изучено влияние поливинилпирролидона (ПВП, средняя молекулярная масса 8000) на пенное число и устойчивость пен, полученных из водных растворов препаратов группы ZETESOL. Концентрация ПАВ в растворе была постоянной и составляла 0,1 г/л (менее критической концентрации мицеллообразования, ККМ) и 1,0 г/л (более ККМ), а расход ПВП варьировали в интервале 0,005–1,00 г/л (рисунок 2).



Рисунок 2 – Влияние концентрации ПВП на пенное число растворов Zetesol Mg (1) и Zetesol Zn (2) при концентрации ПАВ, г/л: а – 0,1; б – 1,0

Как видно из рисунка 2, все изученные системы обладают хорошим пенообразованием – пенное число выше 100 мм. На пенообразование влияет вид концентрация ПАВ в растворе. Увеличение расхода ПВП практически не влияет на пенообразующую способность растворов, содержащих 1,0 г/л ПАВ (выше ККМ), но проявляется в растворах с концентрацией ПАВ 0,1 г/л (менее ККМ). Для такой концентрации ПАВ при увеличении количества ПВП от 0,005 до 1,00 г/л ПЧ возрастает на 50–60%. Однако в области концентрации полимера 0,05–0,1 г/л (ln c от –3 до –2,3) наблюдается незначительное падение показателя для обоих препаратов ПАВ. Такой характер зависимости можно объяснить тем, что в молекулярных растворах ПАВ мицеллы не образуются, но в поверхностном слое раствора формируются ассоциаты из молекул водорастворимого полимера и ионов ПАВ, которые и оказывают влияние на пенообразование [2]. Анализ устойчивости пен показал, что все они являются высокоустойчивыми (95,5–98,1%).

В
ажным является устойчивость пены в течение времени применения средства, поэтому была изучена кинетика разрушения пен, полученных из водных растворов, содержащих 0,1 г/л ПАВ и 0,0–1,0 г/л ПВП. Полученные данные приведены на рисунке 3.

Концентрация ПВП, г/л: 1 – 0,0; 2 – 0,005; 3 – 0,025; 4– 0,05; 5– 0,10; 6 – 1,00; 7 – 5,00

Установлено, что в течение 5 мин высота столба пен, полученных из водных растворов препаратов Zetesol Mg и Zetesol Zn без ПВП, уменьшается на 6 и 3 мм соответственно. Введение ПВП в растворы позволяет замедлить процесс разрушения пен, высота пен в течение исследуемого временного интервала уменьшается на 2–4 мм. Следует отметить, что разрушение пен из растворов с Zetesol Mg происходит в течение 2,5–3,0 мин, а из растворов с Zetesol Zn – в течение 1,5–2,0 мин.

Литература
1. Эмелло, Г. Г. Свойства водных растворов препаратов ZETESOL ZN и ZETESOL MG / Г. Г. Эмелло [и др.] // Материалы. Технологии. Инструменты. – Гомель: ИМСС НАНБ, 2014. Т.19, №3. – С.33–36.

2. Холмберг, К. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах / К. Холмберг [и др.]; пер. с англ. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 528 с.

Студ. А.Е. Тамашкова

Науч. рук.: доц. Ж.В. Бондаренко^*; доц. Г.Г. Эмелло ^**,

(^*кафедра химической переработки древесины,

^**кафедра физической и коллоидной химии, БГТУ)

Влияние термообработки на устойчивость к окислению и жирно-кислотный состав

растительных масел

Целью работы явилось изучение устойчивости к окислению при термообработке рапсового и подсолнечного масел, их купажа, а также влияние термического воздействия на жирно-кислотный состав масел.

В качестве объектов исследования использованы рафинированные дезодорированные рапсовое (ГОСТ Р 53457-2009) и подсолнечное (ТУ РБ 101255830-001-2004) масла, как наиболее применяемые в промышленных условиях в Республике Беларусь, а также купаж рапсового и подсолнечного масел (55:45).Термообработку систем проводили в течение 20–80 мин при температурах 75°С и 40˚С в условиях непрерывного перемешивания. Оценку устойчивости к окислению осуществляли по перекисному числу (ПЧ, характеризует образование первичных продуктов окисления) и кислотному числу (КЧ, свидетельствует о появлении в системе свободных жирных кислот, вторичных продуктов окисления). Жирно-кислотный состав масел определяли хроматографическим методом.

Для растительных масел пищевого назначения значения кислотного и перекисного чисел не должны превышать 0,4 мг КОH/г и 10,0 ммоль ½ О/кг соответственно. Исследования показали, что исходные растительные масла соответствуют предъявляемым требованиям, но КЧ рапсового масла имеет пограничное значение. Анализ влияния исследуемых факторов на перекисное число анализируемых систем показал, что увеличение продолжительности термообработки от 0 до 80 мин приводит к росту ПЧ, что свидетельствует о накоплении первичных продуктов окисления. При температуре 40°С ПЧ повышается для всех систем приблизительно в 3 раза, а при 75°С процесс идет более интенсивно и ПЧ увеличивается в 3,4–3,8 раза. Для подсолнечного масла ПЧ после 80 мин воздействия составляет более 11 ммоль ½О/кг, что превышает требуемое значение для пищевых масел. В исследованном временном интервале увеличивается и кислотное число всех анализируемых систем. Значение КЧ подсолнечного масла при температуре 40ºС в течение 80 мин термообработки и при температуре 75ºС до 40 мин обработки соответствует предъявляемым требованиям. КЧ рапсового масла при всех исследованных температурно-временных режимах превышает допустимые значения. Использование смеси масел позволяет получить КЧ меньше 0,4 мг КОН/г при обработке не более 30 мин при температуре 40ºС и до 10 мин при температуре 75ºС. Полученные данные свидетельствуют о необходимости введения антиоксидантов в растительные масла, подвергаемые термообработке.