Порошкообразный белковый пенообразователь «Омпор-люкс» // Строительные материалы. 2008. № 6.

Шлегель И.Ф. - канд. техн. наук, профессор РАЕН, генеральный директор; 
Шаевич Г.Я. - исполнительный директор; 
Карабут Л.А. - канд. техн. наук; 
Краснов А.А. - инженер – химик Института Новых Технологий и Автоматизации промышленности строительных материалов (ООО ”ИНТА–СТРОЙ”, г. Омск)

В технологии производства пенобетона качество пенообразователя (ПО) играет определяющую роль. Подавляющее большинство специалистов признает, что белковые ПО позволяют получать продукцию более высокого качества, особенно пенобетонов пониженной плотности.

В 2004 году специалистами Института разработана и внедрена в производство технология получения белкового пенообразователя «Омпор», который сертифицирован и поставляется в различные регионы России и Казахстана. Использование жидкого ПО для собственного производства [1] позволило отработать технологию приготовления и создать полуавтоматическую установку для его варки (рис. 1).

Такая установка идеально подходит для малых предприятий и позволяет производить пенообразователи из различных источников белкового сырья (рога и копыта, боенская кровь, перо птицы и др.). 

В течение ряда лет жидкий пенообразователь успешно используется в собственном пенобетонном цехе, но в связи с расширением поставок в другие регионы выявилось несколько причин, препятствующих его широкому распространению: 
ограниченный срок хранения
высокая чувствительность пенообразователя к температурным параметрам;
трудность транспортировки в другие регионы.
Возможным решением указанных проблем является разработка технологии производства пенообразователя в виде сухого редиспергируемого порошка.

Одной из главных проблем при получении порошковых продуктов из высокомолекулярных соединений является сохранение способности материала к повторному диспергированию при добавлении воды и образование дисперсии со свойствами, аналогичными исходным жидким веществам.

На сегодняшний день известно несколько способов получения порошковых высокомолекулярных соединений [2,3], в частности: сушка и механическое измельчение, распылительная сушка, осаждение из растворов, сушка вымораживанием. 

Для оценки возможности получения порошкообразного пенообразователя специалистами института разработана опытная установка и технология конвективной сушки, получена первая опытно-промышленная партия порошкообразного белкового ПО «Омпор-Люкс», который легко редиспергируется в воде, образуя стойкую качественную пену с высокой несущей способностью пузырька.

Технические показатели порошкообразного ПО «Омпор-Люкс» приведены в таблице 1.
 

Сравнительные испытания свойств пен, полученных из растворов ПО «Омпор» и «Омпор-Люкс» в производственных условиях на промышленном пеногенераторе, показали существенное увеличение стойкости пены на воздухе для порошкообразного ПО (от 50 до 95 минут) при одинаковой кратности. 

При исследовании свойств порошкообразного пенообразователя в условиях лаборатории установлено, что стойкость пены, полученной из редиспергируемого порошка, увеличивается при повышении температуры сушки до определенного предела, а затем - резко падает (рис.2).

Это связано с нарастающими процессами деструкции белков и пептидов пенообразователя при более высоких температурах сушки. Показатель кратности пены в меньшей степени подвержен влиянию температур.

Данный эффект может быть объяснен с позиций полипептидной теории Э. Фишера. 

Согласно этой теории, белки представляют собой сложные полипептиды, в которых отдельные аминокислоты связаны друг с другом пептидными связями, возникающими при взаимодействии карбоксильных -COOH и аминогрупп -NH2 аминокислот. 

В природных белках сравнительно мало свободных -COOH и -NH2 групп, поскольку абсолютное их большинство находится в связанном состоянии. В процессе щелочного гидролиза образуются стехиометрические количества -COOH и -NH2 групп, что свидетельствует о распаде определенного числа пептидных связей и образовании более коротких пептидных цепочек. В водном растворе карбоксильные -COOH и аминогруппы -NH2 частично гидролизуются с образованием ионов –COO и -NH3+, которые изменяют гидрофильно-липофильный баланс молекул белка [4], повышая его поверхностную активность и пенообразующие свойства. 

Сушка белкового пенообразователя при оптимальной температуре, равно как и гидролиз белка, способствует его деструкции с образованием дополнительного количества -COOH и -NH2 групп, которые, в свою очередь, дают молекуле белка дополнительные преимущества. Но это улучшение возможно лишь до определенного предела – при далеко зашедшей деструкции пептидные цепочки разрушаются настолько, что теряют пенообразующие свойства. 

Совокупность перечисленных факторов, с нашей точки зрения, способствует повышению устойчивости пен на основе порошкообразной формы пенообразователя.

Для оценки качества разработанного порошкообразного ПО в лабораторных условиях были изготовлены образцы пенобетона марки D400 двумя способами:
 

• по двухстадийной технологии путем смешивания с цементным тестом пены, полученной из порошкообразного пенообразователя "Омпор-Люкс" в концентрации по сухому веществу, сопоставимой с жидкой формой пенообразователя;

• по одностадийной технологии образцы пенобетона изготавливались путем добавления 600 г воды на каждые 950 г сухой смеси, состав которой приведен в таблице 2, при перемешивании в течение 40 секунд на высокоскоростном смесителе (1100 об/мин). 

Для сравнения готовили подобные образцы на жидком пенообразователе «Омпор».

В таблице 2 приведены прочностные характеристики составов сухой строительной смеси для производства пенобетона по одностадийной технологии, в том числе величина самонесущей способности (Всс) [5], которая позволяет сравнить прочность пенобетонов разной плотности. Расчет Всс производится по формуле:

где:
R_сж - прочность материала при сжатии, кгс/м²; 
ρ_в = 1000 кг/м³- плотность воды;  
ρ_м - плотность материала, кг/м³.

Наиболее оптимальным является содержание порошкообразного пенообразователя в составе сухой пенобетонной смеси в количестве 0,49% от массы цемента. При меньшем содержании не происходит пенообразования, а повышение концентрации до 0,83%, хотя и приводит к увеличению величины самонесущей способности, экономически более затратное.
 

По результатам испытаний образцов пенобетона в лабораторных условиях построен график зависимости предела прочности при сжатии от времени твердения (рис. 3), из которого видно явное преимущество пенобетона, изготовленного на сухом пенообразователе. 

Следует отметить разницу в динамике набора прочности образцов в начальный период твердения. Замедление процесса гидратации цемента при одностадийном процессе связано с большей концентрацией пенообразователя в сухой пенобетонной смеси.

С целью подтверждения результатов лабораторных исследований проведены испытания разных видов ПО в экспериментальном цехе на линии ШЛ330. Способ получения пенобетона – двухстадийный, путем смешивания пены, полученной на пеногенераторе, и цементного теста. Средняя прочность на сжатие пенобетона марки D400 в опытно-промышленной партии выросла на 12% по сравнению с жидкой формой ПО и достигла 1,59 МПа на 28 сутки. 

Таким образом, новый порошкообразный ПО "Омпор-Люкс" по сравнению с жидким ПО "Омпор" в условиях серийного производства обладает комплексом преимуществ - позволяет получить более прочный пенобетон, не расслаивается при хранении, имеет более длительный срок хранения в широком диапазоне температур. 

С экономической точки зрения с учетом расхода материалов использование ПО в виде сухого редиспергируемого порошка сопоставимо по себестоимости с применением жидкого ПО на основе белкового сырья (табл.3).
 

 

В настоящее время сотрудники института приступили к проведению экспериментальных работ на установке ШЛ442 (рис.4), которая позволит вести процесс обезвоживания исходного материала методом распылительной сушки. 

Таким образом, производство и использование ПО в виде редиспергируемого порошка открывает еще одно новое направление в технологии пенобетонов неавтоклавного твердения. Освоение такого производства позволит малым предприятиям улучшить качество выпускаемой продукции, расширить ее ассортимент за счет выпуска сухих смесей, а также, при наличии достаточной сырьевой базы, наладить поставки пенообразователя в другие регионы.

Список литературы: 

1.    Шлегель И.Ф., Шаевич Г.Я., Гришин П.Г., Перфильев В.П., Мирошников В.Е., Булгаков А.Н., Афанасьев Ю.Г., Жигулин А.П., Титов Г.В., Екимов А.А. Организация цеха по производству теплоизоляционного пенобетона. Строительные материалы, №9, 2003. 
2.    Бартенев Г.М. Прочность и механизм разрушения полимеров. -М.: Химия, 1984.-261с. 
3.    Фокин А.П. Распылительные сушилки. -М.: ЦНТИАМ, 1964.-75 с. 
4.    Химическая энциклопедия. М.: Химия. том 3, стр.585. 
5.    Шлегель И.Ф., Булгаков А.Н., Афанасьев Ю.Г., К вопросу оценки качества ячеистых бетонов. Строительные материалы, №6, 2003.