Применение в производстве эмульсионных каучуков отхода сахарного производства - мелассы

Пищевая промышленность, перерабатывающая многокомпонентное сырье, в основном, сельскохозяйственного происхождения, извлекает, как правило, один какой-либо компонент: сахар - из сахарной свеклы, крахмал -из картофеля и зерна, растительное масло - из семян подсолнечника, хлопок и др.

Для получения основной продукции сырье используется лишь на 15-30 %, остальная часть остается в отходах. Практически все эти отходы являются вторичными сырьевыми ресурсами, т.к. содержат значительные количества ценнейших веществ - витаминов, клетчатки, белка, микроэлементов и др. Однако, содержание сухих веществ во вторичных сырьевых ресурсах пищевой промышленности составляет всего 5-10 %, они очень нестойкие при хранении, быстро сбраживаются, теряя ценные компоненты и загрязняя окружающую среду.

Основными отходами сахарного производства являются: свекловичный жом, фильтрационный осадок и меласса. Эти отходы представляют большую ценность и используются на корм скоту, для удобрения полей или как сырье для выработки других видов продукции.

В тоже время в производстве каучуков, получаемых эмульсионной полимеризацией одной из проблематичных стадия является стадия его выделения из латекса. Рекомендуемые в ряде случаев для этих целей коагулирующие агенты на основе полимерных четвертичных солей аммония обладают высокой коагулирующей способностью, невысоким расходом на выделение каучука из латекса (3-4 кг/т каучука) [4]. Однако высокая стоимость данных продуктов приводит к удорожанию получаемой продукции, что сдерживает их активное применение в технологии выделения каучука из латекса.

Поэтому поиск новых технологических решений в технологии выделения каучуков из латексов и новых коагулирующих агентов имеет важное и актуальное значение. Активные поиски их продолжаются и до настоящего времени. Особое внимание при этом необходимо уделять и безопасности для здоровья человека и окружающей среде. Предлагаемые для этих целей коагулянты и продукты их взаимодействия с компонентами эмульсионной системы должны обезвреживаться на очистных сооружениях.

Перспективными в этом плане могут оказаться отходы предприятий пищевой промышленности и, в частности, пенный концентрат подсырной сыворотки, использование которой в процессе выделения каучука из латекса СКС-30 АРК позволяет исключить применение минеральных солей [5].

Цель данного исследования - изучение возможности применения для выделения каучука из латекса СКС-30 АРК мелассы - отхода свеклосахарного производства.

Меласса свекловичная (патока) - отход свеклосахарного производства, сиропообразная жидкость темно-бурого цвета со специфическим запахом. Содержит 20-25 % воды, около 9 % азотистых соединений, преимущественно амидов 58-60 % углеводов, главным образом сахара, 7-10 % золы.

Состав мелассы колеблется в следующих пределах (% к массе): сухих веществ 76-85; сахароза 46-51; азот общий 1,-2,0; бетаин 4-7; редуцирующие вещества 0,2-2,5; раффиноза 0,6-1,4; молочная кислота 4-6; уксусная и муравьиная кислоты - по 0,2-0,5; зола кондуктометрическая 6-11. Чистота - 56-62 %. Вязкость - 4-8 Па*с при 40 оС; рН 6-8; плотность 1445 кг/м3.

Для выделения бутадиен-стирольного каучука из латекса исходный раствор мелассы разбавляли водой. Для исследования использовали раствор мелассы, имеющей сухой остаток 12,2 %.

Выделение каучука СКС-30 АРК из латекса проводили по методике, описанной в работе [2].

В емкость для коагуляции загружали 1020 г латекса (сухой остаток 19,8 %) и помещали в термостат для поддержания заданной температуры. После термостатирования в течение 1015 минут в каучуковый латекс вводили расчетные количества заданного раствора мелассы. Перемешивали в течение 2-3 минут и вводили водные раствор серной кислоты с концентрацией 1,0-2,0 % для поддержания кислой среды коагуляции (рН 2,5-3,0). Образующуюся крошку каучука отделяли от водной фазы (серума), промывали в теплой воде и сушили при температуре 82 ± 2 оС. Высушенные образцы каучука извлекали из сушильного шкафа и после охлаждения до комнатной температуры взвешивали на аналитических весах и рассчитывали выход крошки каучука в процентах.

Проведенными исследованиями установлено закономерное повышение выхода крошки каучука с увеличением расхода водного раствора мелассы, что соответствует повышению расхода коагулирующего агента. Установлено, что полнота выделения каучука из латекса достигалась при расходе мелассы 180200 кг/т каучука (по сухому остатку).

На основе полученной крошки каучука были приготовлены резиновые смеси и вулканизаты по общепринятым методикам (ТУ 38.40355-99). Проведенными испытаниями установлено, что вулканизаты, полученные на основе образцов экспериментального каучука, соответствовали предъявляемым требованиям и были аналогичны контрольному образцу, выделенному из латекса с применением хлорида натрия.

Свойства резиновых смесей и их вулканизатов оценивают по следующим показателям: способность к преждевременной вулканизации по Муни ГОСТ 10722-76; кинетика вулканизации по ГОСТ 12535-84; упругопрочностные свойства ГОСТ 270-75 после вулканизации в различных режимах для определения сопротивления реверсии; стойкость к термическому старению ГОСТ 9.024-74.

Эти отходы - органические продукты, при нарушении санитарных правил хранения могут существенно ухудшать эпидемиологическую обстановку. Несанкционированное хранение отходов приводит к увеличению количества грызунов, насекомых, некоторых видов птиц, являющихся носителями многих заболеваний.

Одним из таких отходов пищевой промышленности, который может найти применение в промышленности синтетического каучука является меласса свекловичная.

Меласса (патока) свекловичная является побочным продуктом сахарных культур. Состав свекловичной мелассы (патоки) зависит от многих факторов, таких как климатические и почвенные условия произрастания свеклы, переработки и хранения и т.д.

Анализируя состав мелассы, можно сделать вывод, что в ее составе присутствует ряд компонентов, которые могут выполнять функцию коагулирующих агентов при выделении эмульсионных каучуков из латексов.

Литературных данных по применению мелассы в качестве коагулирующего агента обнаружено не было. Поэтому как с научной, так и с практической точки зрения представляет интерес изучить возможность применения мелассы в технологии выделения эмульсионных каучуков из латексов. При этом можно отметить, что по данному направлению может быть использованы мелассы, которая по основным своим показателям не может быть использована в качестве кормовой добавки или для производства спирта.

Результаты экспериментов представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Зависимость выхода крошки каучука от расхода мелассы, кг·т-1 каучука

Коагуляцию латекса СКС-30 АРК проводили согласно общепринятой методике. В качестве коагулирующих агентов использовали растворы перечисленных выше солей, в качестве подкисляющего агента - 1,0-2,0 % раствор серной кислоты. Температуре коагуляции 20 ± 2 оС. Выделение каучука из латекса проводили в емкости, снабженной перемешивающим устройством и помещенную в термостат для поддержания заданной температуры, рН коагуляции 2,5 - 3,0. Полноту коагуляции оценивали визуально по прозрачности серума и гравиметрически – по массе получаемой крошки каучука.

Установлено, что полноту коагуляции достигали при расходе мелассы 185-190 кг/т каучука. В тоже время кислую среду коагуляции (рН=2,5-3,0) достигали при расходе подкисляющего агента 12-13 кг/т каучука.

Анализ представленных результатов показал, что вулканизаты, изготовленные на основе каучука, выделенного из латекса с использованием отхода сахарного производства -мелассы, обладают комплексом свойств, близким к вулканизатам, полученным на основе каучука, выделенного из латекса хлоридом натрия (стандартный образец).

Вестник ВГУИТ, №2, 2015