CC BY
76
© C.B. Ковшов, В.П. Ковшов, Е.В. Мазаник, 2014
УДК 621.771.2
С.В. Ковшов, В.П. Ковшов, Е.В. Мазаник
НАТРИЕВАЯ СОЛЬ КАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ
КАК ОСНОВА ПЫЛЕПОДАВЛЯЮЩЕГО СЛОЯ
Рассмотрен потенциал натриевой сопи карбоксиметилцеллюлозы как компонента пылеподавляющего слоя. Приведены основные физико-химические характеристики вещества. Предложена методика исследований и описывается эксперимент для определения адгезионной способности. Определен рациональный диапазон концентрации (0,7-0,9 %) в растворах, ориентированных для создания пылеподавляющего слоя. Указаны основные преимущества и недостатки исследуемого вещества. Ключевые слова: натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, пылеподавле-ние, адгезия, пыль, механическая прочность, рациональная концентрация, раствор.
Одним из наиболее популярных методов пылеподавле-ния является создание защитных слоев, основная задача которых - перекрывание пылящих поверхностей. Обычно такие слои имеют четкую адгезионную основу, за счет которой осуществляется сцепление с пылящими поверхностями.
На базе Национального минерально-сырьевого университета «Горный» проведена серия опытов по определению адгезионных и биопродуктивных свойств натриевой соли карбокси-метилцеллюлозы (Иа-КМЦ). Эта соль имеет химическую формулу (СбН702(0Н)э-х(0СН2С00На)х]п, где п = 300-1000. Она представляет собой аморфное бесцветное вещество плотностью 1,59 г/см3. Обладая температурой размягчения 170 °С, натриевая соль КМЦ растворима в воде, а также в водных растворах щелочей, аммиака и хлорида натрия, причем степень растворимости обуславливается степенью этерификации целлюлозы. Напротив, в органических растворителях и минеральных маслах КМЦ не растворяется [3].
В промышленности Иа-КМЦ получают взаимодействием щелочной целлюлозы с монохлоруксусной кислотой или ее натриевой солью в присутствии ИаОН. Технический продукт содержит 50-70 % эфира. Для получения более чистой Иа-КМЦ технический продукт промывают водными растворами низших спиртов.
При растворении в воде натриевая соль карбоксиметилцел-люлозы образует вязкие прозрачные растворы, характеризуемые псевдопластичностью, а для некоторых сортов продукта - и тик-сотропией (способностью самопроизвольно восстанавливать разрушенную механическим воздействием исходную структуру).
В водных растворах Иа-КМЦ, проявляя свойства поверхностно-активного вещества, хорошо совмещается с другими водорастворимыми органическими веществами, например с биогумусом. Соединение деструктируется в водных растворах минеральных кислот и щелочей в присутствии кислорода. Из водных растворов Иа-КМЦ формируются прозрачные пленки, характеризующиеся относительным удлинением 8-15 %. Сухая Иа-КМЦ оказывает слабое коррозионное действие; она биологически неактивна и устойчива к биодеструкции, однако ее водные растворы при длительном хранении на воздухе подвергаются ферментному гидролизу [1, 4].
Иа-КМЦ используют в качестве загустителя и стабилизатора глинистых суспензий, загущающего агента в текстильном производстве, в качестве обойного клея.
В лаборатории кафедры БП в течение нескольких месяцев проводились эксперименты по применению Иа-КМЦ в качестве связующего материала. Такое связующее отличает экологическая чистота, высокая клеящая способность, доступность по цене и качеству.
Связующие свойства Иа-КМЦ оценивали по механической прочности получаемых на его основе стружечных плит (по сопротивлению изгибу в МПа). Лучшие результаты были получены при применении 0,8 % Иа-КМЦ (в расчете на сухое вещество) (рис. 1).
Достаточно высокая активность Иа-КМЦ, как связующего, достигается при набухании его в течение 3 мин и сохраняется на одном уровне до 10 часов, заметна тенденция к понижению клеящих его свойств (рис. 2).
Также была проведена серия опытов с применением Иа-КМЦ в качестве связующего для тонкодисперсных материалов (на примере песка) в диапазоне концентраций от 0 до 5 %.
Результаты эксперимента показали, что уже при 0,8 % содержании Иа-КМЦ наблюдаются хорошие связующие свойства. Значения пределов прочности на сжатие 5сж и растяжение 5р были получены в результате испытаний (рис. 3).
количество сухого №-КМЦ, %
Рис.1. Кривая механической прочности стружечных плит с Na-KMЦ
время набухания №-КМЦ, час
Рис. 2. Исследование связующих свойств №а-КМЦ
5„, кПа
О 2 4 б 8 10 12 14 16 6СЖ, кПа
Рис. 4. Кривые прочности песка с Na-KMЦ связуюшим:
1 - 0,5 %, 2 - 0,8 %, 3 - 1,5 %, 4 - 5 %
При дальнейшем увеличении содержания вяжущего до концентрации 10 % наблюдается рост плотности образцов. Высыхание образцов приводит к повышению их прочности.
Установлено, что оптимальным диапазоном концентрации Иа-КМЦ в дисперсном материале (песке) является СЫа-кмц = 0,7 - 0,9%. Принято среднее значение этого диапазона С№-кмц = 0,8%, которое рекомендуется в дальнейшем
использовать для укрепления пылящих поверхностей техногенных массивов [2].
Всего было выполнено около 40 опытов. Результаты обработки экспериментальных данных представлены на графике (рис. 4). При проведении эксперимента во всех случаях Иа-КМЦ проявлял себя как связующее вещество, однако следует отметить, что при увеличении количества Иа-КМЦ, наблюдается тенденция возрастания прочностных свойств скрепленных частиц.
Таким образом, Иа-КМЦ, взаимодействуя с дисперсными материалами, скрепляет частицы сыпучего материала между собой, укрупняя их, образуя связанный материал.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дерягин Б.В. Адгезия твердых тел / Б.В. Дерягин, H.A. Кротова, В.П. Смилга. - М.: Наука. - 1973. - 280 с.
2. Ковшов С.В. Биогенные способы снижения пылевой нагрузки на карьерах строительных материалов / С.В. Ковшов, A.A. Бульбашев // Записки Горного института, Т. 186, — СПб.: СПГТИ. - 2010. — С. 54-58.
3. Роговин З.А. Химия целлюлозы / З.А. Роговин. — М.: Химия. — 1972. 520 с.
4. Фрейдин А.С. Свойства и расчет адгезионных соединений / А.С. Фрейдин. - М.: Химия. — 1990. - 256 с. ГТТШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Ковшов Станислав Вячеславович — кандидат технических наук, ассистент кафедры, коУБЬоУБУ@та11.ги,
Ковшов Вячеслав Петрович — кандидат географических наук, доцент кафедры, kovshovs@front.ru,
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»,
Мазаник Евгений Васильевич — кандидат технических наук, ОАО «СУЭК-
Кузбасс».
SODIUM CARBOXYMETHYLCELLULOSE AS A BASIS LAYER DUST SUPPRESSION
KovshovS.V., Ph.D., Assistant Safety department, kovshovsv@mail.ru. Kovshov V.P., Ph.D., Associate professor of Safety department, kovshovs@front.ru. National mineral resources university. MazanikE.V., Ph.D., SUEK-Kuzbas.
The article examines the potential of sodium carboxymethylcellulose as a component of dust suppression layer. The basic physical and chemical properties of a substance. The methods of research and describes an experiment to determine the adhesiveness. The rational range of concentrations (0.7-0.9 %) in solutions oriented to create a layer of dust suppression. Identifies the main advantages and disadvantages of the test substance.
Key words: sodium carboxymethylcellulose, dust suppression, adhesion, dust, mechanical strength, rational concentration, solution.
REFERENCES
1. Derjaguin B.V., Krotov N.A., Smigla V.P. Adhesion of solids. Moscow, Nauka, 1973, 280 p.
2. Kovshov S.V., Bulbashev A.A. Biogenic ways to reduce dust load in the open cast mine of building materials. Notes Mining Institute, vol. 186, St. Petersburg, SPMI, 2010, pp. 54-58.
3. Rogovin Z.A. Chemical pulp. Moscow, Chemistry, 1972. 520 p.
4. Freidin A.S. Properties and calculation of adhesive joints. Moscow, Chemistry, 1990. 256 p.
