Изучение физико-химических свойств наполнителей для производства композиционных химических препаратов

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследования структур, составов и физико-химических свойств ингредиентов. Показано возможность использования их при разработке композиционных химических препаратов для обработки семян хлопчатника.

ABSTRACT

The results of the study of the structures, compositions, and physicochemical properties of the ingredients are presented. The possibility of using them in the development of composite chemicals for treating cotton seeds is shown.

Ключевые слова: хлопковые семена, химический реагент, химическая технология, госсиполовая смола, каустическая сода, натриевые соли, карбоновые кислоты, карболовые кислоты, алюмак, протравитель семян.

Keywords: cotton seeds, chemical reagent, chemical technology, gossypol resin, caustic soda, sodium salts, carboxylic acids, carbolic acids, alumac, seed disinfectant.

Введение. Важнейшее значение в борьбе, как с гуммозом, так и с корневыми гнилыми имеет обеззараживание семян, для чего применяются различные способы предпосевной обработки как механические, физические, механо-химические, химические и комбинированные способы обработки семян хлопчатника. Более эффективным способом является механико-химический метод обработки семян сельхозкультур [1-2]. Однако применяемые химические препараты либо дорогие, либо недостаточно эффективные. В связи с этим разработка высокоэффективных, доступных, дешевых химических препаратов, а также композиционных материалов на основе местного сырья и отходов производств, применяемых для предпосевной обработки хлопчатника является актуальной проблемой.

Объекты исследования. Для разработки композиционного химического препарата нами в качестве объектов исследования были выбраны госсиполовая смола, Na-карбоксиметилцеллюлоза (Na-КМЦ), полиакриламид (ПАА), сода каустическая, сода кальцинированная, вода хозяйственная и алюмак–отход производства и переработки цветных металлов.

Состав госсиполовой смолы. В госсиполовой смоле содержится от 52 до 64% синтетической жирной кислоты (СЖК) и её производных, остальная часть-продукты конденсации и полимеризации госсипола и его превращения, образующиеся при извлечении масла, главным образом, в процессе дистилляции жирных кислот из соапстоков.

Состав и свойства госсиполовой смолы зависят от качества исходного сырья, соблюдения технологических режимов разложения жиров, глубины дистилляции полученных жирных кислот и других факторов.

В госсиполовой смоле обнаружено 12,0 % азотсодержащих соединений, 36,0 % продуктов превращения госсипола и 52,0 % жирных и оксижирных кислот, что подтверждается и результатами исследований ИК –спектроскопическим методом анализа (рис.1).

ИК-спектр госсиполовой смолы. Как видно из рисунка 1, в ИК – спектре поглощения госсиполовой смолы – 1,1’,6,6’,7,7’ – гексаокси 3.3’-диметил – 5,5’ - ди-изо-пропил-2,2’-динафтил – 8,8’1 – диальдегид (С₃₀Н₃₀О₈) обнаружены частоты при частоте 3751, 3725, 3711, 3670, 3648, 3628, 3608, 3357, 2923, 2853, 1712, 1645, 1634, 1557, 1464, 1456, 1377, 1280 1110, 967, 842 и 723 см^-1.

В нашем случае при приготовлении композиции для химических препаратов предпосевной обработки хлопчатника процесс смешивания компонентов из различных ингредиентов производится при высоких температурах. В связи с этим нами было исследовано влияние температуры на свойства госсиполовой смолы.

Рисунок 1. ИК – спектр госсиполовой смолы

Учитывая это, термическая обработка образцов госсиполовой смолы проводилась с целью расшифровки фракционного состава и определения физико-химических свойств полученных фракций.Фракционирование фиксировалось поначалу и окончанию температуры кипения каждой фракции. Следует отметить, что по окончании перегонки каждой фракции наблюдался скачок температуры в среднем на 10-15 ^оС (таблица 1).

Таблица 1.

Фракционный состав госсиполовой смолы, термообработанной при различных температурах

По внешним признакам и полученным данным фракция № 1, в основном, состоит из воды, образованной в результате конденсации острого пара, используемого в технологии транспортировки госсиполовой смолы по заводским трубопроводам.

После термической обработки госсиполовой смолы до температуры 240-260 ^оС остается черное твердое вещество, хорошо растирающееся в порошок. Этот остаток хорошо растворим в ацетоне, но не растворяется в воде, полярных и неполярных органических растворителях.

Анализы показали, что лигнины различных гидролизных заводов значительно отличаются друг от друга по свойству, последний может существенно меняться даже от варки к варке. В состав гидролизного лигнина входят значительно измененный собственно лигнин, часть полисахаридов, группа веществ лигногуминового комплекса, неотмытые после гидролиза сахара, смолы, жиры, воск, минеральные и органические кислоты, зольные элементы и другие вещества. Соотношение перечисленных компонентов колеблется в широком диапазоне и зависит от вида сырья и режима процесса гидролиза. По данным исследований [3], основной вклад (40-88 %) принадлежит собственно лигнину, остальная часть подразделяется на трудногидролизуемые полисахариды (13-45 %), смолистые вещества и вещества лигногуминового комплекса (5-19 %), зольные элементы (0,5-10 %).

Исследования показывают, что нитролигнин и леоксид, получаемые из гидролизного лигнина хлопковой шелухи, имеет следующей элементарный состав, мас.%: для нитролигнина – углерод 77,08; водород 8,37; азот 7,46; кислород 6,34; для леоксида – углерод 69,55; водород 7,43; кислород 23,02.

ИК-спектр лигнина приведен на рисунке 2. Как видно из рисунка 2, ИК-спектр лигнина состоит из ряда характеристических полос поглощения.

Рисунок 2. ИК – спектр гидролизного лигнина

Благодаря наличию вышеприведенных функциональных групп, гидролизный лигнин, также как и госсиполовая смола, может взаимодействовать с компонентами входящих в состав разрабатываемых композиционных химических препаратов для предпосевной обработки семян сельхозкультур госсиполовой смолы.

Гидролизный лигнин после выгрузки из аппарата содержит от 1,8 до 2,3 г воды на 1 г абсолютно сухого вещества. В зависимости от влажности физические свойства гидролизного лигнина характеризуются следующими данными:   влажность -0-65 %,удельный вес-1,15-1,5 г/см³, насыпной вес-0,2-0,7 г/см³,  угол естественного откоса для сырого лигнина 40-45^о С.

Гидролизный лигнин, вследствие сложной трехмерной структуры и высокой молекулярной массы, не плавится и почти совсем не растворяется в воде и обычных органических растворителях.

Эмпирическая формула лигнина на фенилпропановую группу имеет следующий вид:

С₉ Н_3,61 О _3,69 (ОСН)_0,21 (ОН)_0,63 (СО)_0,37.

Гидролизный лигнин рассматривается с точки зрения полифункционального ингредиента, пригодного для использования в производстве сельского хозяйства. С этой целью для лабораторных опытов использовали лигнин Янгиюльского биохимического завода. Нашими исследованиями установлено, что элементный состав гидролизного лигнина в % на абсолютно сухое вещество следующий: С-17,34; Н-6,43; О-43,50. Содержание функциональных групп, мас. %: фенольные (ОН) – 5,06; ОСН₃^- – 3,06; СООН^- – 1,18; общих кислых групп 6,24. Влажность используемого лигнина – 60-65%, зольность – 4,12-2,74 %.

Далее приведены физико-химические свойства полимерных реагентов. На таблицах 3.2-3.4 показаны физико-химические свойства полиакриламида (ПАА), феррохлорлигнина (ФХЛ-1) и натрий-карбосиметилцеллюлозы (Na-КМЦ) [4].

Таблица 2.

Физико-химические характеристики полиакриламида – ПАА (-[-СН₂СН (СОNH₂)-]_n) ОАО «Навои-Азот»

Таблица 3.

Физико-химические характеристики феррохлорлигнина -ФХЛ-1 Ферганского ХЗФС (ТSh 6.19-41-2008)

Таблица 4.

Физико-химические характеристики натрий –карбоксиметилцеллюлозы ( Na-КМЦ)

Как видно из таблиц 2-4 выявленные характеристики опытно-промышленных партий композиционных химических препаратов типа КПГС и «КПМ – Дармон» для предпосевной обработки семян сельхозкультур показывают, что они полностью соответствуют результатам лабораторных исследований и удовлетворяют требованиям, предъявляемым к химическим препаратам, применяемых при протравливании семян сельхозкультур в Республике Узбекистан [5].

Таким образом, исследование структуры, составов и физико-химических свойств ингредиентов показали, что их вполне можно использовать в качестве компонентов для  разработки композиционных химических препаратов

Список литературы:

1. Аскаров М.А.,Негматов С.С., Абдукадирова Н.М., Абдукаромова Д.Н. Возбудители болезней растений и пути их распространений // Композиционные материалы. -Ташкент, 2017. -№3. - С.96.
2. А.С. 1119622 (СССР). Способ обработки семян хлопчатника / Махкамов К.М., Каримов Х.Х., Кадырова Д.Х. и Краков В.Э.// Б.И. - 1984. -№39.
3. .Аскаров М.А., Негматов С.С., Абдукадирова Н.М., Эгамбердиев Б. Роль химических препаратов при возделывании хлопчатника, пшеницы и других сельхозкультур // Композиционные материалы. -Ташкент,2017. - №1. - С.25-26.
4. Абдукаримова Д.Н., Негматова К.С., Эминов Ш.О. Исследование физико-химических и технологических свойств na-карбосиметилцеллюлозы и композиционной порошкообразной госсиполовой смолы от их концентрации // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2020. №5(74).   
5. Abdukarimova Dinara Nuritdinovna, Negmatova Komila Soibjanovna, Eminov Sherzod Olimjonovich, (2021). Research Of Physical And Chemical Properties Of Fillers For The Development Of Composite Chemical Preparations. The American Journal of Engineering and Technology, 3(05), 40-46.