Исследования физико-химических и технологических свойств Na-карбосиметилцеллюлозы и композиционной порошкообразной госсиполовой смолы от их концентрации

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований физико-химических и технологических свойств Na-карбосиметилцеллюлозы и композиционной порошкообразной госсиполовой смолы от их концентрации. Установлено, что путем подбора соответствующего соотношения композиционной порошкообразной госсиполовой смолы и Na-карбоксиметилцеллюлозы можно получать растворы с требуемыми физико-химическими свойствами и технологическими показателями для обработки семян хлопчатника и других сельхозкультур.

ABSTRACT

The results of studies of the physicochemical and technological properties of Na-carboxymethyl cellulose and composite powdery gossypol resin from their concentration are presented. It was found that by selecting the appropriate ratio of the composite powdery gossypol resin and Na-carboxymethyl cellulose, it is possible to obtain solutions with the required physicochemical properties and technological parameters for treating cotton seeds and other crops.

Ключевые слова: хлопковое семя, химический реагент, химическая технология, госсиполовая смола, каустическая сода, натриевая соль, карбоновая кислота, карболовая кислота, алюмак, протравитель семян.

Keywords: cotton seed, chemical reagent, chemical technology, gossypol resin, caustic soda, sodium salt, carboxylic acid, carbolic acid, alumac, seed disinfectant.

Введение. Ведущая сельскохозяйственная культура Узбекистана – хлопчатник – поражается множеством заболеваний. Получение высоких и устойчивых урожаев высокого качества невозможно без осуществления комплекса мероприятий по защите выходов от таких опасных заболеваний, как гуммоз и корневые гнили. Корневая гниль хлопчатника – очень распространенное заболевание. Оно встречается повсеместно и приносит большой вред хлопководству республики. Ежегодно на площади 200–300 тыс. га делают подсев или пересев культуры.

Предпосевное обеззараживание семян в целях их защиты от болезней и вредителей является одним из наиболее необходимых мероприятий по защите растений. Уже в древности люди пытались защищать посевной материал от вредных организмов при помощи различных веществ – золы, оливковых выжимок, измельченных кипарисовых листьев, соленой воды, глауберовой соли, медных и мышьяковых соединений. Важнейшее значение в борьбе как с гуммозом, так и с корневыми гнилями имеет обеззараживание семян, для чего применяются различные способы предпосевной обработки, как механические, физические, механико-химические, химические и комбинированные способы обработки семян хлопчатника. Более эффективным способом является механико-химический метод обработки семян сельхозкультур. 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, и оптимизация технологии предпосевной обработки семян сельхозкультур является актуальной проблемой.

Объекты и методы исследования. В качестве объектов изучения выбраны Na-карбоксиметилцеллюлоза, госсиполовая смола, каустическая и кальцинированная сода, алюмак, являющийся отходом производства и переработки цветных металлов.

Для разработки композиционного химического препарата «КМ-Композит» использовались стандартные методы определения насыпной массы порошковых материалов и удельной массы (плотности) порошковых ингредиентов, метод определения вязкости растворов. Для определения показателя фильтрации и водного показателя рН применялись волюметр, ареометр АБР-1, вискозиметр ВСН-3, прибор ВМ-6, рН-метр.

Исследование физико-химических характеристик водного раствора Na-карбоксиметилцеллюлозы.

Эффективность растворов находится в прямой зависимости от качества применяемых химических препаратов. В силу этого к химическим препаратам предъявляются определенные требования по их физико-химическим и технологическим свойствам. С учетом этого нами были исследованы [4] физико-химические и технологические свойства водного раствора Na-карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ) отечественного производства различной концентрации.

Следует отметить, что в настоящее время наиболее распространенным химическим раствором, применяемым при приготовлении препарата для обработки семян сельхозкультур, является Na-КМЦ, получаемая из хлопкового линта [1; 6; 5].

Используемая Na-КМЦ имела нижеследующие показатели: массовая доля воды – 8 %; степень замещения по карбоксиметильным группам – 0,82; массовая доля основного вещества в абсолютно сухом техническом продукте – 58,5 %; растворимость в воде в пересчете на абсолютно сухой технический продукт – 96,5 %; водородный показатель водного раствора – рН = 11; степень полимеризации – 716.

На рис. 1 приведены результаты исследования зависимостей физико- химических и технологических свойств водного раствора Na-КМЦ от ее концентрации.

1 – вязкость; 2 – водоотдача; 3 – плотность

Рисунок 1. Зависимости физико-химических и технологических свойств водного раствора Na-КМЦ от ее концентрации

Из рис. 1 видно, что показатели вязкости и плотности растворов увеличиваются по мере увеличения концентрации Na-КМЦ, а показатель водоотдачи при этом снижается. Такая закономерность хода кривых объясняется тем, что Na-КМЦ является высокомолекулярным веществом с более высокой плотностью по сравнению с водой. По мере ее растворения в воде вязкость системы возрастает, а при повышении вязкости показатель водоотдачи растворов снижается, и наоборот.

Выше отмеченное подтверждается данными, полученными при исследовании технологических параметров водных растворов Na-КМЦ (таблица 1).

Таблица 1.

Технологические параметры водных растворов Na-карбоксиметилцеллюлозы при различных концентрациях

Как видно из данных таблицы 1, показатели вязкости, плотности и водоотдачи растворов существенно зависят от концентрации КМЦ. При этом вязкость растворов Na-КМЦ увеличивается от 16 до 94 с. Показатель плотности изменяется незначительно. Однако водоотдача снижается от 70 до 7 см³/30 мин. Итак, можно заключить, что путем подбора соответствующей концентрации Na-КМЦ можно целенаправленно регулировать реологические и технологические параметры получаемых растворов, что создает благоприятные условия при проведении обработки семян сельхозкультур.

Изучение физико-химических характеристик водных растворов модифицированной госсиполовой смолой. С целью стабилизации растворов, получаемых на основе различных химических веществ, нами был разработан химический препарат на основе модифицированной композиционной порошкообразной госсиполовой смолы (КПГС) [3; 2; 7; 8].

КПГС в своем составе содержит, кроме госсиполовой смолы, каустическую и кальцинированную соду, отвердитель – алюмак (являющийся отходом производства и переработки вторичных цветных металлов), которые способствуют переводу госсиполовой смолы в порошкообразное водорастворимое состояние.

В таблице 2 приведены зависимости исследований технологических параметров водных растворов КПГС от ее концентрации.

Таблица 2.

Технологические параметры водных растворов композиционной порошкообразной госсиполовой смолы при различных концентрациях

Из данных таблицы 2 видно, что при увеличении концентрации КПГС от 2,5 до 25 % соответственно вязкость раствора увеличивается, а плотность и водоотдача снижаются, водородный показатель рН повышается от 7,5 до 10.

Таким образом, из совокупности проведенных исследований можно заключить, что химический препарат КПГС может быть использован для получения эмульсий различных концентраций, применяющихся при обработке семян хлопчатника и других сельхозкультур.

На рис. 2 приведены зависимости физико-химических и технологических свойств модифицированной композиционной порошкообразной госсиполовой смолы от ее концентрации.

1 – вязкость; 2 – водоотдача; 3 – плотность

Рисунок 2. Зависимости физико-химических и технологических свойств модифицированной КПГС от ее концентрации

Видно, что по мере увеличения концентрации КПГС в водном растворе вязкость возрастает от 15 до 23,8 с, а водоотдача и плотность снижаются. При этом водоотдача снижается от 26 до 8 см³/30 мин, а плотность – от 0,96 до 0,6 г/см³. Очевидно, это связано с тем, что при растворении КПГС в воде происходит эмульсионное пенообразование, которое ведет к снижению плотности растворов.

На рисунке 3 приведены зависимости физико-химических и технологических свойств 10 %-ных растворов, полученных с использованием препаратов КПГС и КМЦ.

Из рис. 3 видно, что 10 %-ные растворы в зависимости от соотношения КПГС и КМЦ, а также их содержания имеют различные физико-химические и технологические свойства. Легко заметить, что с увеличением количества КПГС в растворе наблюдается снижение всех физико-химических и технологических показателей, кроме показателя водоотдачи. При увеличении же количества КМЦ наблюдается обратная зависимость, т.е. рост указанных показателей. Так, при изменении соотношения КПГС и КМЦ от 2/98 до 20/80 плотность растворов лежит в пределах 0,8–0,89 г/см³, вязкость – от 22 до 144 с, водоотдача снижается от 11,5 до 4,0 см³/30 мин и СНС – от 10 до 56 мг/см².

1 – плотность; 2 – вязкость; 3 – водоотдача; 4 – СНС₁₀

Рисунок 3. Зависимости физико-химических и технологических свойств 10 %-ных растворов от соотношения КПГС и КМЦ

Примечание: в числителе – содержание КМЦ, в знаменателе – содержание КПГС

Таким образом, исходя из совокупности проведенных исследований о зависимостях плотности, вязкости, водоотдачи и СНС 10 %-ных растворов с различным соотношением КПГС и КМЦ, можно сделать следующее заключение: путем подбора соответствующего соотношения КПГС и КМЦ можно получать растворы с требуемыми физико-химическими свойствами и технологическими показателями для обработки семян хлопчатника и других сельхозкультур.

Список литературы:
1. Возбудители болезней растений и пути их распространения / М.А. Аскаров, С.С. Негматов, Н.М. Абдукадирова, Д.Н. Абдукаромова // Композиционные материалы. – Ташкент, 2017. – № 3. – С. 96.
2. Исследование влияния композиционной порошкообразной модифицированной госсиполовой смолы на физико-химические свойства водного раствора при различном содержании недопала / К.С. Негматова, Б.Ф. Мамаеов, А.Ф. Ходжаев, Ж.Н. Негматов [и др.] // Композиционные материалы. – Ташкент, 2016. – № 1. – С. 11–13.
3. Получение порошкообразных композиционных химических препаратов для предпосевной обработки семян сельхозкультур / М.А. Аскаров, С.С. Негматов, К.Х. Разиков, Д.Н. Абдукаримова [и др.] // «Ўзбекистонда табиий бирикмалар кимесининг ривожи ва келажаги» УзМУ: тезисы докладов республиканской конференции (Ташкент, 18–19 мая 2016 г.). – Ташкент : УзМУ, 2016. – С. 112–114.
4. Проведение производственно-полевых испытаний разработанных композиционных химических препаратов / М.А. Аскаров, С.С. Негматов, К.Х. Разиков, Н.М. Абдукадирова // Композиционные материалы. – Ташкент, 2016. – № 1. – С. 97.
5. Роль химических препаратов при возделывании хлопчатника, пшеницы и других сельхозкультур / М.А. Аскаров, С.С. Негматов, Н.М. Абдукадирова, Б. Эгамбердиев // Композиционные материалы. – Ташкент, 2017. – № 1. – С. 25–26.
6. Способ обработки семян хлопчатника / К.М. Махкамов, Х.Х. Каримов, Д.Х. Кадырова и В.Э. Краков. – 1984. – № 39.
7. Effective Technology of Obtaining The Carboxymethyl Cellulose From Annual Plants / G. Rahmonberdiev, M. Murodov, K. Negmatova, S. Negmatov [et al.] // Advanced Materials Research. – Switzerland: Trans Tech Publication, 2012. – Vol. 413. – Р. 541–543.
8. Enduranse of hign molecular weight carboxymethyl cellulose in corrosive / M. Muradov, G.R. Rahmonberdiev, M.M. Khalikov, A. Egamberdiev [et al.] // AIP Advances. – American Institute of Physics, 2012. – Р. 309–311.