УДК 666.907.033
Золотарева Н.Л., Шмитько Е.И., Рудаков О.Б.
Воронежский архитектурно-строительный университет
Результаты исследований в области органических полимеров позволяют утверждать, что для обеспечения наилучшего воздухововлекающего действия водных растворов соединений ПАВ, применяемых в технологии приготовления поризованного бетона, необходима относительная уравновешенность (баланс) гидрофильных и гидрофобных частей молекул ПАВ с некоторым дебалансом в пользу неполярной части. Априорная количественная оценка степени дифильности соединений ПАВ может проводиться с помощью различных методов.
Наиболее известным методом, традиционно применяемым для определения степени дифильности соединений ПАВ, используемых в производстве строительных материалов, является метод определения ГЛБ [1]. Он базируется на знании статистических условных групповых чисел, характеризующих степень взаимодействия с водой отдельных функциональных групп: гидрофильных (Г) и гидрофобных (Л), в составе молекулы ПАВ. Расчеты проводятся в соответствии с уравнением:
К недостаткам этого метода относится то, что он не учитывает число -СН2— групп, входящих в состав полиоксиэтильных групп молекул, и дает систематические отклонения (особенно, если сопоставляются соединения ПАВ разных классов). Кроме того, в настоящее время не для всех соединений ПАВ, которые могут применяться в технологии производства поризованного бетона, определены условные групповые числа функциональных групп их молекул.
Другим методом оценки степени дифильности соединений ПАВ является метод расчета упрощенного критерия гидрофобности Шатца (Н). Он основан на статистических данных о том, что размеры молекул ПАВ определяются, в первую очередь, числом атомов углерода, а снижение гидрофобности ПАВ, при введении в его молекулу полярной функциональной группы, определяется не столько специфической гидрофильностью группы, сколько самим фактом ее наличия. Упрощенный критерий Шатца определяется выражением (2):
Этот метод удобен легкостью расчета, что немаловажно для специалистов не химического профиля.
Наиболее современным методом количественной оценки степени дифильности соединений ПАВ является метод априорного расчета показателя ClogP (метод определения коэффициента распределения в системе октанол-вода). Этот метод запатентован корпорацией BioByte и реализован на электронно-вычислительной машине (ЭВМ) в прикладной программе «ChemOffice». Оригинальный алгоритм расчета ClogP основан не на статистических данных, а на квантово-химических моделях. В нем учитывается возможность образования внутримолекулярных водородных связей, индуктивный и другие электронные эффекты, влияющие на гидрофобность соединения. Он базируется на 222 уже известных атомных вкладах, вычисленных по экспериментальным данным для 1868 молекул. Метод активно используется в фармацевтической химии, токсикологии, при оценке экологической опасности соединений, в биохимии [2].
Выполненный с использованием этих методов сравнительный анализ показателей степени дифильности известных анионоактивных и неионогенных соединений ПАВ, применяемых в цементных системах, показал, что каждый из рассмотренных априорных методов в определенной мере может использоваться для количественной оценки степени дифильности исследованных соединений ПАВ, хотя их численные значения существенно отличаются. Примечательным является то, что если методы расчета критериев ГЛБ и Шатца базируются на статистических данных и их применение для оценки степени дифильности новых соединений ПАВ является проблематичным, то метод априорного расчета ClogP лишен отмеченных недостатков и является наиболее современным и перспективным. Он, в отличие от методов ГЛБ и Шатца, реализован на ЭВМ и позволяет вычислять показатель ClogP не только для существующих, но и разрабатываемых соединений ПАВ, молекулы которых могут содержать водород, кислород, азот, серу, галогены, атомы фосфора и др. Поэтому представляется целесообразным использовать его в качестве базового метода количественной оценки степени дифильности соединений ПАВ, применяемых в технологии производства поризованного бетона.
Результаты расчетов на ЭВМ с использованием программы «ChemOffice» показателей степени дифильности для типовых анионоактивных соединений ПАВ (АОС-1214, ТЭАС, Пеностром и ПО-3НП), используемых в производстве поризованного бетона, показали (табл. 1), что соединение «Пеностром» по показателю ClogP (3,29) обладает лучшими гидрофобными свойствами (наибольшей пенообразующей способностью) по сравнению с соединениями АОС-1214 (ClogP=1,21), ТЭАС (ClogP=2,45) и ПО-3НП (ClogP=2,11). Проведенные экспериментальные исследования непосредственно на поризованном бетоне подтвердили адекватность полученных априорных оценок.
О том, насколько эффективно использование показателя ClogP в технологии бетонов, можно судить по данным, приведенным в табл. 2. Эти данные представляют результаты, как наших собственных исследований, так и других авторов [3].
Из табл. 2 следует, что самые высокие значения показателей ClogP присущи высокогидрофобным соединениям ПАВ. Уменьшение величины показателей ClogP отражает изменение свойств и основного эффекта действия соединений ПАВ: из класса высокогидрофобных они при ClogP < 0,5 переходят в класс гидрофильных.
Таким образом, полученные нами результаты могут быть использованы для априорной классификации и целенаправленного подбора соединений ПАВ, применяемых в технологии приготовления поризованных бетонов и прогнозирования свойств новых ПАВ. При этом реализация потенциальных возможностей соединений ПАВ может быть обеспечена в технологическом процессе путем целенаправленного влияния через жидкую фазу гидратирующегося цемента на кинетику структурообразования твердеющей поризованной бетонной смеси.
Библиографический список
1. Тихомиров В.К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения.- М.: Изд-во Химия, 1975.- 20 с.
2. Спутник хроматографиста. Методы жидкостной хроматографии / О.Б. Рудаков, И.А. Востров, А.А. Филиппов и др.- Воронеж: Изд-во Водолей, 2004.- 528 с.
3. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления дисперсные системы. — М.: Изд-во Химия, 1982.- 293 с.
