Лекция № 9

Основные понятия и определения

Адгезия p_o (Па)– слипание разнородных твердых или жидких тел, соприкасающихся своими поверхностями.

p_o=P_o/ S_o

где P_o – сила отрыва, Н

S_o – геометрическая площадь пластины, м²

Аутогезия – самопроизвольное слипание однородных тел.

А.Д. Зимон отмечает, что “адгезией, или прилипанием, называется явление, которое возникает при контакте двух разнородных конденсированных тел”. Автор различает три вида адгезии: жидкости, пленок, и частиц. Адгезия жидкости происходит между двумя разнородными по агрегатному состоянию телами (жидкостью и твердым телом); при адгезии пленок осуществляется связь между двумя твердыми телами, но по очень ограниченной поверхности. Условно адгезия делится на специфическую (собственно адгезию) и механическую.

Специфическая адгезия является результатом межмолекулярного сцепления материалов по поверхности контакта.

Механическая адгезия возникает при проникновении адгезива в поры субстрата и удержании его вследствие механического заклинивания.

На формирование адгезионной связи между пищевым и конструкционным материалами решающее влияние оказывают:

• их реологические свойства,

• шероховатость поверхности субстрата,

• длительность и напряжение контакта,

• температура адгезива и субстрата,

• способ и скорость отрыва, а также наличие между адгезивом и субстратом граничного слоя, нанесенного при помощи смазки, напыления или покрытия.

Характеристикой адгезии могут следующие величины:

• сила отрыва, отнесенная к площади контакта;

• работа отрыва, отнесенная к площади контакта;

• время, необходимое для разрушения связи между субстратом и адгезивом под действием заданной нагрузки.

Удельную минимальную силу иначе называют адгезионной прочностью, адгезионным напряжением (давлением), давлением прилипания или удельным прилипанием.

Различают номинальную (теоретическую или геометрическую) и фактическую (реальную или истинную) площадь контакта. На величину площади фактического контакта влияют природа адгезива и субстрата, а также внешние аргументы – температура, продолжительность предварительного контакта. Эти факторы оказывают различное влияние на измерение фактической площади контакта.

При расчете адгезионного напряжения пищевых материалов обычно не учитывают изменения фактической площади контакта и принимают ее равной или несколько меньше номинальной. Например, при расчете адгезии рыбы фактически площадь условно принимается равной 90 % номинальной.

Теории адгезии:

• механическая,

• адсорбционная,

• химическая,

• диффузионная,

• реологическая,

• микрореологическая,

• электрическая,

• электрорелаксационная,

• молекулярная.

Механическая теория учитывает влияние микрорельефа поверхности субстрата;

адсорбционная – сорбцию адгезива при контакте двух тел вследствие микроброуновского движения (повышение напряжения и температуры материалов способствует более быстрому установлению адсорбционного равновесия в месте контакта);

химическая – образование межфазных связей (в месте контакта происходит химическое взаимодействие контактирующих материалов);

реологическая – повышение прочности материалов в зоне контакта; диффузионная теория основана на взаимной диффузии длинноцепных молекул и образовании связей. Согласно С.С. Воюцкому адгезия высокополимеров возникает вследствие диффузии макромолекул в поры и трещины металлической поверхности, при этом площадь молекулярного контакта значительно превышает площадь номинального контакта, поэтому диффузия будет тем интенсивнее, чем длительнее контакт и больше контактное напряжение.

Электрическая гипотеза основана на явлении контактной электризации и связана с возникновением двойного электрического слоя в контактирующих поверхностях при их разъединении и т.д.

Роль адгезии и трения в процессах пищевых производств

Во всех механических и термомеханических процессах пищевых производств происходит контактное взаимодействие обрабатываемого материала с поверхностью рабочих органов машин, устройств и аппаратов. Учет поверхностных свойств пищевых материалов (в частности, адгезии и трения) необходим при изучении и совершенствовании многих технологических процессов. Следует учитывать прилипание пищевой массы к рабочим органам смесителей (лопаткам, шнекам, лопастям разной формы, корпусу), а также к лентам, ковшам и трубам при транспортировании, особенно материалов, содержащих сахаристые вещества.

Направления воздействия на характеристики поверхностей субстрата (конструкционного материала) и поверхностей адгезива (пищевого продукта):

1. подбор материала субстрата в зависимости от его функционального назначения для ослабления или усиления адгезионного взаимодействия с пищевым объектом (применение антиадгезионных материалов и покрытий или материалов, обладающих повышенной адгезионной способностью);

2. создание пограничного (промежуточного) слоя путем нанесения твердо- или жидкообразного покрытия на поверхность контакта (смазка маслом или мучной заваркой, подсыпка мукой или крахмалом, создание пленки конденсата и т.д.);

3. направленное изменение физического состояния поверхности адгезива (например, предварительный обдув воздухом, подсушивание или какая-либо термовлажностная обработка);

4. внесение в пищевой продукт добавок (незначительное изменение рецептуры введением, например, поверхностно-активных модификаторов);

5. изменение энергетических уровней поверхностей соприкосновения адгезива и субстрата (например, создание в зоне контакта двойного электрического слоя путем наложения постоянного электрического поля).

Особенности адгезии пищевых масс.

Необходимо увеличивать адгезию:

• в процессе производства конфет на основе упруго-пластических масс (сливочнеы помады, пралиновые массы и т.д.) повышенная адгезия к поверхностям валков, нагнетателя увеличивает эффективность всей машины;

• определенная величина адгезии должна быть между слоями многослойных изделий, например, вафель, адгезия слоя шоколадной глазури необходима и т.д.