Основные понятия и определения
Адгезия po (Па) – слипание разнородных твердых или жидких тел, соприкасающихся своими поверхностями.
po=Po/ So
где Po – сила отрыва, Н
So – 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:
W их реологические свойства,
W шероховатость поверхности субстрата,
W длительность и напряжение контакта,
W температура адгезива и субстрата,
W 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:
W механическая,
W адсорбционная,
W химическая,
W диффузионная,
W реологическая,
|
|
W микрореологическая,
W электрическая,
W электрорелаксационная,
W 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.