Натрий полифосфат

Натрия полифосфат - неорганическое соединение, состоящее из целого класса полифосфатов.

Синонимы: Натрий гексаметафосфат, Натрия полифосфат, Соль Грэма, полиметафосфат натрия, соль Грахама, пищевая добавка Е452i, SHMP.

Международное название: Sodium polyphosphate, Sodium hexametaphosphate.

Развернутая химическая формула

Na₂O₃PO [NaPO₃]_n PO₃Na₂

Натрия полифосфат это целый класс аморфных водорастворимых полифосфатов, сложенных линейными цепочками метафосфатных единиц. Ключевое значение в формуле имеет значение цепочка [NaPO₃]_n, где n - может иметь различное численное значение. Наиболее преобладают цепочки где n=2. Лабораторную идентификацию натрия полифосфата принято производить по соотношению Na₂O/P₂O₅ или значению P₂O₅. Для натрия тетраполифосфата n=4, а Na₂O/P₂O₅=1,3. Для солей натрия гексаметафосфата, которые также называют солями Грэхема n=13...18, а Na₂O/P₂O₅=1,0. Для высокомолекулярных солей натрия полифосфата n=20-100.

Пересчет натрия полифосфата в фосфорный ангидрид

Спецификация ГОСТ 20291-80

Согласно ГОСТ 20291-80, по физико-химическим показателям технический полифосфат натрия должен соответствовать нормам, указанным в таблице:

Настоящий стандарт распространяется на технический полифосфат натрия (соль Грахама), применяемый в текстильной промышленности для предупреждения образования на тканях кальциевых солей, в кожевенном производстве, в железнодорожных и промышленных силовых установках для умягчения воды, в нефтяной промышленности при бурении скважин.

Производственные помещения, в которых проводятся работы с продуктом, должны быть оборудованы, приточно-вытяжной вентиляцией.

Работа с продуктом должна проводиться в специальной одежде в соответствии с типовыми отраслевыми нормами, утвержденными в установленном порядке и в индивидуальных средствах защиты органов дыхания, глаз и кожных покровов.

Спецификация от импортных производителей

Свойства

Уникальным свойством неорганического полимера является его способность сохранять полимерное строение, как в твердом состоянии, так и в водных растворах и расплавах.

Натрий полифосфат - это самый концентрированный фосфат из промышленно выпускаемых фосфатов.

Низкая слёживаемость при хранении.

Хорошая растворимость в воде.

Не токсичен и биологически разлагаем.

Ингибитор. Натрия полифосфат замедляет или предотвращает кристаллизацию малорастворимых солей из раствора за счет образования растворимых комплексов (хелаты) с кальцием, магнием, барием и другими металлами, которые удерживаются в растворе и не выпадают в осадок.

Хелатная способность. Способность образовывать водорастворимые комплексы, устойчивость которых составляет более 1 года. Для сравнения: устойчивость комплексов триполифосфата натрия составляет от 2 до 6 месяцев, а тринатрийфосфата еще меньше.

Гигроскопичен (способен вбирать в себя влагу из воздуха.). На воздухе расплывается и гидратируется, превращаясь сначала в пирофосфат, а затем в ортофосфат натрия.

Обладает хорошими адсорбционными и диспергирующими свойствами.

Адсорбция - это концентрирование веществ на поверхности или в объеме твердого тела.

Диспергирующие свойства. Свойство масел удерживать нерастворимые в масле вещества: частицы нагара, продукты неполного сгорания топлива. Во взвешенном состоянии не дают им выпасть в осадок.

Антикоррозионные свойства. Способен снижать железно-окисного и медного накипеобразования на внутренних поверхностях нагрева котлов, позволяет увеличить срок службы трубопроводов и фильтров благодаря его антикоррозийным свойствам.

Проводимые исследования показывают снижение темпов коррозии в водооборотных системах предприятия от 0,6 мм до 0,1 мм в год.

Для предотвращения коррозии углеродистых сталей в воде достаточна концентрация натрия полифосфата менее 10 мг/л в зависимости от жесткости воды... 2-3 кг/м³ воды или 0,2-0,3 % веса проточной воды и рН=7-8.

Уменьшение отложений Са в трубопроводах, при применении натрия полифосфата, продлевает ресурс котлов, препятствует снижению теплопроводности водонагревателей и пропускной способности трубопроводов.

Натрия полифосфат может использоваться в индивидуальном теплоснабжении частных сооружений и требует однократного внесения, за отопительный сезон.

Недостатки

К недостаткам следует отнести:

• пониженное значение рН водных растворов (рН~7,5);
• более сложный анализ концентрации водных растворов;
• снижение щелочности котловой воды;

Значение рН раствора натрия полифосфат (ПФН) составляет 7,5-8,0 против рН 11-12 у тринатрийфосфата. Для поднятия величины рН в рабочий раствор ПФН, можно добавлять тринатрийфосфат в небольшом количестве (около 50 г на 1 м³ раствора).

Техническое применение

В химической промышленности применяется, как ингибитор солей, как компонент моющих средств (например Калгон);

Ингибиторы - это вещества, которые замедляют или предотвращают кристаллизацию малорастворимых солей из раствора.

В текстильной промышленности применяют для предупреждения образования на тканях кальциевых солей;

В нефтяной промышленности, в технологических процессах бурения скважин при фильтрации пульп и растворов;

В целлюлозно-бумажной промышленности, он участвует в разнообразных технологических процессах производства бумаги.

В теплоносителях систем отопления происходит концентрация примесей (анионов, катионов, взвешенных частиц), превышающая пределы их растворимости. В результате они образуют твердую накипь, мешают теплоотдаче и снижают производительность котлов на 10-20 % и более.

Для умягчения воды

Полифосфат натрия технический широко используется в промышленных системах умягчения воды. Является наиболее активным водосмягчающим средством с высокой хелатной способностью, т.е. образует устойчивые комплексы за более короткое время и при более низких температурах (20-40° С), чем триполифосфат натрия и другие фосфаты.

Защиты трубопроводов в системах технического водоснабжения

Натрия полифосфат обладает способностью создавать с ионами кальция и другими ионами металлов растворимые комплексы, в результате чего ионы кальция, а также железа удерживаются в растворе. Именно это предотвращает образование карбонатных отложений кальция и железа, ухудшающих теплопередачу. При избытке ионов кальция образуется труднорастворимое соединение Ca₅(P₃O₁₀)₂, поэтому необходимо строго соблюдать соотношение концентраций полифосфата и ионов кальция (необходим некоторый избыток полифосфата натрия).

Натрия полифосфат применяют в качестве ингибитора коррозии и отложения солей кальция (карбонатов кальция) в системах подачи естественных вод, а также охладительных циркуляционных систем технического водоснабжения.

Оптимальная концентрация натрия полифосфата для систем трубопроводов из углеродистых сталей зависит от состава воды и скорости её движения. Для обработки пресных вод, содержащих хлориды чаще всего концентрация натрия полифосфата составляет от 0,5 до 10 мг/л. В редких случаях, когда пресная вода содержит соли или скорости движения воды нет (стоячая вода) - эта концентрация имеет большие значения и составляет 100 мг/л. Для случаев использования морской воды концентрация натрия полифосфата достигает 4000 мг/л.

Достоинства применения полифосфата натрия - отсутствие токсичности и ингибиторная защита при малых концентрациях.

Обработки питьевой воды от образования накипи и от коррозии

В отличии от обработки технической воды, для питьевой воды санитарными нормами установлены жесткие требования по применению ингибиторов. Допускается натрия полифосфата в количестве не более 4-5 мг/л в расчете на P₂O₅.

Предотвращения накипи в охладительных системах автомобиля

Двигатели внутреннего сгорания автомобилей с водяным охлаждением требуют ухода за системой охлаждения. Без этого смазочное масло может превратиться в нагар и заклинит двигатель.

Существуют требования к воде для охлаждения двигателей:

• вода должна быть мягкой. Наличие ионов жесткости (Ca²⁺, Mg²⁺) не должно превышать 2 ммоль/л.
• вода должна быть прозрачной. Наличие мути в виде взвешенных частиц не должно превышать 1 г/л.

Если эти требования не выполняются, то в радиаторе и системе охлаждения неизбежно образуется накипь, состоящая из нерастворимых солей: карбонатов, силикатов, фосфатов, солей магния.

Для того, чтобы предотвратить образование накипи применяют натрия полифосфат. Для смягчения очень жесткой воды необходимо внести 4 г натрия полифосфата в 10 л воды. Раствор прокипятить, затем отфильтровать. После этого вода становится мягкой и готова к применению в системе охлаждения двигателя.

Применение в пищевой промышленности

Основные используемые свойства:

• влагоудерживающий агент (поваренная соль усиливает действие);
• реагент для создания пены (улучшает стойкость пены);

  Создают условия для улучшенного пенообразования.

• замедляет химические реакции;
• фиксатор окраски;
• стабилизатор;

  Пищевые стабилизаторы - формируют и сохраняют консистенцию, текстуру, форму и потребительские качества продуктов питания. Добавки с индексом (E-400 - E-499) сохраняют консистенцию продуктов, повышают их вязкость.

• эмульгатор (эмульгирующая соль);

  К эмульгирующим солям относят вещества, добавка которых способствует образованию эмульсии, но эмульгаторами являются не сами эти вещества, а продукты их взаимодействия с белковыми молекулами субстрата.

• синергист антиоксидантов;

  Вещества, усиливающие действие анти-оксидантов, но не обладающие антиокислительными свойствами.

• питание для дрожжей;
• способствует проникновению масляной заливки в мышечную ткань;

Применяется при производстве мясных и рыбных консервированных и быстрозамороженных продуктов для улучшения текстуры, а также при производстве плавленых сыров в качестве солеплавителя. Один или в сочетании с другими стабилизаторами применяется в производстве сливок, сгущенного молока, сухих молока и сливок.

Рыбный фарш

Вкусовые качества, консистенция и внешний вид продуктов из рыбного фарша значительно улучшаются, когда в фарш добавляют натрий полифосфат в количестве 1-2% от массы мяса рыбы (в пересчете на P₂O₅). Натрия полифосфат применяют при производстве жареных рыбных сосисок, рыбных сарделек, копченой рыбной колбасы, деликатесных рыбных палочек, паштета из копченой рыбы и др.

Для получения рыбопродуктов с хорошей консистенцией необходимо вводить добавки в определенной очередности: сначала воду, затем натрия полифосфат, затем поваренную соль.

Обработка рыбного филе

В результате обработки полифосфатом натрия филе пресноводных рыб (судак, щука, форель, сиг) вытекание сока при дефростации уменьшается в среднем на 60%. Это происходит за счет увеличения веса филе погружением в раствор натрия полифосфата перед заморозкой. После дефростации филе теряет вес, который соизмерим с весом, набранным при обработке полифосфатом натрия. Таким образом, филе может выдержать даже шестикратное повторное замораживание без потери веса.

Действие полифосфата натрия на рыбное филе объясняется денатурацией белков мяса (образованием сплошной пленки из денатурированных белков на поверхности разрезов). Образующаяся пленка препятствует вытеканию сока как в процессе замораживания, так и в процессе дефростации. Проникновение натрия полифосфата вглубь мяса практически отсутствует.

Поваренная соль усиливает действие натрия полифосфата. Например, потери тканевого сока у филе судака обработанного только триполифосфатом натрия составляют 1,8%. Эти же потери при совместной обработке (натрий триполифосфат + поваренная соль) составляют 0,3%.

Обработка филе может производиться различными методами: погружением, опрыскиванием, шприцеванием. Обработку производят после зачистки и мойки. Концентрация раствора натрия полифосфата составляет 1-2,5% в пересчете на P₂O₅. Для метода погружения продолжительность пребывания в растворе составляет 5-30 мин. Погружение требует дополнительного оборудования в виде ванн. При длительном хранении эксплуатируемого раствора натрия полифосфата в ваннах наблюдается его загрязнение и прокисание. Метод шприцевания более чистый.

Рыбные пресервы и консервы

Натрия полифосфат применяют в производстве рыбных пресервов и консервов для повышения влагосвязывающей способности, улучшения консистенции рыбы и сохранения цвета продукта. Натрия полифосфат способствует проникновению масляной заливки в мышечную ткань рыбы.

При изготовлении пресервов из сельди перед маринованием в уксусно-солевом растворе сельдь выдерживают в 10% растворе натрия пиросульфита (в пересчете на P₂O₅) в течение 30-60 секунд.

Обработка морепродуктов

Натрия полифосфат применяют для обработки морепродуктов: креветок, крабов, морских гребешков, кальмаров.

При дефростации морепродуктов наблюдаются потери их массы. При этом чем продукт имеет меньшие размеры, тем больше потери массы. При дефростации крупных креветок потери достигают 7%, а мелких - 12%. Потери массы при дефростации также зависят от времени хранения морепродуктов перед замораживанием: хранение во льду мелких в течение 5 дней до замораживание увеличивает потери до 15%.

При обработке креветок натрием триполифосфата практически полностью устраняются потери массы при дефростации.

Выход дефростированного продукта составляет 98-103% от массы сырья. Однако, при этом наблюдается некоторое ухудшение окраски и заметное повышение рН продукта, благоприятствующее его микробиологической порче. Технологические режимы обработки креветок зависят от их размера. Мелкие замороженные креветки размораживают под душем или в растворе поваренной соли (1-2%) и натрия полифосфата (0,5-1% в пересчете на P₂O₅). Соотношение раствора и креветок 1:1. Креветки выдерживают в растворе 24 часа при температуре от -2°С до +2°С. Крупные креветки обычно обрабатывают частично очищенными (без плавников хвоста или без головы) в растворе поваренной соли (1-7%) и натрия полифосфата (2-10% в пересчете на P₂O₅). Очищенные полностью креветки выдерживают в растворе 20-90 мин, обезглавленные 6-18 часов. После выдержки в растворе соли и натрия полифосфата креветки промывают, подвергают термообработке и механической очистке с последующей обработкой поваренной солью и замораживанием.

Мясо морского гребешка перед замораживанием обрабатывают погружением на 30 сек в 10% раствор натрия полифосфата (в пересчете на P₂O₅).

Мясо крабов обрабатывают раствором поваренной соли (1,5%) с натрия пирофосфатом (0,45% в пересчете на P₂O₅) и триполифосфата натрия (0,63% в пересчете на P₂O₅). Погружение мяса краба в растворы содержащие более 3% (в пересчете на P₂O₅) пирофосфата натрия или полифосфата натрия полностью предотвращает его посинение, но вызывает появление неприятного побочного привкуса.

Дефростация филе и тушек кальмара в 2-4% растворах (в пересчете на P₂O₅) натрия пирофосфата и натрия триполифосфата позволяет предотвратить потери массы до 4%, а после варки получить продукт приятного светлого цвета и приятной консистенции с выходом на 20% выше, чем из необработанного кальмара.

Производство сидра

Натрий полифосфат применяют в производстве сидров. Сидрами называют продукты сбраживания фруктовых соков с применением винных дрожжей. Имеют прозрачный, без осадка и посторонних включений цвет. Наиболее популярен яблочный сидр, который также называют "яблочным квасом". Но производят и другие виды сидра.

В газированных сидрах при наливе в бокал должна образовываться характерная пена с выделением пузырьков углекислого газа.

Для улучшения стойкости пены в сидр вносят натрий полифосфат (Е452) в количестве до 2 г/л в пересчете на P₂O₅.