Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
BIOADHESIVE FOR THE MANUFACTURE OF A WOOD-BASED COMPOSITE MATERIAL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/112540
Kind Code:
A1
Abstract:
The group of inventions relates to the applied chemistry of adhesive substances and to the wood processing industry. A method for producing a composition comprising a concentrated adhesive base includes the preparation of a culture fluid comprising microorganisms of the species Leuconostoc mesenteroides. An inoculated molasses-serum medium with a strain of Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD is cultivated in a bioreactor. Wood-based composite materials are manufactured by means of a pressing process, using technical gelatin, paraffin and a 20-40% solution of concentrated bioadhesive. The inventions simplify the bioadhesive-manufacturing process and enhance the safety of composite materials.

Inventors:
VIKNIANSKYI, Mykola Lvovych (vul. Novoselskogo, bud. 69 kv. 7, m. Odesa ., 65023, UA)
Application Number:
UA2017/000124
Publication Date:
June 13, 2019
Filing Date:
December 15, 2017
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
VIKNIANSKYI, Mykola Lvovych (vul. Novoselskogo, bud. 69 kv. 7, m. Odesa ., 65023, UA)
International Classes:
C09J105/02; B27N1/02; B27N3/02; B27N3/04; B27N3/08; C08B37/02; C08L5/02; C12N1/20; C12P1/04; C12P19/08
Foreign References:
RU2493002C22013-09-20
RU2236260C22004-09-20
RU2166521C22001-05-10
US20060014861A12006-01-19
Other References:
VEDYASHKINA T.A.: "Poluchenie adgezivnykh materialov iz otkhodov pischevoi promyshlennosti putem mikrobiologicheskogo sinteza", AVTOREFERAT, 2007, Saransk, pages 5 - 6
Attorney, Agent or Firm:
SHCHERBYNA, Mykola Andriiovych (post office box 2, s.m.t. TairoveOdesa, 65496, UA)
Download PDF:
Claims:
Формула изобретения

1. Способ получения биоклея, включающий приготовление культуральной жидкости, содержащей микроорганизмы вида Leuconostoc mesenteroides и питательную среду, приготовление клеевой основы, путём культивирования микроорганизмов при заданных условиях и последующее концентрирование клеевой основы, отличающийся тем, что вначале готовят рабочую партию посевного материала in vitro, путём приготовления регламентированной жидкой питательной среды, в которую вносят штамм Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD и последующего культивирования данного штамма, затем готовят суспензию приготовленного таким образом посевного материала и стерильную жидкую мелассно-сывороточную питательную среду, суспензию посевного материала вносят в жидкую стерильную мелассно-сывороточную питательную среду и приготавливают инокулят, полученный инокулят вводят в жидкую стерильную мелассно-сывороточную питательную среду, полученную инокулированную питательную среду помещают в биореактор и культивируют, а полученную таким образом клеевую основу концентрируют до уменьшения исходного объема, как минимум, в три раза.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве регламентированной жидкой питательной среды используют композицию, содержащую лактобакагар и дистиллированную воду при следующем соотношении компонентов, г/дм3:

лактобакагар . 50— 90

вода дистиллированная . остальное до 1000 г/дм .

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкой мелассно- сывороточной питательной среды используют композицию, содержащую мелассу свекольную, сыворотку молочную сухую распылительной сушки и воду дистиллированную или питьевую при следующем соотношении указанных компонентов, г/дм3: меласса свекольная . 150— 500

сыворотка молочная сухая

распылительной сушки . 75— 150

вода дистиллированная

или питьевая . остальное до 1000 г/дм

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при получении рабочей партии посевного материала штамм Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD культивируют при температуре 23-27°С в течение 48-96 часов.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при получении инокулята культивирование штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD осуществляют на качалке подвесной микробиологической при температуре 23-27°С в течение 24-48 часов.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что при получении клеевой основы культивирование штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD осуществляют в биореакторе при температуре 23- 27°С в течение 48-96 часов.

7. Способ по п.1 , отличающийся тем, что клеевую основу концентрируют с помощью ультрафильтрационной установки с мембранными фильтрами рулонного типа.

8. Композиция ингредиентов для изготовления древесных композитных материалов, содержащая связующее и парафин, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит желатин, а в качестве связующего композиция содержит 20— 40%-ный водный раствор биоклея, полученного по п.1, путём культивирования штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD, при следующем соотношении указанных компонентов, мае. %:

20— 40%-ный раствор концентрированного биоклея 93— 94

технический желатин 4— 5

парафин 1,5— 2,5

9. Композиция по п.8, отличающаяся тем, что для изготовления плит утепления из древесных волокон указанные компоненты берут в следующем соотношении мае. %:

20— 40%-ный раствор концентрированного биоклея 92— 94

технический желатин 4— 5

парафин 1,5— 2,5

10. Способ изготовления древесных композитных материалов, предусматривающий обработку древесных стружек или волокон связующим, формирование ковра и последующее горячее прессование, отличающийся тем, что в качестве связующего используют композицию ингредиентов для изготовления древесных композитных материалов, указанную в п.8, которой обрабатывают предварительно подготовленные древесные стружки или древесные волокна в смесителе пневмораспылителем, а прессование осуществляют в горячем прессе при температуре плат пресса 160— 200°С и удельном давлении 1,6— 3,5 МПа на 1 мм толщины плиты в течение 0,3 до 0,8 минут.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что при получении древесностружечных или древесноволокнистых плит размером 500x500 мм, толщиной 16 мм и плотностью 750— 780 кг/м указанную композицию используют в количестве 9— 12% к массе древесных стружек или волокон, а прессование осуществляют в течение 10— 14 сек.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что при изготовлении плит утеплителя из древесных волокон размером 101 x 101 мм толщиной 51 мм и плотностью 1,45 кг/м , указанную композицию используют в количестве 7— 9 % к массе древесных волокон, а прессование осуществляют в течение 35— 45 сек.

Description:
Биоклей для изготовления древесного композитного материала

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к технологии получения биоклея, полученного путём культивирования микроорганизмов штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD, а также к деревообрабатывающей промышленности, в частности к композиции ингредиентов для изготовления древесных композитных материалов (ДВП, ДСП и плит утепления из древесных волокон), в которой используется биоклей и к способу изготовления древесных композитных материалов с использованием указанной композиции.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ получения клеевой композиции, изложенный в описании изобретения к патенту Российской Федерации Ns 213248.

В соответствии с указанным, исходные компоненты клеевой композиции помещают в реактор и нагревают при постоянном перемешивании в течение 30 мин. с последующим естественным охлаждением до температуры окружающей среды.

Исходные компоненты берут в следующем соотношении, мае. %:

низкомолекулярная фракция

гидролизата декстрана . 25-30

сахароза . 0,2- 1 ,6

лютерная вода . 10-15

глицерин . 2-3

борная кислота . 0,1 -0,2

вода . остальное

Указанный способ имеет следующие недостатки: 1. Низкая клеящая способность вследствие небольшого содержания декстрана в целевом продукте, полученном по указанному способу.

2. Медленное отвердевание клея в связи с отсутствием белков.

Известен способ получения клея, изложенный в описании изобретения к патенту Украины JVb 10316.

В соответствии с указанным способом в реактор с мешалкой, обороты которой 60 об/мин, загружают бутадиенстирольный латекс, к которому добавляют, при постоянном перемешивании, карбамидоформальдегидную смолу, природный мел, соду или подмыльный щелок, 25% -й раствор аммиака и полисахарид, продуцируемый бактерией Bacillus polymyxa 1459 ЛЗ.

Указанные компоненты берут в следующем соотношении, масс.%:

бутадиенстирольный латекс . 10-35

карбамидоформальдегидная смола . 2-25

природный мел . 20-30

сода . 0, 1-0,3

или подмыльный щелок . 17-19

25% -ный раствор аммиака . 1-3

полисахарид, продуцируемый

бактерией Bacillus polymyxa . 20-40.

Данному способу присущи следующие недостатки.

1. Высокая токсичность клея, связанная с наличием таких вредных органических соединений, как карбамидоформальдегид, аммиак, бутадиен и стирол.

2. Высокая стоимость клея в связи с использованием продуктов нефтехимии.

Известен также способ получения клеевой композиции (см. патент Российской Федерации Ns 2343176) в соответствии с которым вначале готовят питательную среду. Для этого мелассу или патоку, являющимися отходом сахарного производства, разбавляют пахтой, являющейся отходом молочной промышленности, и бардой, являющейся отходом спиртовой промышленности, в соотношении 1 :1 :3, далее вносят среду, содержащую микроорганизм Leuconostoc mesenteroides , культивируют при температуре 24-26 °С в течение 24-48 ч. При приготовлении клеевой композиции компоненты тщательно перемешивают.

Данному способу присущи следующие недостатки.

1. Низкая клеящая способность вследствие небольшого содержания декстрана в целевом продукте, полученном по указанному способу.

2. Медленное отвердевание клея в связи с отсутствием белков.

Кроме того, известен способ приготовления клеевой композиции, описанный в международной заявке PCT/RU 2012/000921 от 09.1 1.2012 г. (международная публикация WO 2013/070120, дата международной публикации 16.05.2013).

Вначале готовят питательную среду, используя мелассу, являющуюся отходами сахарного производства, разбавляют сывороткой, являющейся отходом молочной промышленности, и бардой— солодовой дробиной, являющейся отходом пивной промышленности, в соотношении 3:2:5, добавляют гидроксид натрия 1Н до pH = 7,5, далее вносят среду, содержащую микроорганизм Leuconostoc mesenteroides 98,18%, культивируют при температуре 20— 24°С в течение 24— 48 ч. Тщательно перемешивают. По окончанию культивирования в раствор вносят борную кислоту 0,17%, глицерин 1,5% и буру 0,15%. Готовый продукт - клеевая композиция представляет собой вязко-текучую жидкость, темно- коричневого цвета, со слабовыраженным запахом жженого сахара. Клеящая способность по бумаге составляет 4,3 кгс/см . Клеящая способность по дереву, МПа (ДСтП): предел прочности при изгибе — 20; удельное сопротивление нормальному отрыву наружного слоя— 1 ,0. Указанный способ имеет следующие недостатки.

1. Низкая клеящая способность вследствие небольшого содержания декстрана в целевом продукте, полученном по указанному способу.

2. Сложность приготовления клея обусловлена использованием большого количества биокомпонентов.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения клеевой композиции, содержащей полисахариды, глицерин, борную кислоту, включающий перемешивание компонентов. В качестве полисахаридов используют культуральную жидкость, полученную путем добавления в водный раствор мелассы или патоки, являющихся отходом сахарного производства, среды, содержащей микроорганизм Leuconostoc mesenteroides. Культивирование при температуре 24-26°С в течение 22-24 часов и последующее выпаривание объема полученной культуральной жидкости до необходимой консистенции (см. патент Российской Федерации Ш 2211234, МПК C09J 105/02, опубл. 27.08.2003 г.).

Данный способ выбран в качестве прототипа.

Заявляемый способ и прототип имеют следующие общие признаки:

приготовление культуральной жидкости;

использование питательной среды;

использование микроорганизмов (вид Leuconostoc mesenteroides);

приготовление клеевой основы путем культивирования микроорганизмов при заданных условиях;

концентрирование клеевой основы.

Способу по прототипу присущи следующие недостатки.

1. Низкая клеящая способность вследствие небольшого содержания декстрана в целевом продукте, полученном по указанному способу. 2. Низкая эффективность способа обусловленная тем, что концентрирование осуществляют путём упаривания, что приводит к высокой теплоёмкости процесса.

Известна клеевая композиция, содержащая следующие компоненты, мае. %:

культуральная жидкость

с микроорганизмом Leuconostoc mesenteroides 98,8-97,1 борная кислота 0,05-0,2 глицерин 1,00-2,5 бура 0,10-0,25

[см. описание изобретения международной заявки PCT/RU 2012/000921 от 09.1 1.2012 г. (международная публикация WO 2013/070120, дата международной публикации 16.05.2013)].

Указанная композиция имеет следующие недостатки.

Мало продуктивный штамм микроорганизма.

Как следствие меньшее количество производимого полисахарида— декстрана, что приводит к недостаточной клеящей способности получаемого клея. Выбранные компоненты и их количества усложняют производство клея.

Кроме того, известна композиция ингредиентов для получения клея, содержащая, масс. %:

бутадиенстирольный латекс 10-35

карбамидоформальдегидная смола 2-25

природный мел 20-30

сода 0, 1-0,3

или подмыленный щелок 17-19

25%-ный раствор аммиака 1-3

полисахарид, продуцируемый

бактерией Bacillus polymyxa 20-40 (см. патент Украины на изобретение N° 10316).

Основным недостатком указанной композиции является то, что важным компонентом клея является карбамидоформальдегид — опасное и токсичное вещество.

Кроме того, клей содержит другие вредные вещества, например, раствор аммиака, бутадиен и стирол.

Материалы, произведенные с использованием этого клея, не могут считаться экологически безопасными.

Известна клеевая композиция, содержащая следующие компоненты, масс.%:

низкомолекулярная фракция

гидролизата декстрана 25-30

сахароза 0,2-0, 6

лютерная вода 10-15

глицерин 2-3

борная кислота 0,1 -0,2

вода остальное

(см. патент Российской Федерации на изобретение N° 2132348).

Описанная клеевая композиция имеет следующие недостатки.

Производство клея с использованием указанной композиции угрожает зависимостью от поставщиков сырья, и не решает вопрос самостоятельного производства декстрана, так как важнейший компонент клея по указанному способу— гидролизат декстрана— отход производства кровезаменителей полиглюкина и реополиглюкина.

Количество декстрана в указанном способе низкое и обеспечивает низкую клеящую способность.

В составе клея отсутствует компонент содержащий белки, что не способствует быстрой полимеризации клея при использовании. Наиболее близкой из известных заявителю, является композиция ингредиентов, для изготовления древесноволокнистой плиты, содержащая полиакриламидную смолу и парафин. Полиакриламидная смола представляет собой амфотерно-ионную смолу и содержит мономерные звенья с катионными группами и мономерные звенья с анионными группами в соотношении от 7:3 до 3:7, на основании мольного соотношения, и имеет молекулярную массу от 800000 до 3000000. Содержание полиакриламидной смолы от 0,1 до 0,6 мас.% по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах. Содержание парафина от 0,2 до 0,9 мас.% по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах [см. патент Российской Федерации на изобретение No 2493002, владелец патента Нитиха Корпорейшн (Япония)].

Данная композиция выбрана в качестве прототипа.

Прототип и заявляемая композиция имеют следующие общие компоненты:

- связующее;

- парафин.

Данной композиции присущи следующие недостатки.

Полиакриламид синтезируется из акриламида — известного нейротоксина.

Использование акриламида в производстве может нанести вред работникам.

Материалы, произведенные с использованием акриламида, не могут считаться экологически безопасными.

Известен способ изготовления древесно-волокнистой плиты, включающий получение древесного волокна путем размола древесной щепы, введение технологических добавок в древесноволокнистую массу, отлив ковра, обезвоживание и горячее прессование. В процессе размола в древесную щепу вводят пластифицирующую добавку в количестве 0,3— 4,5% от массы сухого волокна, а введение технологических добавок осуществляют в древесноволокнистую массу концентрацией 5— 9% в процессе обезвоживания ковра. В процессе отлива ковра производят формирование лицевого отделочного слоя, в который вводят технологические добавки (см. патент Российской Федерации на изобретение Ш 2622706).

Основной недостаток данного способа — это его сложность, обусловленная тем, что он требует перенастройки оборудования и технологических процессов при производстве древесноволокнистых плит.

Особенно это касается процесса введения пластифицирующей добавки в процессе обезвоживания.

Известен также способ изготовления древесноволокнистой плиты, включающий получение суспензии путем диспергирования древесных волокон в воде; получение ковра путем добавления только парафина и акриламидной смолы в полученную суспензию и выполнения формования листов; горячее прессование полученного ковра и увлажнение или регулирование влажности ковра с последующей сушкой. На стадии получения суспензии суспензию готовят с концентрацией твердых веществ от 2 до 3 мас.% и pH от 3 до 5. На стадии получения ковра амфотерную полиакриламидную смолу, которая представляет собой амфотерно-ионную смолу и содержит мономерные звенья с катионными группами и мономерные звенья с анионными группами в соотношении от 7:3 до 3:7 на основании мольного соотношения, имеющую молекулярную массу от 800000 до 3000000, добавляют в количестве, от 0,1 до 0,6 мас.% по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах. Парафин добавляют в количестве от 0,2 до 0,9 мас.% по отношению к общему содержанию твердых веществ в древесных волокнах, [см. патент Российской Федерации на изобретение N° 2493002, патентовладелец Нитиха Корпорейшн (Япония)].

Данный способ имеет следующие недостатки.

В составе клеевой композиции используется акриламид— токсичное вещество.

Работа с акриламидом вредит работникам производства.

Древесноволокнистые плиты, произведенные по указанному способу, не могут считаться экологически безопасными.

Известен способ изготовления однослойной древесностружечной плиты, предусматривающий обработку древесных стружек клеем в барабанном смесителе и рассеивание обработанных таким образом стружек с помощью рассеивающей головки с последующим прессованием при заданных температуре и давлении (см. патент Украины на изобретение JNs 106774).

Данный способ имеет следующие недостатки.

Изготавливаемая древесностружечная плита имеет один слой, что ограничивает применение в следствие низких эксплуатационных качеств.

Стандартные древесностружечные плиты производятся из трёх слоёв стружки.

Наиболее близким, из известных заявителю, является способ изготовления древесностружечных плит, включающий измельчение сырья, нанесение синтетических связующих веществ, формование ковра, горячее прессование и выдерживание в прессе под давлением. Средний слой древесностружечного ковра формируют из лигноцеллюлозного материала, обработанного паром (см. описание заявки Российской Федерации на изобретение JSfo 99108223).

Данный способ выбран в качестве прототипа.

Прототип и заявляемый способ имеют следующие общие признаки:

- обработка древесных стружек или волокон связующим; - формирование ковра;

- горячее прессование.

Данный способ имеет следующие недостатки.

При изготовлении используется карбамидоформальдегидная смола - токсичное и вредное вещество.

Древесно-стружечные плиты изготовленные по данному способу не могут считаться экологически безопасными.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В основу изобретения поставлена задача создать способ получения биоклея, композицию ингредиентов для изготовления древесных композитных материалов (в состав которой входит заявляемый биоклей) и способ изготовления древесных композитных материалов (с использованием заявляемой композиции), которые обеспечивают:

- безопасность биоклея, за счет исключения наличия в нём вредных химических веществ;

- повышение качества клея, за счет повышения прочности при сдвиге за счет увеличения содержания декстрана;

- уменьшение расхода клея при использовании его, как в качестве средства для склеивания поверхностей, так и в качестве компонента при изготовлении древесных композитов;

- сокращение времени высыхания при склеивании поверхностей различных предметов;

- сокращение времени отвердевания при использовании заявляемого биоклея в производстве древесных композитов;

повышение безопасности композиции ингредиентов для изготовления древесных композитных материалов;

- повышение безопасности технологии изготовления древесных композитных материалов.

Поставленная задача решена группой изобретений объединенных единым изобретательским замыслом, а именно:

1. способом получения биоклея;

2. композицией ингредиентов для изготовления древесных композитных материалов (в состав которой входит биоклей, полученный по заявленному способу);

3. способом изготовления древесных композитных материалов (в котором используется заявленная композиция).

В ПЕРВОМ ИЗОБРЕТЕНИИ поставленная задача решена в способе получения биоклея, включающем приготовление культуральной жидкости, содержащей микроорганизмы вида Leuconostoc mesenteroides и питательную среду, приготовление клеевой основы, путём культивирования микроорганизмов при заданных условиях и последующее концентрирование клеевой основы, тем, что вначале готовят рабочую партию посевного материала (маточной культуры) in vitro, путём приготовления регламентированной жидкой питательной среды, в которую вносят штамм Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD и последующего культивирования данного штамма, затем готовят суспензию приготовленного таким образом посевного материала (маточной культуры) и стерильную жидкую мелассно-сывороточную питательную среду, суспензию посевного материала (маточной культуры) вносят в жидкую стерильную мелассно-сывороточную питательную среду и приготавливают инокулят, полученный инокулят вводят в жидкую стерильную мелассно- сывороточную питательную среду, полученную инокулированную питательную среду помещают в биореактор и культивируют, а полученную таким образом клеевую основу концентрируют до уменьшения исходного объема, как минимум, в три раза.

Кроме того:

- в качестве регламентированной жидкой питательной среды используют композицию, содержащую лактобакагар и дистиллированную воду при следующем соотношении компонентов, г/дм 3 :

лактобакагар . 50-90

вода дистиллированная . остальное до 1000 г/дм ;

- в качестве жидкой мелассно-сывороточной питательной среды используют композицию содержащую мелассу свекольную, сыворотку молочную сухую (распылительной сушки) и воду дистиллированную или питьевую при следующем соотношении указанных компонентов, г/дм : меласса свекольная . 150-500

сыворотка молочная сухая

(распылительной сушки) . 75-150

вода дистиллированная

или питьевая . остальное до 1000 г/дм 3 ;

- при получении рабочей партии посевного материала (маточной культуры) штамм Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD культивируют при температуре 23-27°С в течение 48-96 часов;

- при получении инокулята культивирование штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD осуществляют на качалке подвесной микробиологической при температуре 23-27°С в течение 18-48 часов;

- при получении клеевой основы культивирование штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD осуществляют в биореакторе при температуре 23-27°С в течение 48-96 часов;

- клеевую основу концентрируют с помощью ультрафильтрационной установки с мембранными фильтрами рулонного типа.

Новым в заявляемом способе получения биоклея является:

- использование ранее неизвестного штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD;

- использование регламентируемой жидкой питательной среды;

- использование мелассно-сывороточной питательной среды. Новым также является порядок выполнения операций.

Наличие указанного позволило создать принципиально новую (иную) технологию получения биоклея, качественные показатели которого существенно отличаются от клеев аналогичного назначения.

Штамм Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD депонирован в Депозитарии Института микробиологии и вирусологии им. Д.К. Заболотного Национальной академии наук Украины (Ne в Депозитарии IMBB - 7627 от 9 октября 2017 г.)

В технологии получения клея этот штамм используется впервые. Культивирование данного штамма в процессе получения биоклея позволило повысить содержание декстрана в клее в 1,5-2 раза (т.е. на 150-200%) по сравнению с содержанием его в клее, полученном по способу - прототипу и других способах получения клея с использованием иных микроорганизмов, например, Bacillus polymyxa.

Как следствие, биоклей, полученный по заявляемому способу, имеет технологические характеристики, намного превышающие характеристики клея, полученного по способу-прототипу и другими способами. В частности, прочность при сдвиге заявляемого биоклея составляет 4,75 МПа, что в 5 раз выше по сравнению с прочностью при сдвиге клея, полученного по способу -прототипу.

Существенным также является улучшенные характеристики заявляемого биоклея при использовании его при получении древесных композитов в частности, древесноволокнистых плит (ДВП), древесностружечных плит (ДСП) и древеснокомпозитных утеплителей. Биоклей, полученный по заявленному способу, отвердевает в композитах за 24 часа. Клей, полученный по прототипу, отвердевает в композитах за 48 часов, что в 2 раза дольше. Это свойство заявляемого биоклея позволяет почти в два раза сократить время производства целевых продуктов - ДВП, ДСП и древеснокомпозитных утеплителей. И ещё одним важным преимуществом обладает биоклей, получаемый по заявленному способу. При использовании биоклея в производстве ДСП его расход снижается на 20%. Это связано со свойством декстрана продуцируемого штаммом Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD, а именно, он имеет тенденцию более высокой абсорбции лигноцеллюлозой и целлюлозой, т.е. древесными и бумажными волокнами.

Состав мелассно-сывороточной жидкой питательной среды разработан заявителем.

Условия культивирования штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD на разных стадиях различны. Они установлены заявителем экспериментальным путём.

Совокупность перечисленного выше позволило обеспечить:

- значительное улучшение технологических характеристик биоклея;

- повышение безопасности, за счет исключения токсичных органических и минеральных веществ;

- использование возобновляемых ингредиентов (свекольная меласса, молочная сыворотка - побочных продуктов, практически отходов, пищевой промышленности).

Способ получения биоклея предусматривает следующие биотехнологические стадии.

I Приготовление рабочей партии посевного материала in vitro.

II Производство инокулята.

III Получение клеевой основы.

IV Концентрирование клеевой основы.

На I стадии готовят рабочую партию посевного материала на агаризованных регламентированных питательных средах на чашках Петри. Рабочая партия посевного материала - это маточная культура бактерий и регламентированная питательная среда, на основе сухой питательной среды Лактобакагар (среда MRS, среда Бликфельда).

Состав питательной среды для приготовления рабочей партии посевного материала является общеизвестным, в отличии от питательной среды для производства клеевой основы.

Состав регламентированной питательной среды:

лактобакагар . 50-90 г/дмЗ;

вода дистиллированная . до 1000,0 г/ дм 3 .

Подготовка регламентированной питательной среды.

Питательная среду сухую растворяют в дистиллированной воде, корректируют pH до 5,3±0,5.

Полученный раствор доводят до кипения, кипятят 3 минуты, и фильтруют через ватно-марлевый фильтр, после чего стерилизуют в автоклаве 15 минут при 1,1 атмосферы и температуре 121±1 °С.

Стерилизованную питательную среду охлаждают до 45-50°С, после чего разливают в стерильные чашки Петри слоем 4-5 мм. Перед посевом маточной культуры чашки со средой выдерживают в термостатах при температуре 37°С на протяжении 24 часов.

Посев культуры на регламентированную среду.

Засевают штамм Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD в чашки Петри в стерильных условиях с использованием стерильного инструментрария.

Посеянный штамм Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD выращивают 48-96 часа при температуре 23-27 °С.

Использование и хранение полученной рабочей партии посевного материала. Чашки Петри с посевным материалом хранят при температуре 6±2 °С сроком до 1 месяца и используют их в качестве маточной культуры при изготовлении клеевой основы.

На II стадии готовят инокулят.

Инокулят для производства клеевой основы - это суспензия рабочей партии посевного материала и жидкая мелассно-сывороточная питательная среда.

Объём инокулята должен составлять не менее 7-10% от объема партии, которую планируется получить в результате производственного цикла.

Суспензию готовят в следующем порядке.

В условиях стерильного бокса в каждую чашку Петри с чистой культурой штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD, полученной на I стадии, добавляют 5-6 см 3 физиологического раствора (0,85 г хлористого натрия на 100 см дистиллированной воды).

В каждой из чашек Петри с помощью микробиологической петли готовят суспензию посевного материала штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD, аккуратно снимая с агаризованного косяка выросшую культуру и тщательно перемешивая её с физиологическим раствором в чашке Петри.

Состав жидкой питательной среды:

меласса свекольная согласно ДСТУ 3696. 150-500 г/дм

сыворотка молочная сухая распылительной

сушки согласно ДСТУ 4552. 75-150 г/дм 3 вода дистиллированная согласно ГОСТ 6709

или вода питьевая согласно ДСТУ 7525. остальное до 1000 г/дм

Приготовление жидкой питательной среды.

Для приготовления 1 дм жидкой мелассно-сывороточный питательной среды тщательно смешивают компоненты в воде с температурой 35-40°С.

Получение инокулята (3 этапа). 1. Подготовка к засеванию.

Инокуляционные ёмкости заполняют жидкой питательной средой на 30-40%, при условии, что pH среды находится в пределах 7,0±0,5. При необходимости уровень pH корректируют, используя 20% раствор едкого натра.

Наполненные ёмкости закрывают крышками, и автоклавируют 40 минут при температуре 121°С. Затем охлаждают до температуры 28°С.

2. Засевание.

В микробиологическом боксе инокуляционные ёмкости со стерильной жидкой питательной средой засевают суспензией посевной культуры. Для этого в условиях стерильного бокса над пламенем спиртовки вносят в каждую инокуляционную ёмкость суспензию из одной чашки Петри. Затем ёмкости закупоривают крышками из плотной ткани или клеёнки и завязывают шпагатом.

3. Получение инокулята для основы биоклея

Засеянные инокуляционные ёмкости выставляют на микробиологическую качалку и присоединяют систему терморегуляции. Культивированиие (биосинтез инокулята) проводят на качалке подвесной микробиологической при температуре 23-27°С на протяжении 24-48 часов.

Определяют чистоту инокулята, который не должен содержать постороннюю микробиоту на протяжении всего периода культивирования. Кроме того, определяют оптическую плотность инокулята на спекрофотометре с длиной волны 660 нм в кювете 10 мм. Оптическая плотность в инокуляте должна находиться в интервале 0,19-0,25.

На III стадии получают клеевую основу.

Для получения клеевой основы инокулят помещают в жидкую мелассно-сывороточную среду, состав которой указан выше (при описании II стадии). Жидкую мелассно-сывороточную питательную среду подготавливают к инокуляции стерилизуя в автоклаве при 0,1 1 МПа и температуре 121°С в течение 40 минут.

Для инокуляции используется инокулят полученный на II стадии. На одну ёмкость используют 10% инокулята от общего объёма питательной среды.

Полученную инокулированную питательную среду культивируют в подготовленной стерильной ёмкости — биореакторе. Культивирование осуществляют в течение 48-96 часов при температуре 23-27°С.

При получении клеевой основы в небольших количествах в лабораторных условиях культивирование осуществляют в стеклянных ёмкостях (бутылях) на микробиологической качалке при указанных режимах.

На последней IV стадии осуществляют процесс концентрирования клеевой основы.

Концентрирование клеевой основы - процесс подготовки клеевой основы к непосредственному использованию, т.е. получению целевого продукта - биоклея.

Концентрирование проводят с помощью ультрафильтрационной установки с мембранными фильтрами рулонного типа.

Параметры мембраны для концентрирования: 10-20 кило Дальтон.

Полученный концентрат, целевой продукт, густой жидкий клей, объёмом в 3 раза меньше, чем у исходной клеевой основы. В тару с полученным клеем вводят антисептик (1-1,5% от массы полученного клея): сорбат калия или борную кислоту.

Фильтрат — водные отходы с незначительным содержанием компонентов питательных сред: свекольной мелассы и молочной сыворотки. ВО ВТОРОМ ИЗОБРЕТЕНИИ поставленная задача решена композицией ингредиентов для изготовления древесных композитных материалов, содержащей связующее и парафин, тем, что, в отличие от прототипа, она дополнительно содержит желатин, а в качестве связующего композиция содержит 20-40%-ный водный раствор биоклея, полученного, путём культивирования штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD, при следующем соотношении указанных компонентов, масс %:

20— 40%-ый раствор концентрированного биоклея 93— 94 технический желатин 4— 5

парафин 1 ,5— 2,5

Для изготовления плит утепления из древесных волокон указанные компоненты берут в следующем соотношении, масс %:

20— 40%-ный раствор концентрированного биоклея 92— 94 технический желатин 4— 5

парафин 1 ,5— 2,5

В ТРЕТЬЕМ ИЗОБРЕТЕНИИ поставленная задача решена способом изготовления древесных композитных материалов, предусматривающим обработку древесных стружек или волокон связующим, формирование ковра и последующее горячее прессование, тем, что, в отличие от прототипа, в качестве связующего используют композицию ингредиентов для изготовления древесных композитных материалов, указанную во втором изобретении, которой обрабатывают предварительно подготовленные древесные стружки или древесные волокна в смесителе пневмораспылителем, а прессование осуществляют, в горячем прессе при температуре плат пресса 160— 200 °С и удельном давлении 1,6— 3,5 МПа на 1 мм толщины плиты в течение 0,3 до 0,8 минут.

При получении древесностружечных или древесноволокнистых плит размером 500x500 мм, толщиной 16 мм и плотностью 750— 780 кг/м указанную композицию используют в количестве 9— 12% к массе древесных стружек или волокон, а прессование осуществляют в течение 10— 14 сек.

При изготовлении плит утеплителя из древесных волокон размером 101 x 101 мм толщиной 51 мм и плотностью 1,45 кг/м 3 , указанную композицию используют в количестве 7— 9 % к массе древесных волокон, а прессование осуществляют в течение 35— 45 сек.

Заявляемые изобретения: способ получения биоклея, композиция ингредиентов для изготовления древесных композитных материалов и способ изготовления древесных композитных материалов имеют множество преимуществ, среди которых:

- при использовании и обработке полученных древесных композитных материалов не выделяются вредные и токсичные соединения;

- здоровье работников не подвергается опасности во время производства древесных композитных материалов и их дальнейшей обработки;

- утилизация полученных древесных композитных материалов происходит без нанесения вреда экологии, вследствие отсутствия вредных компонентов.

Кроме того, заявляемые изобретения намного проще существующих аналогичных решений т.к. они позволяют отказаться от использования материалов из невосстанавливаемых источников, таких как продукция нефтехимии.

Взамен этого, применяется сырьё из восстанавливаемых источников. Компоненты биоклея— отходы сахарного и молочного производств.

Лёгкий доступ к указанным компонентам повышает эффективность и экономическую целесообразность производства. При этом потребительские свойства полученных древесных композитных материалов соответствуют требованиям деревообработки и мебельной промышленности.

Композицию ингредиентов для изготовления древесных композитных материалов готовят в следующем порядке.

Вначале готовят 20— 40%-ый водный раствор биоклея, полученного путем культивирования штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD. Затем 20-40%-ный водный раствор биоклея подогревают до 70— 75°С. При достижении указанной температуры к нагретому 20— 40%-ному водному раствору биоклея добавляют 4— 5 мас.% технического желатина, который растворяется в разогретом водном растворе биоклея. После растворения технического желатина в полученную смесь вводят 1 ,5— 2,5 мае. % парафина.

Смесь 20— 40%-ного водного раствора биоклея, технического желатина и парафина тщательно перемешивают в течение 15— 30 мин.

Полученная таким образом композиция представляет собой вязкую жидкость коричневого цвета. Данная композиция предназначена для изготовления древесных композитных материалов: древесностружечных, древесноволокнистых плит и плит утеплителя из древесного волокна.

Способ изготовления древесных композитных материалов осуществляется в следующем порядке.

Древесная стружка или древесные волокна, например, хвойных пород, полученные одним из известных способов, например, изложенным на http://stroitelstvo-new.ru/drevesina/dsp_2.shtml или на http.V/stroitelstvo- new.ru/drevesina/dvp_2.shtml, загружается в смеситель, например, барабанного типа.

В смесителе древесная стружка или древесные волокна обрабатывается композицией для изготовления древесных композитных материалов пневмораспылителем. При изготовлении древесноволокнистых или древесностружечных плит используется композиция, содержащая следующие ингредиенты, мас.%:

20-40%-ый водный раствор биоклея .93,0— 94,0

технический желатин . 4,0— 5,0

парафин . 1,5— 2,5

При изготовлении плит утепления из древесных волокон используется композиция, содержащая следующие ингредиенты, мас.%:

20-40%-ный водный раствор биоклея .92,0— 94,0 технический желатин . 4,0— 5,0

парафин . 1,5— 2,5

Обработка древесной стружки указанной композицией называется осмоление распылительным методом.

Осмоленная древесная стружка выгружается транспортёром и направляется на формирование ковра в формирующие устройства. Формирующие устройства принимают осмоленную стружку и высыпают её ровными слоями на проходящие под ними поддоны или ленточные транспортеры для получения трехслойного ковра, при этом,

1-й слой содержит 54 часть осмоленной мелкой стружки;

2-й слой содержит крупную стружку;

3-й слой содержит 5 часть осмоленной мелкой стружки. Полученный многослойный стружечный ковёр разделяется на пакеты, которые направляются конвейером на подпрессовку для уменьшения размера пакета и повышения его транспортабельности. Подпрессовка производится при удельном давлении 0,7— 1,5 МПа

Конвейер перемещает пакеты в пресс для подпрессовки, после чего пакеты становятся плотными, обладающими транспортной прочностью брикетами. После подпрессовки брикеты поступают в пресс для горячего прессования. При поддонном прессовании брикеты поступают на поддонах в многоэтажный гидравлический пресс для горячего прессования. При бесподдонном прессовании брикеты выкладываются лентой непосредственно на горячие плиты пресса.

Прессование производится при 160— 200°С и удельном давлении 1,6— 3,5 МПа. В зависимости от удельного давления продолжительность прессования составляет от 0,3 до 0,8 мин на 1 мм толщины плиты.

Готовые плиты выгружаются из пресса и складываются штабелями.

В таком состоянии плиты выдерживаются 24— 48 часов до полного остывания. После этого готовые плиты, в случае необходимости, поступают на обрезку, шлифовку, сортировку, раскрой на мебельные щиты или складирование полноформатных щитов.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Примеры осуществления способа получения биоклея.

Пример 1

Получали 2000 г биоклея, как описано выше.

При приготовлении рабочей партии посевного материала использовали регламентированную питательную среду, содержащую, г/дм :

• лактобакагар .71 ;

• воду дистиллированную . 929.

Посеянный штамм Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD культивировали в течение 72 часов при температуре 25°С.

При получении инокулята использовали питательную среду, содержащую, г/дм 3 :

• мелассу свекольную . 300;

• сыворотку молочную сухую

распылительной сушки . 100;

воду дистиллированную 600. Культивирование штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD осуществляли при температуре 25°C в течение 35 часов на качалке подвесной микробиологической.

При получении клеевой основы культивирование штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD осуществляли в биореакторе в течение 72 часов при температуре 25°С.

Полученный биоклей имел следующие характеристики:

непрозрачная жидкость,

тёмно-коричневого цвета,

с запахом компонентов (свекольной мелассы, молочной сыворотки), вязкость 29 MM 2, C _1 ;

Клеящая способность 100 кгс/см2

Пример 2

Получали 2000 г биоклея, как описано выше.

При приготовлении рабочей партии посевного материала использовали регламентированную питательную среду, содержащую, г/дм :

• лактобакагар .50;

• воду дистиллированную . 950.

Посеянный штамм Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD культивировали в течение 48 часов при температуре 23°С.

При получении инокулята использовали питательную среду, содержащую, г/дм 3 :

• мелассу свекольную . 150;

• сыворотку молочную сухую

распылительной сушки . 75;

• воду питьевую . 775.

Культивирование штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD осуществляли при температуре 23 °С в течение 24 часов на качалке подвесной микробиологической. При получении клеевой основы культивирование штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD осуществляли в биореакторе в течение 48 часов при температуре 23 °С.

Полученный биоклей имел следующие характеристики:

непрозрачная жидкость,

тёмно-коричневого цвета,

с запахом компонентов (свекольной мелассы, молочной сыворотки), вязкость 34 MM 2, C _1 ;

Клеящая способность 96 кгс/см

Пример 3

Получали 2000 г биоклея, как описано выше.

При приготовлении рабочей партии посевного материала использовали регламентированную питательную среду, содержащую, г/дм 3 :

• лактобакагар .90;

• воду дистиллированную . 910.

Посеянный штамм Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD культивировали в течение 96 часов при температуре 27° С.

При получении инокулята использовали питательную среду, содержащую, г/дм 3 :

• мелассу свекольную . 500 ;

• сыворотку молочную сухую

распылительной сушки . 150;

• воду дистиллированную . 350.

Культивирование штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD осуществляли при температуре 27°С в течение 96 часов на качалке подвесной микробиологической.

При получении клеевой основы культивирование штамма Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ORGANAD осуществляли в биореакторе в течение 96 часов при температуре 27°С. Полученный биоклей имел следующие характеристики:

непрозрачная жидкость,

тёмно-коричневого цвета,

с запахом компонентов (свекольной мелассы, молочной сыворотки), вязкость 36 мм 2 *с’;

Клеящая способность 100 кгс/см 2

Пример 4

Получали композицию для изготовления древесноволокнистых плит, как описано выше.

Компоненты композиции брали в следующем соотношении, мас.%:

20%-ый водный раствор биоклея . 94,0

технический желатин . 4,0

парафин . 2,0

Пример 5

Получали композицию для изготовления древесноволокнистых плит, как описано выше.

Компоненты композиции брали в следующем соотношении, мас.%:

40%-ный водный раствор биоклея . 93,0

технический желатин . 4,5

парафин . 2,5

Пример 6

Получали композицию для изготовления древесноволокнистых плит, как описано выше.

Компоненты композиции брали в следующем соотношении, мас.%:

31 %-ный водный раствор биоклея.... 93,5

технический желатин . 5,0

парафин . 1,5 Пример 7

Приготовили композицию для изготовления древесностружечных плит, как описано выше. Компоненты брали в следующем соотношении, мас.%:

20%-ный водный раствор биоклея .93,5

технический желатин . 5,0

парафин . 1,5

Пример 8

Приготовили композицию для изготовления древесностружечных плит, как описано выше. Компоненты брали в следующем соотношении, мас.%:

31%-ый водный раствор биоклея .94,0

технический желатин . 4,0

парафин . 2,0

Пример 9

Приготовили композицию для изготовления древесностружечных плит, как описано выше. Компоненты брали в следующем соотношении, мас.%:

40%-ный водный раствор биоклея .93,0

технический желатин . 4,5

парафин . 2,5

Пример 10

Приготовили композицию для изготовления плит утепления из древесных волокон, как описано выше. Компоненты брали в следующем соотношении, мас.%:

31%-ный водный раствор биоклея .93,0

технический желатин . 4,5

парафин . 2,5

Пример 11

Приготовили композицию для изготовления плит утепления из древесных волокон, как описано выше. Компоненты брали в следующем соотношении, мас.%: 20%-ный водный раствор биоклея .92,0

технический желатин . 5,0

парафин . 2,0

Пример 12

Приготовили композицию для изготовления плит утепления из древесных волокон, как описано выше. Компоненты брали в следующем соотношении, мас.%:

40%-ный водный раствор биоклея .94,0

технический желатин . 4,5

парафин . 1,5

Полученные композиции представляли собой вязкие жидкости коричневого цвета.

При этом наблюдались следующие различия:

для примеров JNfsjsfo 4, 7 и 11 : цвет коричневый, заметна более жидкая консистенция, чем у остальных примеров;

для примеров N2N2 6, 8 и 10: цвет коричневый насыщенный, вязкая жидкость;

для примеров N2N2 5, 9 и 12: цвет тёмно-коричневый, вязкая густая жидкость.

Композиции, указанные в примерах 4— 12, пригодны для использования в качестве связующего при изготовлении древесных композитных материалов.

Примеры изготовления древесных композитных материалов и плит утеплителя.

Пример 13

Изготовили трёхслойные древесностружечные плиты, как описано выше.

Технологическая характеристика плит:

толщина . 16 мм, размер . 500 x 500 мм.

В качестве связующего использовали композицию, содержащую следующие ингредиенты:

20% - ный водный раствор биоклея . 270 г,

технический желатин . 13 г,

парафин . 5 г.

Указанной композицией была обработана древесная стружка влажностью 6%, в количестве 2850 г, в том числе:

- на два наружных слоя— 950 г (по 475 г на каждый слой);

- на внутренний слой— 1920 г.

Расход композиции:

- для наружных слоёв— 105 г (11%) на 950 г древесной стружки;

- для внутреннего слоя — 175 г (9%) на 1920 г древесной стружки.

Условия горячего прессования:

- температура плат пресса— 160°С;

- удельное давление прессования— 1,6 МПа на 1 мм толщины плиты;

- продолжительность прессования— 0,3 минуты.

Полученные древесностружечные плиты имели следующие показатели: а) плотность 750 кг/м ,

б) предел прочности при изгибе 21,5 МПа,

в) предел прочности при растяжении перпендикулярно пластин 0,52 МПа,

г) разбухание по толщине 32,3% за 24 часа,

д) содержание формальдегида 0 мг/100 г плиты.

Пример 14

Изготовили трехслойные древесноволокнистые плиты, как описано выше. Характеристика древесноволокнистых плит:

толщина .16 мм,

размер . 500 х 500 мм.

В качестве связующего использовали композицию, содержащую следующие компоненты:

40%-ный водный раствор биоклея .290 г,

технический желатин . 15 г,

парафин . 7 г.

Указанной композицией было обработано древесное волокно хвойных пород влажностью 6% в количестве 2950 г.

Расход композиции— 290 г.

Условия горячего прессования:

- температура плат пресса— 200 °С,

- удельное давление прессования— 2,1 МПа на 1 мм толщины плиты,

- продолжительность прессования— 14 сек.

Полученные древесноволокнистые плиты имели следующие показатели:

а) плотность 780 кг/м ,

б) предел прочности при изгибе 23,5 МПа,

в) предел прочности при растяжении перпендикулярно пластин 0,55 МПа,

г) разбухание по толщине 31,6% за 24 часа,

д) содержание формальдегида 0 мг/100 г плиты.

Пример 15

Изготовили плиты утеплителя из древесных волокон, как описано выше.

Характеристика плит утеплителя:

толщина . 51 мм, размер . 101 x 101 мм.

В качестве связующего использовали композицию, содержащую следующие компоненты:

31%-ный водный раствор биоклея . 7450 г,

технический желатин . 375 г,

парафин . 150 г.

Указанной композицией было обработано древесное волокно влажностью 6% в количестве 95000 г (95 кг).

Расход композиции— 7975 г.

Условия горячего прессования:

- температура плат пресса— 170°С,

- удельное давление прессования— 1,85 МПа на 1 мм толщины плиты,

- продолжительность прессования— 40 сек.

Полученные плиты утеплителя из древесных волокон имели следующие показатели:

а) плотность 1,45 кг/м 3 ,

б) содержание формальдегида 0 мг/100 г плиты.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Заявляемое изобретение позволяет получить промышленным путём экологически безопасный биоклей, композицию ингредиентов для изготовления древесных композитных материалов, на основе биоклея, а также изготавливать древесные композитные материалы (ДВП, ДСП и плиты утепления) с использованием указанной композиции.