Область техники

Изобретение относится к области получения клея, применяемого в мебельной и бумажной промышленности.

Предшествующий уровень техники

Известен (US, патент 7651582, C09J 201/0; C08L 61/4; C09J 201/2, опубл.

26.10 2010г.) столярный клей на основе биомассы, содержащей ферментированный остаток гликокаликс, при этом используют микроорганизм, который является бактерией, выбранной из группы, состоящей из видов Ruminococcus и Clostridium.

Применяют также бактерию, состоящей из Ruminococcus Альбус, Ruminococcus flavefaciens, и Clostridium thermocellum и микроорганизм бактерий, имеющий все отличительные признаки микроорганизма выбранной группы, состоящей из Ruminococcus Альбус NRRL В-30653, Ruminococcus flavefaciens NRRL В-30654,

Ruminococcus flavefaciens штамм B34b, и Clostridium thermocellum ATCC 27405.

Применение такого столярного клея в качестве компонента клея для склеивания изделий только из древесины является его недостатком.

Известна клеевая композиция, содержащая полисахариды, глицерин, борную кислоту. В качестве полисахаридов используют культуральную жидкость, полученную из мелассы или патоки, являющиеся отходом сахарного производства, с помощью микроорганизма Leuconostoc mesenteroides при следующем соотношении компонентов, масс.%: культуральная жидкость 97,3 - 97,85; глицерин 2 - 2,5; борная кислота 0,15-0,2. При этом культуральную жидкость получают путем добавления в водный раствор мелассы или патоки, являющихся отходом сахарного производства, микроорганизма Leuconostoc mesenteroides, культивирования при температуре 24- 26° С в течение 22-24 ч с последующим выпариванием объема полученной культуральной жидкости до необходимой консистенции (RU Ν_> 221 1234, МПК7 C09J 105/02, опубл. 27.08.2003 г.). Недостатком известной композиции является то, что культуральная жидкость требует дополнительного упаривания, что приводит к усложнению технологии получения клеевой композиции, кроме того, она имеет недостаточные адгезивные свойства.

Известен способ получения клеевой композиции, содержащей борную кислоту и культуральную жидкость, включающий перемешивание компонентов, при этом культуральную жидкость получают путем добавления в питательную среду, образованную разбавлением мелассы или патоки, являющихся отходами сахарного производства, пахтой, являющейся отходом молочной промышленности, и бардой, являющейся отходом спиртовой промышленности, в соотношении 1 : 1 :3, среды, содержащей микроорганизм Leuconostoc mesenteroides, и культивировании при температуре 24-26°С в течение 24-48 ч. При этом клеевая композиция содержит следующее соотношение компонентов, мас.%: культуральная жидкость 99,85-99,8; борная кислота 0,15-0,2 (RU jV°2343176, МПК C09J 105/02, C09J 7/04, C09J 199/00 опубл. 10.01.2009 г.). Данная композиция выбрана в качестве прототипа. Недостатком известной композиции является достаточно высокая себестоимость, а также недостаточные клеящие свойства.

Основными компонентами природных клеев являются коллаген, казеин, крахмал, альбумин, декстрин и другие биополимеры, имеющие высокую стоимость. Поэтому важен поиск их заменителей на более дешевые. В качестве таковых можно использовать отходы биотехнологических предприятий, содержащие белки, полисахариды и другие вещества обладающие клеящими свойствами.

Задачей, решаемой заявленной клеевой композицией, является снижение ее , себестоимости и расширение области применения.

Технический результат заключается в уменьшении себестоимости получения клеевой композиции путем использования в качестве сырья побочного продукта производства сыров, творога и казеина, отходов пивоваренного производства, увеличении клеящей способности и расширении области использования.

Раскрытие изобретения

Технический результат достигается тем, что клеевая композиция, содержащая как и прототип, борную кислоту и культуральную жидкость, включающую мелассу или патоку, являющихся отходами сахарного производства, барду, и среду, содержащую микроорганизм Leuconostoc mesenteroides, в отличие от прототипа, культуральная жидкость содержит мелассу или патоку, являющихся отходами сахарного производства, барду, являющуюся отходом пивоваренного производства, молочную сыворотку, являющуюся побочным продуктом производства сыров, творога и казеина в соотношении 3:2:5, обработанную 1Н гидроксидом натрия или 1 Н серной кислотой до рН 6,5 - 7,5, при этом клеевая композиция дополнительно содержит глицерин и буру при следующем соотношении компонентов, масс%: культуральная жидкость с микроорганизмом Leuconostoc mesenteroides 97,10 - 98,80

борная кислота 0,05 - 0,20 глицерин 1 ,00 - 2,50 бура 0,10 - 0,25.

Микроорганизмы Leuconostoc mesenteroides относят к молочнокислым бактериям, синтезирующим из сахарозы экзополисахарид - декстран. Декстраны являются основой клеевой композиции и представляют собой полигликозиды, синтезируемые из сахарозы микроорганизмами, а также ферментными препаратами, выделенными из культур тех же микроорганизмов.

Оптимальное значение рН среды - 6,5- 7,5 обеспечено введением 1 Н гидроксида · натрия или 1Н серной кислоты для роста данных бактерий. Выбор реагентов для обеспечения оптимального значения рН в среде обусловлен исходным состоянием рН среды. Если рН находится в кислых пределах (меньше 6) то в среду вводиться раствор 1 Н гидроксидом натрия, а если в щелочном пределе (больше 6). Разбавленные кислоты были выбраны в связи с тем, что они не оказывают влияние па остальные компоненты системы.

Экспериментальным путем установлено оптимальное соотношение компонентов культуральной жидкости 3:2:5. Этот состав выбран, потому что в этих соотношениях бактерия лучше всего растет и вырабатывает наибольшее количество экзополисахарида- декстрана.

Меласса или патока, являющаяся отходом сахарного производства, представляет собой густую темно-коричневую жидкость, которая в своем составе содержит 25-40% сахарозы, минеральные вещества и др. Мелассу или патоку используют в качестве сырья для микробиологического синтеза технического декстрана, на основе которого можно изготавливать экологически чистые дешевые клеевые композиции.

Барда, являющаяся отходом пивоваренного производства, представляет собой жидкость и является более благоприятной основой для культивирования микроорганизмов - источник синтеза декстрана, т.к. содержит полный комплекс минеральных веществ, витаминов и др. Продукт беден кальцием и сравнительно богат фосфором (0,5-1 ,0 г в 1 кг). Лишь 10% пивной барды (солодовая дробина) идет на корм животным, а остальная «выбрасывается». Стоимость 1 т. спиртовой барды составляет 1500 руб., а стоимость 1 т солодовой дробины -200 руб. Использование барды является привлекательной альтернативой из-за низкой ее стоимости.

Молочная сыворотка является побочным продуктом производства сыров, творога и казеина, представляет собой жидкость светло-желтого цвета, содержащую минеральные вещества, витамины и органические кислоты, вследствие чего и является основой для культивирования микроорганизмов. Известно, что предприятия молочной промышленности при производстве сыра, творога и \ казеина получают объем сыворотки около 4 млн. т. _^ Молочная сыворотка большинством заводов сливается в канализацию и лишь 5-7 % используется для приготовления напитков и в косметологии (www.pulscen.ru/pred1/provisions/provisions/milk/sourmilk/49 933 ^' ).

Использование культуральной жидкости с микроорганизмом Leuconostoc mesenteroides, содержащей отходы сахарного производства, а также побочные продукты производства сыров, творога и казеина в массовом соотношении глицерина и буры, значений концентрации гидроксида натрия и серной кислоты и рН среды, выходящих за пределы указанных выше значений не приводит к получению клеевой композиции желаемых характеристик.

Примеры осуществления изобретения

Клеевую композицию готовят следующим образом.

Пример 1. Для приготовления питательной среды берут мелассу, являющуюся отходом сахарного производства, разбавляют сывороткой, являющейся отходом . молочно промышленности, и бардой - солодовой дробиной, являющейся отходом пивной промышленности, в соотношении 3:2:5, добавляют гидроксид натрия 1 Н до рН = 7,5, далее вносят среду, содержащую микроорганизм Leuconostoc mesenteroides 98,8%, культивируют при температуре 20-24° С в течение 24-48 ч. Тщательно · перемешивают. По окончанию культивирования в раствор вносят борную кислоту 0, 1%, глицерин 1 ,00% и буру 0,1%. Готовый продукт - клеевая композиция представляет собой вязко-текучую жидкость, темно-коричневого цвета, со слабовыражениым запахом жженого сахара. Клеящая способность по бумаге составляет 4,7кгс/см ² . Клеящая способность по бумаге у прототипа - 3,5кгс/см . Клеящая способность по дереву, МПа (ДСтП): предел прочности при изгибе - 23; удельное сопротивление нормальному отрыву наружного слоя -1,3. Данные получены в результате испытания по ГОСТ РФ Ns 10635-88 «Плиты древесностружечные. Методы определения предела прочности и модуля упругости».

Пример 2. Для приготовления питательной среды берут мелассу, являющуюся отходом 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 ^* рН = 7,5, далее вносят среду, содержащую микроорганизм Leuconostoc mesenteroides 97,1%, культивируют при температуре 20-24° С в течение 24-48 ч. Тщательно перемешивают. По окончанию культивирования в раствор вносят борную кислоту 0,15%, глицерин 2,5% и буру 0,25%. Готовый продукт - клеевая композиция представляет собой вязко-текучую жидкость, темно-коричневого цвета, со слабовыражениым запахом жженого сахара. Клеящая способность по бумаге составляет 4,3кгс/см . Клеящая способность по бумаге у прототипа - 3,5кгс/см . Клеящая способность по дереву, МПа (ДСтП): предел прочности при изгибе - 20; удельное сопротивление нормальному отрыву наружного слоя -1,0.

Пример 3. Для приготовления питательной среды берут мелассу, являющуюся отходом 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 рН = 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 слабовыражеиным запахом жженого сахара. Клеящая способность по бумаге составляет 4,3кгс/см ² . Клеящая способность по бумаге у прототипа - 3,5кгс/см ² . Клеящая способность по дереву, МПа (ДСтП): предел прочности при изгибе - 20; удельное сопротивление нормальному отрыву наружного слоя -1,0. Как видно из приведенных результатов (сравнение с клеевой композицией по прототипу) предлагаемая клеевая композиция сохраняет клеящую способность на бумажной полоске на достаточно высоком уровне. Выявлено, что заявленная клеевая композиция обладает клеящей способностью по древесине чего не обнаружено у прототипа.

Промышленная применимость.

Получена экологически чистая клеевая композиция на основе декстрана, побочных продуктов производства сыров и отходов сахарного и пивоваренного производств. Клеевая композиция направлена на замену токсичной формальдегидной смолы, используемой при производстве древесных плит, на новые - экологически чистые и безопасные связующие Себестоимость клеевой композиции снижена за счет использования отходов пивоваренного производства и побочных продуктов производства сыров, творога и казеина.

Использование предлагаемой клеевой композиции будет способствовать рациональному использованию образующихся вторичных ресурсов, а также позволит расширить область применения клеевой композиции.