Способ получения продукта, имеющего клеящие свойства, из зернового сырья

 

Использование: изобретение относится к горной, бумажной, текстильной и другим отраслям промышленности. Сущность: способ получения продукта, имеющего клеющие свойства, из зернового сырья предусматривает его смешивание со щелочным раствором, введение катализатора, в качестве которого используют соединение меди, перемешивание смеси с одновременным ее аэрированием, проведение процесса при 50 - 100°С до достижения заданного значения pH. 4 табл.

Изобретение относится к получению водорастворимых клеевых составов для использования в бумажной промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, в буровых растворах, текстильной промышленности, а именно к способу получения продукта, имеющего клеющие свойства, из зернового сырья.

Предложенный способ получения продукта с клеющими свойствами из зернового сырья неизвестен и является новым.

Способ заключается в обработке зернового сырья водным щелочным раствором в присутствии катализатора, в качестве которого используют соединения меди, при постоянном перемешивании с одновременным аэрированием. Процесс ведут при 50-100^оС до достижения заданного значения рН.

Целью изобретения является получение продукта с высокой клеющей способностью из зернового сырья, в качестве которого могут быть использованы отходы сельского хозяйства.

В качестве зернового сырья для получения продукта с клеющими свойствами могут быть использованы некондиционные зерна кукурузы (обработанные пестицидами и потерявшие всхожесть); рисовая мучка, образующаяся после шлифования риса; семена зерновых, пораженные грибковыми заболеваниями, и ряд других отходов сельского хозяйства.

Способ заключается в следующем: Зерновое сырье, в качестве которого могут использоваться отходы сельского хозяйства, подлежащие уничтожению, загружают в реактор, добавляют воду, катализатор, в качестве которого используют соединения меди, щелочь и при постоянном перемешивании через раствор пропускают кислород или воздух.

Зерновое сырье состоит из крахмала, белков, жиров и клетчатки. В процессе обработки происходит модификация всех компонентов зернового сырья.

Вторичные и отчасти первичные спиртовые группы крахмала подвергаются окислению с образованием карбоксильных групп и происходит частичный разрыв клюкозидных связей с уменьшением молекулярной массы крахмала. В результате окислительной модификации полисахарид приобретает высокую растворимость в воде.

Под действием щелочи происходит гидролиз жиров и белков с образованием глицерина, солей жирных кислот и аминокислот.

Клетчатка, как и крахмал, в присутствии оснований и соединений меди окисляется кислородом до карбоксилсодержащих производных. Наряду с низкомолекулярными водорастворимыми производными образуются модифицированные карбоксильными группами, но нерастворимые в воде соединения с большой молекулярной массой.

В результате обработки зернового сырья по описанному способу происходит растворение в воде большей его части и снижение вязкости обрабатываемой смеси. Конечным продуктом являются суспензии, содержащие в качестве растворимой части низкомолекулярные жирные кислоты, аминокислоты и карбоксилсодержащие производные углеводов (в виде солей). В качестве нерастворимой части в суспензии присутствует слабо гидролизованный белок, соли карбоксилированной клетчатки и крахмала с высокой молекулярной массой (М.М. более 10⁶).

Процесс обработки зернового сырья полностью прекращается после нейтрализации введенного в реакционную смесь основания кислотами, образующимися в ходе обработки. В некоторых случаях (например, для получения компонентов буровых растворов из зернового сырья) целесообразно вести процесс не до полной остановки реакции, а до значений рН≈12-13. Варьируя количество вводимой щелочи можно менять глубину превращения зернового сырья.

Суспензии, благодаря присутствию в их составе соединений меди, не подвержены загниванию и могут храниться без изменения физико-химических свойств в течение года.

Суспензии могут быть высушены с применением стандартных методов (вальцовые сушки, сушка топочными газами и т.д.) и продукт, обладающий клеющими свойствами, может быть получен в сухом виде.

П р и м е р 1. В стальной реактор емкостью 15 л загружают 1,5 кг рисовой мучки, образующейся после шлифования риса. Добавляют 8,0 л воды и 15 г ацетата меди. Раствор перемешивают и вливают 0,5 л водного раствора КОН с концентрацией щелочи 2 М. Снизу через барботер подают ток воздуха (расход воздуха 1 л/мин). Включают термостатирование. Температура обработки 65^оС. Время обработки 10 ч. За время обработки концентрация щелочи в растворе снижается с 0,1 до 0,05 М. В результате обработки рисовой мучки образуется суспензия с вязкостью 85 сП при 65^оС. При комнатной температуре суспензия переходит в пастообразное состояние.

Полученная суспензия обладает высокой клеющей способностью и может быть использована в качестве одного из компонентов при производстве древесно-стружечных плит (ДСП).

В табл. 1 представлены физико-химические характеристики ДСП, в производстве которых в качестве одного из связующих использована суспензия, полученная обработкой рисовой мучки, и в качестве второго связующего - фенолформальдегидная смола. Для сравнения приведены физико-химические характеристики ДСП с использованием только фенолформальдегидной смолы (КФ-МТ).

Из табл. 1 видно, что замена 25% фенолформальдегидной смолы на водную суспензию продукта, полученного из отходов зернового сырья существенно увеличивает предел прочности ДСП. Кроме того, применение в качестве связующего продукта, полученного из зернового сырья, обеспечивает снижение токсичности ДСП на 30-40%.

П р и м е р 2. В стальной реактор емкостью 15 л загружают 2 кг некондиционных семян пшеницы (пораженных фузариозом), 20 г ацетилацетоната меди и 8,5 л воды. Раствор перемешивают до полного растворения комплекса меди и добавляют 25 г КОН. Включают термостатирование и начинают барботировать через раствор воздух (2,0 л/мин).

Температура обработки 70^оС. Время обработки 25 ч. В результате обработки зерен пшеницы образуется суспензия с вязкостью 10 сП при 70^оС. Содержание щелочи в растворе падает с 0,045 до 0,002 М.

Благодаря высоким клеющим свойствам, продукт, полученный описанным способом из зернового сырья, может быть использован в качестве эффективного прилипателя (инкрустатора) для допосевной обработки семян. Продукт из зернового сырья образует на поверхности семян прочные пленки, способные удерживать протравитель (пестицид), стимуляторы роста, микроэлементы. В табл. 2 приведены данные по осыпаемости пленок с протравителем с поверхности семян кукурузы после встряхивания. Для сравнения приведены данные по осыпаемости наиболее широко применяемого водорастворимого клея, используемого в том числе в качестве инкрустатора семян - натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (Na КМЦ). В качестве протравителя использовался тетраметилтиурамдисульфид (ТМТД).

Осыпаемость пленок после интенсивного встряхивания определяли по уменьшению содержания ТМТД на поверхности зерен кукуpузы.

Как можно видеть из табл. 2, продукт, полученный обработкой зернового сырья, обладает хорошей адгезионной способностью по отношению к зернам кукурузы и значительно прочнее удерживает на поверхности семян пестициды по сравнению с наиболее широко используемым водорастворимым прилипателем - Na КМЦ.

П р и м е р 3. В стальной реактор емкостью 15 л загружают 2 кг зерен кукурузы, обработанных тетраметилтиурамдисульфидом (ТМТД) и потерявших всхожесть (некондиционные семена кукурузы). Добавляют 8 л воды и 25 г CuSO₄˙5H₂O. Раствор перемешивают в течение 1-2 мин до полного растворения соли меди. Добавляют 100 г NaOH, включают термостатирование, механическую мешалку и начинают барботировать кислород (0,3 л/мин).

В ходе обработки поддерживают температуру 75^оС. Время обработки 5 ч. В результате обработки образуется стабильная суспензия с вязкостью 20 сП при 75^оС.

За время обработки концентрация свободной щелочи в растворе падает с 0,25 до 0,03 М. ТМТД по данным спектрофотометрического анализа полностью разрушается в первые 20 мин обработки с образованием нетоксичных сульфатов. Полученная суспензия из-за присутствия ионов меди обладает фунгицидными свойствами и может храниться без изменения свойств в течение нескольких месяцев.

Продукт из зернового сырья может быть использован при бурении нефтяных и газовых скважин в качестве экологически чистой смазывающей добавки, понизителя водной фильтрации и стабилизатора раствора, при этом, как следует из таб. 3, удается исключить использование в качестве смазывающей добавки нефти, применение которой приводит к загрязнению окружающей среды.

Наряду с уменьшением коэффициента трения при замене нефти на продукт из зернового сырья, к положительным свойствам бурового раствора, содержащего данный продукт, следует отнести повышение его плотности и уменьшение водной фильтрации (Ф).

П р и м е р 4. В стальной реактор емкостью 15 л загружают 1.,5 кг рисовой мучки, образующейся после шлифования риса. Добавляют 8 л воды, 10 г ацетата меди и 45 г Са(ОН)₂. Раствор перемешивают и снизу через барботер подают ток кислорода (расход кислорода 0,5 л/мин). Включают термостатирование. Температура обработки 85^оС. Время обработки 3 ч.

За время обработки концентрация основания в растворе снижается с 0,06 до 0,01 М. В результате обработки образуется суспензия с вязкостью 55 сП при 85^оС.

Продукт, полученный обработкой рисовой мучки в присутствии гидроокиси кальция и соли меди, может быть использован в качестве клея в производстве бумаги.

В табл. 4 приведены данные, иллюстрирующие эффективность использования продукта из зернового сырья в производстве бумаги. Испытания проводились на отливках бумаги массой 95±5 г. В качестве эталона приведены результаты испытаний отливок бумаги с использованием традиционного связующего - кукурузного крахмала.

Как можно видеть из табл. 4, использование продукта, полученного из отходов сельского хозяйства, позволяет получать бумагу с лучшими физико-механическими свойствами по сравнению с бумагой, полученной с использованием кукурузного крахмала.

П р и м е р 5. В стальной реактор емкостью 15 л загружают 2,5 кг зерен ячменя, 10 г CuCl, добавляют 7,5 л воды и 250 г NaOH. Раствор перемешивают механической мешалкой, включают термостатирование и снизу через барботер подают ток кислорода (0,3 л/мин).

Температура обработки 95^оС. Время обработки 3 ч. После обработки образуется водная суспензия с вязкостью 5 сП при 95^оС. За время обработки концентрация свободной щелочи в растворе падает с 0,6 до 0,05 М.

Суспензия может быть использована для поверхностной и межслоевой проклейки картона. Наблюдается высокая адгезионная способность продукта из зернового сырья к картону и показатели качества картона с межслоевой и поверхностной проклейкой суспензией, полученной из зернового сырья, выше показателей качества картона с использованием крахмального клея (увеличивается гладкость и сопротивление расслаиванию).

П р и м е р 6. В стальной реактор емкостью 15 л загружают 1 кг семян сорго, 2 г CuSO₄, добавляют 9 л воды и 60 г КОН. Раствор перемешивают механической мешалкой, включают термостатирование и снизу через барботер подают кислород (0,1 л/мин).

Температура обработки 55^оС. Время обработки 7 ч. За время обработки концентрация щелочи в растворе падает с 0,1 до 0,06 М. После обработки образуется водная суспензия с вязкостью 50 сП при 55^оС.

К 1 л суспензии добавляют 1 кг толченого мела и смесь тщательно перемешивают. Образуется паста белого цвета, которая имеет хорошую адгезию к различным поверхностям и может быть использована для внутренних отделочных работ, например, побелки потолков и стен деревянных, кирпичных и бетонных строений. После обработки на поверхности образуется ровный белый слой побелки, устойчивый к осыпанию.

Приведенные данные показывают, что предложенный способ получения продукта, имеющего клеющие свойства, из зернового сырья позволяет получать в одну стадию ценные технические продукты, которые могут быть использованы в качестве эффективных клеев, смазывающих добавок и понизителей фильтрации для буровых растворов, прилипателей для предпосевной обработки семян. Возможность использования в качестве исходного сырья отходов сельского хозяйства, подлежащих уничтожению, является существенным преимуществом данного способа, позволяющим отказаться от применения в качестве клеев пищевых продуктов (крахмала, мучного клейстера, казеина и т.п.).

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДУКТА, ИМЕЮЩЕГО КЛЕЯЩИЕ СВОЙСТВА, ИЗ ЗЕРНОВОГО СЫРЬЯ, характеризующийся тем, что последнее смешивают со щелочным раствором, вводят катализатор, в качестве которого используют соединение меди, смесь перемешивают с одновременным ее аэрированием и процесс ведут при 50 - 100^oС до достижения заданного значения рН.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Кривошеев Сергей Леонидович

Номер и год публикации бюллетеня: 5-2004

(73) Новый патентообладатель:Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук (статус государственного учреждения)

Договор № 18260 зарегистрирован 26.01.2004

Извещение опубликовано: 20.02.2004        

* ИЛ - исключительная лицензия        НИЛ - неисключительная лицензия

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 09.07.2010

Дата публикации: 10.12.2011

---