Herstellung und Prüfung der Pflanzensamen Speisen basierte Holzklebstoffe
Summary
To facilitate the effort in seeking more economic and environment-friendly formulations of natural product-based wood adhesives, this work demonstrates the preparation and testing of plant seed-based wood adhesives. This protocol allows one to assess plant seed-based agricultural products as suitable candidates for the substitution of synthetic-based wood adhesives.
Abstract
In letzter Zeit hat das Interesse an Pflanzensamenmehl-basierten Produkten wie Holzklebstoffe stetig erhöht, da diese pflanzlichen Rohstoffen gelten als erneuerbare und umweltfreundlich. Diese natürlichen Produkte können dienen als Alternative zu Erdöl-basierten Klebstoffen, um Umwelt- und Nachhaltigkeitsaspekten zu erleichtern. Diese Arbeit zeigt die Herstellung und Prüfung der Pflanzensamen basierende Holzklebstoffe mit Baumwollsamen und Sojamehl als Rohstoff. Neben unbehandeltem Mahlzeiten, Wasser gewaschen Mahlzeiten und Protein-Isolate werden hergestellt und getestet. Adhesive Schlämme werden durch Mischen einer gefriergetrockneten Mahlzeiten Produkt mit VE-Wasser (3.25 m / m) für 2 Stunden vorbereitet. Jede Klebstoffzubereitung auf einem Ende 2 Holzfurnierstreifen mit einem Pinsel aufgetragen. Die klebrigen Klebstoff beschichteten Bereiche der Holzfurnierstreifen werden durch überlappt und geklebt Heißpressen. Haftfestigkeit wird als die Scherfestigkeit der gebundenen Holzprobe Dehnung berichtet. Wasserbeständigkeit der Klebstoffe wird gemessendie Änderung der Scherfestigkeit des gebundenen Holzproben Dehnung nach Einweichen in Wasser. Dieses Protokoll erlaubt es, Pflanzensamen-basierten landwirtschaftlichen Produkten als geeignete Kandidaten für die Substitution synthetischer Basis Holzklebstoffe zu bewerten. Anpassungen der Klebstoffformulierung mit oder ohne Zusatzstoffen und Bindungsbedingungen könnten ihre Hafteigenschaften für verschiedene praktische Anwendungen zu optimieren.
Introduction
Kleben von Holz spielt eine immer größere Rolle in der Waldprodukt-Industrie und ist ein Schlüsselfaktor für die effiziente Nutzung von Holzressourcen ein. Das Interesse an der Nutzung der natürlichen Produktbasierte Klebstoffe für Holz stieg stetig von den 1930er Jahren, um eine Spitze um 1960 2 zu erreichen. Nach Ablauf dieser Frist ist der Preis für Erdöl-basierten Klebstoffe wurde so niedrig, dass sie verschoben Proteinkleber aus mehreren traditionellen Märkten. In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich dieser Trend mit erneutem Interesse an der Verwendung von Materialien, die erneuerbare, die biologisch abbaubar sind umgekehrt, und umweltverträglicher. Diese natürlichen Ressourcen beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf, Sojaprotein 3-5, Baumwollsamenprotein 6, Reiskleie 7, Weizengluten 8, Getreideschlempe Protein 9, Raps-Protein und Öl 10-12, Lignin aus Sorghum und Zuckerrohrbagasse 13 begrenzt , 14 und Polysacchariden aus Garnelenschalen 15 abgeleitet.
<p class = "jove_content"> Während Samenprotein-Isolate wurden weithin als potenzielle Holzklebstoffe ausgewertet umfasst das Isolierungsverfahren ätzende alkalische und saure Reagenzien und es macht Isolat basierte Klebstoffe relativ teuer und weniger umweltfreundliche 16. So haben einige entfetteten Samen Mahlzeiten (Mehl) mit oder ohne Behandlung auch für die Klebe Zweck getestet, obwohl die Hafteigenschaften dieser Mahlzeiten nicht durchführen sowie Proteinisolaten 17-19. Wir haben der Reihe nach aufgetrennt Baumwollsamenmehl (CM) in verschiedene Fraktionen und untersuchten ihre Haftfestigkeit der Bindung Holzfurniere 20,21. Das wasserunlösliche Feststoffanteil (nachfolgend gewaschen Baumwollsamenmehl-WCM) könnte als Holzklebstoffe, vergleichbar mit Baumwollsamenprotein-Isolat (CSPI) verwendet werden und wäre kostengünstiger herzustellen als CSPI sein.Haftfestigkeit und Wasserbeständigkeit sind zwei kritische Parameter bei der Bewertung der Leistungeine potentielle Klebematerial. Hier wird die Haftfestigkeit als die Scherfestigkeit bei Bruch der Runde Bindung der einzelnen Holzprobe angegeben. Wasserbeständigkeit des Klebemittels durch die Änderung in der Überlappungsscherfestigkeit der verklebten Holzprobe Dehnung aufgrund Wasserbefeuchtungsfüße gemessen. Mit Baumwoll entfettet und Soja-Mahlzeiten als Rohstoffe, bietet dieses Protokoll eine einfache und unkomplizierte Weise und Testpflanzensamen basierende Produkte wie Holzklebstoffe vorzubereiten. Dieses Protokoll wäre hilfreich bei der Erleichterung der Bemühungen bei der Suche nach wirtschaftlicheren und umweltfreundliche Formulierungen der Naturstoffbasis Holzklebstoffe sein.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieser Beitrag stellt eine grundlegende Vorgehensweise zur Vorbereitung und Testpflanzensamen basierende Produkte wie Holzklebstoffe. Die Klebe Schlämmen in diesem Protokoll exampled sind einfach die entfetteten Samenmehl Produkt und Wasser. Verschiedene Klebstoffzusammensetzungen können durch Zugabe von Testreagenzien (wie Natriumdodecylsulfat, Natriumbisulfit oder Tungöl) 5,6,23 und / oder Änderungen in den Mischbedingungen (zB pH-Wert, Verhältnis von Feststoff und Wasser) 3,24 erreicht werd…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Data reported in this work are part of the USDA-ARS National Program 306 Project ‘Values-Added Products from Cottonseed’ research supported by the Agency’s in-house funding. Publication of this paper is supported in part by the Journal of Visualized Experiments. Mention of trade names or commercial products in this publication is solely for the purpose of providing specific information and does not imply recommendation or endorsement by the U.S. Department of Agriculture. USDA is an equal opportunity provider and employer. We acknowledge the constructive comments from JoVE science editor and peer reviewers in the review and revision process.
Materials
| Material and Equipment | Supplier/Manufacturer | Address | |
| defatted cottonseed meal | Kentwood Co-op | Kentwood, LA, USA | |
| defatted soy meal | Kentwood Co-op | Kentwood, LA, USA | |
| wood veneers | Certainly Wood, Inc. | East Aurora, NY, USA | |
| cyclone sample mill (model 3010-014) | UDY Corporation | Fort Collins, CO, USA | |
| Benchtop Heated Press (Model 3856) | Carver, Inc. | Wabash, IN. USA | |
| Materials Tester | Zwick GmbH & Co. | Ulm, Germany |
References
- Frihart, C. R., Hunt, C. G. . Wood Handbook: wood as an engineering material: General technical report FPL; GTR-190. , (2010).
- Lambuth, A. L., Pizza, A., Mittal, K. L. . Handbook of Adhesive Technology. , 457-478 (2003).
- Kalapathy, U., Hettiarachchy, N. S., Myers, D., Hanna, M. A. Modification of soy proteins and their adhesive properties on woods. J. Am. Oil Chem. Soc. 72 (5), 507-510 (1995).
- Li, K., Peshkova, S., Geng, X. Investigation of soy protein-Kymene adhesive systems for wood composites. J. Am. Oil Chem. Soc. 81 (5), 487-491 (2004).
- Qi, G., Li, N., Wang, D., Sun, X. S. Adhesion and physicochemical properties of soy protein modified by sodium bisulfite. J. Am. Oil Chem. Soc. 90 (12), 1917-1926 (2013).
- Cheng, H. N., Dowd, M. K., He, Z. Investigation of modified cottonseed protein adhesives for wood composites. Ind. Crop. Prod. 46, 399-403 (2013).
- Pan, Z., Cathcart, A., Wang, D. Thermal and chemical treatments to improve adhesive property of rice bran. Ind. Crop. Prod. 22 (3), 233-240 (2005).
- Nordqvist, P., et al. Wheat gluten fractions as wood adhesives-glutenins versus gliadins. J. Appl. Polymer Sci. 123 (3), 1530-1538 (2012).
- Bandara, N., Chen, L., Wu, J. Adhesive properties of modified triticale distillers grain proteins. Int. J. Adhes. Adhes. 44, 122-129 (2013).
- Li, N., Qi, G., Sun, X. S., Stamm, M. J., Wang, D. Physicochemical properties and adhesion performance of canola protein modified with sodium bisulfite. J. Am. Oil Chem. Soc. 89 (5), 897-908 (2012).
- Wang, C., Wu, J., Bernard, G. M., Wasylishen, R. E. Preparation and characterization of canola protein isolate -poly(glycidyl methacrylate) conjugates: a bio-based adhesive. Ind. Crop. Prod. 57, 124-131 (2014).
- Kong, X., Liu, G., Curtis, J. M. Characterization of canola oil based polyurethane wood adhesives. Int. J. Adhes. Adhes. 31 (6), 559-564 (2011).
- Xiao, Z., et al. Utilization of sorghum lignin to improve adhesion strength of soy protein adhesives on wood veneer. Ind. Crop. Prod. 50, 501-509 (2013).
- Moubarik, A., Grimi, N., Boussetta, N., Pizzi, A. Isolation and characterization of lignin from Moroccan sugar cane bagasse: Production of lignin-phenol-formaldehyde wood adhesive. Ind. Crop. Prod. 45, 296-302 (2013).
- Patel, A. K., et al. Development of a chitosan-based adhesive. Application to wood bonding. J. Appl. Polymer Sci. 127 (6), 5014-5021 (2013).
- He, Z., Cao, H., Cheng, H. N., Zou, H., Hunt, J. F. Effects of vigorous blending on yield and quality of protein isolates extracted from cottonseed and soy flours. Modern Appl. Sci. 7 (10), 79-88 (2013).
- Amico, S., Hrabalova, M., Muller, U., Berghofer, E. Bonding of spruce wood with wheat flour glue-Effect of press temperature on the adhesive bond strength. Ind. Crop. Prod. 31, 255-260 (2010).
- Gao, Q., Shi, S. Q., Li, J., Liang, K., Zhang, X. Soybean meal-based wood adhesives enhanced by modified polyacrylic acid solution. BioResources. 7 (1), 946-956 (2011).
- Chen, N., Lin, Q., Rao, J., Zeng, Q. Water resistances and bonding strengths of soy-based adhesives containing different carbohydrates. Ind. Crop. Prod. 50, 44-49 (2013).
- He, Z., Chapital, D. C., Cheng, H. N., Dowd, M. K. Comparison of adhesive properties of water- and phosphate buffer-washed cottonseed meals with cottonseed protein isolate on maple and poplar veneers. Int. J. Adhes. Adhes. 50, 102-106 (2014).
- He, Z., Cheng, H. N., Chapital, D. C., Dowd, M. K. Sequential fractionation of cottonseed meal to improve its wood adhesive properties. J. Am. Oil Chem. Soc. 91 (1), 151-158 (2014).
- Sun, X., Bian, K. Shear strength and water resistance of modified soy protein adhesives. J. Am. Oil Chem. Soc. 76 (8), 977-980 (1999).
- He, Z., Chapital, D. C., Cheng, H. N., Klasson, K. T. Application of tung oil to improve adhesion strength and water resistance of cottonseed meal and protein adhesives on maple veneer. Ind. Crop. Prod. 61, 398-402 (2014).
- Hettiarachchy, N. S., Kalapathy, U., Myers, D. J. Alkali-modified soy protein with improved adhesive and hydrophobic properties. J. Am. Oil Chem. Soc. 72 (12), 1461-1464 (1995).
- Wang, D., Sun, X. S., Yang, G., Wang, Y. Improved water resistance of soy protein adhesive at isoelectric point. Trans. ASABE. 52 (1), 173-177 (2009).
- Zhong, Z., Sun, X. S., Fang, X., Ratto, J. A. Adhesive strength of guanidine hydrochloride-modified soy protein for fiberboard application. Int. J. Adhes. Adhes. 22 (4), 267-272 (2002).
- Kafkalidis, M., Thouless, M. The effects of geometry and material properties on the fracture of single lap-shear joints. Int. J. Solids Structures. 39 (17), 4367-4383 (2002).
- Tang, L., et al. Dynamic adhesive wettability of poplar veneer with cold oxygen plasma treatment. Bio Res. 7 (3), 3327-3339 (2012).
- Gui, C., Liu, X., Wu, D., Zhou, T., Wang, G., Zhu, J. Preparation of a new type of polyamidoamine and its application for soy flour-based adhesives. J. Am. Oil Chem. Soc. 99 (90), 265-272 (2013).
