Summary

Preparação e Teste de madeira adesivos à base de planta refeição Semente

Published: March 05, 2015
doi:

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

Recentemente, o interesse em produtos à base de farinha de semente de planta como adesivos para madeira tem aumentado constantemente, uma vez que estas matérias-primas vegetais são considerados renováveis ​​e favorável ao meio ambiente. Estes produtos naturais podem servir como alternativas aos adesivos à base de petróleo para aliviar as preocupações ambientais e de sustentabilidade. Este trabalho demonstra a preparação e teste das plantas à base de sementes de algodão, usando adesivos de madeira e farinha de soja como matérias-primas. Além refeições não tratados, lavado com água e isolados de proteína de refeições são preparadas e testadas. Pastas adesivas são preparados por mistura de um produto de alimentação seca por congelação com água desionizada (3:25 w / w) durante 2 horas. Cada preparação de adesivo é aplicado a uma das extremidades das tiras de folheado de madeira 2 e uma escova. As áreas adesivo brega revestidos das tiras de laminado de madeira são superpostas e coladas por prensagem a quente. Força adesiva é relatado como a resistência ao cisalhamento da amostra de madeira ligadas à ruptura. A resistência à água dos adesivos é medido pelaa mudança na resistência ao cisalhamento da madeira coladas espécimes na ruptura após imersão de água. Este protocolo permite avaliar produtos agrícolas baseados em sementes de plantas como candidatos adequados para a substituição de adesivos à base de madeira sintética. Ajustes à formulação de adesivo com ou sem aditivos e condições de ligação poderia otimizar suas propriedades adesivas para várias aplicações práticas.

Introduction

União adesiva de madeira desempenha um papel cada vez maior na indústria de produtos da floresta e é um fator-chave para a utilização eficiente dos recursos madeireiros 1. O interesse na utilização de adesivos à base de produtos naturais para madeira aumentou de forma constante a partir de 1930 para atingir um pico por volta de 1960 2. Após esse período, o preço de adesivos à base de petróleo tornou-se tão baixo que eles deslocado adesivos protéicos de vários mercados tradicionais. Nas últimas duas décadas, esta tendência foi invertida com um interesse renovado na utilização de materiais que são renováveis, biodegradável, e mais aceitável para o ambiente. Estes recursos naturais incluem, mas não estão limitados a, proteínas de soja 3-5, proteínas de semente de algodão 6, 7, farelo de arroz, glúten de trigo 8, proteína destiladores grão 9, de protea de canola e óleo de 10-12, a lenhina a partir de sorgo e cana-de-açúcar 13 bagaço , 14, polissacáridos e derivados de cascas de camarão a 15.

<p class = "jove_content"> Considerando isolados de proteína de sementes têm sido amplamente avaliados como potenciais adesivos para madeira, o procedimento de isolamento envolve alcalino corrosivo e reagentes ácidos e faz adesivos isolar-base relativamente caro e menos 16 favorável ao meio ambiente. Assim, algumas farinhas de sementes desengorduradas (farinhas), com ou sem tratamento também foram testados para efeitos de adesivo, muito embora as propriedades adesivas destas refeições não funcionar tão bem como isolados de proteína 17-19. Temos fracionado sequencialmente farelo de algodão (CM) em diferentes frações, e examinou a sua força adesiva em lâminas de madeira de ligação 20,21. A fracção sólida insolúvel em água (daqui em diante de semente de algodão lavado refeição-WCM) poderia ser usado como adesivos para madeira, comparáveis ​​com o isolado de proteína de semente de algodão (CSPI), e seria menos dispendioso de preparar do que CSPI.

Força de aderência e resistência à água são dois parâmetros críticos na avaliação do desempenho deum material adesivo potencial. Aqui, a força adesiva é referida como a força de cisalhamento na ruptura da ligação colo de cada espécime de madeira. Resistência à água do adesivo é medida pela mudança na força de cisalhamento colo da peça de madeira ligadas à ruptura devido à absorção da água. Usando de algodão e soja refeições desengordurados como matérias-primas, este protocolo fornece uma maneira simples e fácil de preparar e produtos à base de sementes de plantas de teste como adesivos para madeira. Este protocolo seria útil para facilitar o esforço na busca de formulações mais econômicos e ecológicos de adesivos naturais de madeira em produtos.

Protocol

1. algodão e de produtos à base de farelo de soja (Figura 1) Obter as matérias-primas, de algodão desengordurado e refeições de soja, a partir de fontes disponíveis no mercado. Obter a refeição trabalhar moendo a refeição sólida desengordurada em uma fábrica de amostra ciclone para passar uma tela de aço 0,5 milímetros 16. Prepare água refeições lavado do refeições de trabalho após a extração de água (25 g refeição: 200 ml de água) para separar os comp…

Representative Results

O desempenho de cada formulação de adesivo é determinada pela força de cisalhamento da amostra de madeira ligadas à ruptura e os valores variam de acordo com as dimensões do folheado de madeira usados. Por exemplo, na Tabela 1, os valores da resistência adesiva seco e embebido das amostras aglomeradas são inferiores quando mais finas e estreitas tiras de bordo são utilizados (ver semente de algodão-1), em oposição às tiras mais grossas e mais amplas de semente de algodão-2 recomendadas no …

Discussion

Este trabalho apresenta um procedimento básico para preparar e planta-teste produtos como adesivos para madeira de sementes a nível. As lamas adesivas exampled neste protocolo são simplesmente o produto farinha de semente sem gordura e água. Várias formulações adesivas pode ser alcançado através da adição de reagentes de ensaio (tais como o sulfato de dodecilo de sódio, bissulfito de sódio ou óleo de tungue 5,6,23) e / ou modificações em condições de mistura (tal como o pH, a relação de s?…

Declarações

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

Referências

  1. Frihart, C. R., Hunt, C. G. . Wood Handbook: wood as an engineering material: General technical report FPL; GTR-190. , (2010).
  2. Lambuth, A. L., Pizza, A., Mittal, K. L. . Handbook of Adhesive Technology. , 457-478 (2003).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Cheng, H. N., Dowd, M. K., He, Z. Investigation of modified cottonseed protein adhesives for wood composites. Ind. Crop. Prod. 46, 399-403 (2013).
  7. 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).
  8. Nordqvist, P., et al. Wheat gluten fractions as wood adhesives-glutenins versus gliadins. J. Appl. Polymer Sci. 123 (3), 1530-1538 (2012).
  9. Bandara, N., Chen, L., Wu, J. Adhesive properties of modified triticale distillers grain proteins. Int. J. Adhes. Adhes. 44, 122-129 (2013).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Kong, X., Liu, G., Curtis, J. M. Characterization of canola oil based polyurethane wood adhesives. Int. J. Adhes. Adhes. 31 (6), 559-564 (2011).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Patel, A. K., et al. Development of a chitosan-based adhesive. Application to wood bonding. J. Appl. Polymer Sci. 127 (6), 5014-5021 (2013).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. Sun, X., Bian, K. Shear strength and water resistance of modified soy protein adhesives. J. Am. Oil Chem. Soc. 76 (8), 977-980 (1999).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Tang, L., et al. Dynamic adhesive wettability of poplar veneer with cold oxygen plasma treatment. Bio Res. 7 (3), 3327-3339 (2012).
  29. 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).
check_url/pt/52557?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
He, Z., Chapital, D. C. Preparation and Testing of Plant Seed Meal-based Wood Adhesives. J. Vis. Exp. (97), e52557, doi:10.3791/52557 (2015).

View Video