إعداد واختبار المواد اللاصقة الخشب يستند جبة بذور نباتية
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
في الآونة الأخيرة، والفائدة في بذور نبات المنتجات القائمة على وجبة ومواد لاصقة الخشب ازداد بشكل مطرد، حيث تعتبر هذه المواد الخام النباتية المتجددة والصديقة للبيئة. هذه المنتجات الطبيعية قد تكون بمثابة بدائل المواد اللاصقة يعتمد على النفط لتخفيف المخاوف البيئية والاستدامة. يوضح هذا العمل إعداد واختبار القائم على البذور والمواد اللاصقة مصنع الخشب باستخدام القطن وجبة فول الصويا كمواد خام. بالإضافة إلى وجبات الطعام غير المعالجة، وغسلها بالماء وجبات الطعام ويتم إعداد العزلات البروتين واختبار. يتم إعداد عجائن لاصقة عن طريق خلط منتج وجبة تجميد المجفف مع الماء منزوع الأيونات (03:25 ث / ث) لمدة 2 ساعة. يتم تطبيق كل إعداد اللصق إلى نهاية واحدة من 2 الخشب أشرطة القشرة باستخدام فرشاة. وملفوف المناطق لاصقة مبتذل المغلفة للشرائط القشرة الخشبية وصقها عن طريق الضغط على الساخن. وتفيد التقارير قوة لاصقة وقوة القص من العينة الخشب المستعبدين في الشوط الاول. يتم قياس مقاومة للماء من المواد اللاصقة التي كتبهاالتغير في قوة القص من الخشب المستعبدين العينات في استراحة بعد تمرغ المياه. هذا البروتوكول يسمح احد لتقييم المنتجات الزراعية القائمة على البذور النباتية والمرشحين المناسبين لاستبدال المواد اللاصقة الخشب القائم الاصطناعية. تعديلات على صياغة لاصقة مع أو من دون إضافات وشروط الترابط يمكن تحسين خواصها لاصقة للتطبيقات العملية المختلفة.
Introduction
الربط اللصق من الخشب يلعب دورا متزايدا في صناعة منتجات الغابات وعامل رئيسي للاستفادة من كفاءة موارد الأخشاب 1. الفائدة في استخدام مواد لاصقة القائمة على المنتجات الطبيعية للخشب زادت باطراد من 1930s للوصول إلى الذروة حوالي عام 1960 (2). وبعد هذه الفترة، وأصبح سعر المواد اللاصقة يعتمد على النفط منخفضة بحيث النازحين اللاصقة البروتين من العديد من الأسواق التقليدية. في العقدين الماضيين، وقد عكس هذا الاتجاه مع تجدد الاهتمام في استخدام المواد التي هي قابلة للتجديد، قابلة للتحلل، وأكثر قبولا من الناحية البيئية. وتشمل هذه الموارد الطبيعية، ولكن لا تقتصر على، بروتين الصويا 3-5، والبروتين بذرة القطن 6، 7 نخالة الأرز، القمح الغلوتين 8، البروتين تقطير الحبوب 9، البروتين الكانولا وزيت 10-12، اللجنين من الذرة وقصب السكر تفل 13 ، 14 عاما، والسكريات المستمدة من قذائف الروبيان 15.
<ص الطبقة = "jove_content"> في حين عزلات بروتين البذور تم تقييمها على نطاق واسع ومواد لاصقة الخشب المحتملة، وإجراء العزل ينطوي القلوية للتآكل والكواشف الحمضية ويجعل المواد اللاصقة القائمة على عزل-مكلفة نسبيا و 16 صديقة للبيئة أقل. وهكذا، كما تم اختبار بعض الوجبات البذور منزوع الدهن (دقيق) مع أو بدون العلاج لغرض لاصق، وعلى الرغم من أن خصائص لاصقة من هذه الوجبات لا يؤدون وكذلك البروتين يعزل 17-19. لقد مجزأة بالتتابع وجبة بذرة القطن (CM) إلى كسور مختلفة، وفحص قوة لاصقة في القشرة الخشبية الترابط 20،21. جزء صغير جدا صلب غير قابل للذوبان في الماء (بذرة القطن غسلها فيما بعد وجبة-WCM) ويمكن استخدام مواد لاصقة الخشب وقابلة للمقارنة إلى بروتين بذرة القطن عزل (CSPI)، وسيكون أقل تكلفة للتحضير من CSPI.قوة لاصقة ومقاومة للماء هما المعلمات حاسمة في تقييم أداءمادة لاصقة المحتملة. هنا، يتم الإعلام عن قوة لاصقة وقوة القص في الشوط الاول من السندات حضن كل عينة الخشب. يتم قياس مقاومة للماء لاصقة من تغيير في قوة اللفة القص من العينة الخشب المستعبدين في الشوط الاول بسبب تمرغ المياه. باستخدام المنزوعة الدهن بذرة القطن وفول الصويا وجبات الطعام والمواد الخام، ويوفر هذا البروتوكول طريقة بسيطة ومباشرة لإعداد والمنتجات القائمة على بذور نبات اختبار مواد لاصقة الخشب. أن هذا البروتوكول أن تكون مفيدة في تسهيل الجهد في الحصول على مزيد من الصيغ الاقتصادية وصديقة للبيئة من المواد اللاصقة القائمة على المنتجات الطبيعية الخشب.
Protocol
Representative Results
Discussion
تقدم هذه الورقة الإجراء الأساسي لإعداد والمنتجات والمواد اللاصقة الخشب مصنع اختبار البذور المستندة. وعجائن لاصقة exampled في هذا البروتوكول هي ببساطة منزوع الدهن المنتج وجبة البذور والمياه. ويمكن الوصول إلى مختلف الصيغ لاصقة بإضافة الكواشف الاختبار (مثل كبريتات الصود?…
Disclosures
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).
