Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Подготовка и тестирование завод Семя Питание на базе древесины Клеи

8.3K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/52557

⸱

5 марта 2015 г.

 , 
1Southern Regional Research Center, Agricultural Research Service, United States Department of Agriculture

В этой статье

Краткое содержание

Чтобы облегчить усилия по поиску более экономичных и экологически чистых составов клеев для древесины на основе натуральных продуктов, эта работа демонстрирует подготовку и тестирование клеев для древесины на основе семян растений. Этот протокол позволяет оценить сельскохозяйственную продукцию на основе семян растений как подходящих кандидатов на замену древесных клеев на синтетической основе.

Аннотация

В последнее время интерес к семенной завод еды на основе продуктов, как древесные клеи неуклонно возрастает, так как эти растительного сырья считаются возобновляемых и экологически чистых. Эти натуральные продукты могут служить в качестве альтернативы нефтяной основе клея, чтобы облегчить окружающей среды и устойчивого развития проблемы. Эта работа демонстрирует получение и тестирование растений семенами древесных клеев с использованием хлопковое и соевое еду в качестве сырья. В дополнение к необработанной пищи, промывают водой питание и белковые изоляты получены и испытаны. Клейкие суспензии получают путем смешивания лиофилизированного продукта еды деионизованной водой (3:25 вес / вес) в течение 2 ч. Каждый клейкий препарат наносят на одном конце 2 древесины шпона при помощи кисти. Липкий клей покрытые участки древесины шпона внахлест и склеены горячего прессования. Прочность сцепления Сообщается также прочность на сдвиг связанных древесины образца при разрыве. Водонепроницаемость клеев измеряетсяизменение прочности на сдвиг облигационного дерева образцы при разрыве после пропитывания водой. Этот протокол позволяет оценить завод растительных, основанных на сельскохозяйственную продукцию, как подходящих кандидатов для замещения синтетической основе древесины клеев. Корректировка клеевой композиции с или без добавок и условий склеивания может оптимизировать адгезионные свойства для различных практических применений.

Введение

Склеивание древесины играет все более важную роль в промышленности лесной продукции и является ключевым фактором для эффективного использования лесных ресурсов 1. Интерес к использованию природных клеев на основе продуктов для древесины постоянно увеличивается с 1930 года, достигнув пика примерно в 1960 году 2. По истечении этого срока, цена нефтяной основе клея стал настолько низким, что они вытеснили белка клеи из нескольких традиционных рынках. В течение последних двух десятилетий, эта тенденция поменялась с возобновлением интереса в использовании материалов, которые относятся к возобновляемым, биологически, и более приемлемым для окружающей среды. Эти природные ресурсы включают в себя, но не ограничиваются ими, соевый белок 3-5, хлопковое белка 6, рисовых отрубей 7, 8 пшеничной клейковины, винокуры зерна белка канолы 9, белка и масла 10-12 лигнина из сорго и выжатый сахарный тростник 13 , 14, и полисахариды получены из креветок 15.

В то время как белка семян изолятов были широко оценены как потенциальные клеев древесины, методика выделения включает в себя коррозионного щелочные и кислотные реагенты, и это делает изолировать клей на основе относительно дорогими и менее экологически чистые 16. Таким образом, некоторые обезжиренных семян питание (мука) с или без лечения также были протестированы для клейкой цели, даже несмотря на то, адгезионные свойства этих блюд не так хорошо, как белковые изоляты 17-19. Мы последовательно фракционировали хлопковый жмых (CM) в различных фракций и исследовали их прочность сцепления в склеивания древесины шпона 20,21. Нерастворимый в воде твердую фракцию (далее промывают хлопковый жмых, WCM) могут быть использованы в качестве клеев, древесины, сравнимых с хлопковое белкового изолята (CSPI), и было бы дешевле, чем подготовить CSPI.

Прочность сцепления и водостойкость два критических параметров в оценке эффективностипотенциал клеящий материал. Здесь, адгезионная прочность сообщается как прочность на сдвиг при разрыве круга связи каждого из древесины образца. Водонепроницаемость клея измеряется по изменению прочности на сдвиг коленях связанных древесины образца при разрыве связи с пропитывания водой. Использование обезжиренных семян хлопчатника и соевые в качестве сырья, этот протокол обеспечивает простой и понятный способ подготовки и опытный завод семян продукты на основе как деревянные клеев. Этот протокол будет способствовать облегчению усилия в поиске более экономичных и экологически чистых составов натуральный продукт на основе древесины клеев.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. хлопковое и Соевые продукты питания на основе (Рисунок 1)

  1. Получение исходных материалов, обезжиренное хлопковое и соевые блюда, из коммерчески доступных источников.
  2. Получить рабочую еду путем измельчения твердого обезжиренного еду в образце циклона мельницы пройти стальной экран 0,5 мм 16.
  3. Подготовка промывают водой блюда из рабочих еды после удаления воды (25 г Питание: 200 мл воды), чтобы отделить водорастворимые компоненты в блюда 21.
  4. Подготовка белковых изолятов из рабочих еды щелочью добычи и кислотных осадков 16.

2. Подготовка древесины шпона

  1. Сокращение шпон (толщиной 1,59 мм), полученные из коммерчески доступного источника в полос шириной 25,4 мм с длинными 88,9 мм.
  2. Карандаш отметить линию поперек волокон древесины на 25,4 мм (1,0 ") Длина от одного конца каждой полосы Этикетка эти полосы соответственно с тестирования процедуры или цифры 5.. -10 пар из дерева готовят для каждой переменной тестирования.

3. Подготовка клея суспензий

  1. Рассчитать количество воды, промывают еды, необходимого на деревянных образцов для испытаний, по норме расхода (например, 4 мг сухого содержание см -2) х общая площадь сцепления (например, 581 см 2 90 рейки с 2,54 х 2,54 см районе склеивания каждый) плюс около 30% больше для enoughness (то есть, 4 х 581 х 130% 3 г воды промывали еду для примера).
  2. Смешайте промывают водой пищу с деионизованной водой (3:25 вес / вес), и перемешивают с помощью магнитной мешалки в течение 2 ч в стакане, закрытой парафильмом.

4. Подготовка Таможенный Дерево образцов

  1. Кисть клейкой суспензии на одном конце 2 деревянных шпона, охватывающих 25,4 мм (1,0 ") Длина воздушно-сухой для 10 - 15 мин., Или пока липким.
  2. Щетка второй слой клеевого раствора в верхней части первого слоя и сушат на воздухе еще раз. Количество сухого клеяподготовка применяется составляет около 4,5 мг сухого твердого на см 2 связывания являются каждого лесной полосы.
  3. Перекрытие липкий покрытой области клея (25,4 х 25,4 мм или 1,0 "х 1,0") 2 деревянных шпона. Горячая-пресс с помощью настольной нагретом прессе при 100 ° С в течение 20 мин при давлении 400 фунтов на квадратный дюйм (2,8 МПа). Примечание давление сила, приложенная в прессе, разделенной на области пересечения образцов древесины. Эти параметры связующие могут быть изменены при необходимости для каждой переменной тестирования.
  4. Охлаждения и кондиционирования, соединенные дерева образцы в течение 48 ч в помещении для кондиционирования или инкубаторе с контроля влажности (температура 22 - 23 ° С и относительной влажности 50 - 60%, на фиг.2).

5. Водонепроницаемость Эксперименты

  1. Погружают соединенные дерева образцы, после первоначального кондиционирования, в водопроводной воде в течение 48 ч в пластиковый лоток при комнатной температуре (22 - 23 ° C). Влажные образцов после выдержки тестируются немедленно сдвигапрочность на разрыв и сообщил, как прочность во влажном состоянии. Избыток воды на поверхности шпона могут быть удалены, осторожно похлопывая с бумажной ткани до измерений.
  2. Погружают другой набор связанных древесных образцов, после первоначального кондиционирования, на водяной бане при 63 ° С в течение 4 ч, а затем высушивают при комнатных условиях (температура 22 - 23 ° С и относительной влажности 50 - 60%) O / N (18 - 20 ч). Повторите цикл погружения сушки раз со временем сушки 48 ч. Высушенные образцы затем испытывали на прочность на сдвиг при разрыве и представлены как смоченной адгезионной прочности.

6. Круг прочность на сдвиг измерений

  1. Установите облигационных дерева образец в 32 х 40 мм рыбью чешую, с координатной привязкой клиновых захватов на приборе материалы с захватывающим давлением 7 МПа, и установить скорости ползуна на 1 мм мин -1.
  2. Измерьте и запишите прочности на сдвиг при разрыве для каждого склейки древесины. Результаты многократных измерений усредняются для каждого клея формепостановке и контрольная переменная.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Производительность каждого клеевой композиции определяется по прочности на сдвиг склейки древесины при разрыве и значения изменяются в зависимости от размеров древесного шпона, используемого. Например, в таблице 1, сухие и вымачивают значения прочности клей по склейки ниже, когда более тонкие и узкие полоски клена используются (см хлопковое-1), в отличие от более толстых и более широких полос хлопковое-2, рекомендованных в Протокол, с помощью того же хлопковое основе клеевой композиции. Наблюдаются такж...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Эта статья представляет собой основную процедуру, чтобы подготовка и тестирование завод растительных продуктов на основе, как деревянные клеев. Клеевые растворы exampled в этом протоколе просто обезжиренный продукт шрот и вода. Различные клейкие составы могут быть достигнуты путем добавления испытательных реагентов (например, додецилсульфата натрия, бисульфит натрия или тунговое масло) 5,6,23 и / или изменения в условиях перемешивания (например, рН, соотношение твердого и воды) 3,24 , 25. Регулиров...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Данные, представленные в этой работе, являются частью исследования Национальной программы 306 Министерства сельского хозяйства США-ARS «Продукты с добавленной стоимостью из хлопкового семени», поддерживаемого внутренним финансированием Агентства. Публикация этой статьи частично поддержана Journal of Visualized Experiments. Упоминание торговых названий или коммерческих продуктов в данной публикации осуществляется исключительно с целью предоставления конкретной информации и не подразумевает рекомендации или одобрения со стороны Министерства сельского хозяйства США. Министерство сельского хозяйства США является поставщиком равных возможностей и работодателем. Мы признательны за конструктивные комментарии научного редактора JoVE и рецензентов в процессе рецензирования и доработки.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Обезжиренный хлопковый шротKentwood Co-opКентвуд, Луизиана, США
Обезжиренный соевый шротKentwood Co-opКентвуд, Луизиана, США
Деревянный шпонБезусловно Вуд, Инк.Ист Аврора, Нью-Йорк, США
Циклонная мельница для отбора проб (модель 3010-014)КорпорацияФорт Коллинз, Колорадо, США
Настольный пресс с подогревом (модель 3856)Carver, Inc.Уобаш, Индиана, США
Испытатель материаловZwick GmbH & Co.Ульм, Германия
UDY

Ссылки

  1. Frihart, C. R., Hunt, C. G. Wood Handbook: wood as an engineering material: General technical report FPL; GTR-190. , Dept. of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory. (2010).
  2. Lambuth, A. L. Handbook of Adhesive Technology. Pizza, A., Mittal, K. L. , Marcel Dekker, Inc. 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).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Больше статей

Адгезивная суспензияпромытая водой мукабелковые изолятыгорячее прессованиепрочность на сдвигводостойкостьсклеенные образцы древесиныиспытание на растяжение
Подготовка и тестирование завод Семя Питание на базе древесины Клеи
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.