Abstract
Recentemente, l'interesse nelle sementi di piante a base pasto-prodotti come adesivi per legno è costantemente aumentato, come queste materie prime vegetali sono considerati rinnovabile e rispettosa dell'ambiente. Questi prodotti naturali possono servire come alternative ai adesivi a base di petrolio per facilitare le preoccupazioni ambientali e di sostenibilità. Questo lavoro dimostra la preparazione e collaudo degli adesivi a base di legno di semi-vegetale con cotone e farina di soia come materie prime. In aggiunta ai pasti non trattati, acqua lavato piatti e isolati proteici sono preparati e testati. Boiacche adesive vengono preparati miscelando un pasto prodotto liofilizzato con acqua deionizzata (03:25 w / w) per 2 ore. Ogni preparazione adesivo è applicato ad una estremità di strisce di impiallacciatura 2 legno utilizzando un pennello. Le aree adesivo viscoso rivestite delle strisce impiallacciatura di legno sono falde incollate da pressatura a caldo. Forza adesiva è segnalato come la resistenza al taglio del campione di legno incollate a rottura. Resistenza all'acqua degli adesivi è misurato dalil cambiamento di resistenza a taglio del legno incollato provini a rottura dopo ammollo acqua. Questo protocollo permette di valutare i prodotti agricoli a base di semi di piante come candidati idonei per la sostituzione di adesivi a base di legno sintetiche. Adeguamenti formulazione adesiva con o senza additivi e condizioni di incollaggio possono ottimizzare le loro proprietà adesive per diverse applicazioni pratiche.
Introduction
Incollaggio di legno gioca un ruolo sempre più importante nel settore dei prodotti della foresta ed è un fattore chiave per l'utilizzo efficiente delle risorse di legname 1. L'interesse per l'uso di adesivi a base naturale dei prodotti del legno è aumentato costantemente dal 1930 a raggiungere un picco intorno al 1960 2. Dopo questo periodo, il prezzo di adesivi a base di petrolio è diventato così basso che sfollate adesivi proteine da diversi mercati tradizionali. Negli ultimi due decenni, questa tendenza è invertita con rinnovato interesse per l'utilizzo di materiali che sono rinnovabili, biodegradabili, e più ambientalmente accettabile. Queste risorse naturali comprendono, ma non sono limitati a, proteine di soia 3-5, proteine di cotone 6, crusca di riso 7, glutine di frumento 8, proteine del grano distillatori 9, proteine colza e olio 10-12, lignina da sorgo e di canna da zucchero bagasse 13 , 14, e polisaccaridi derivati da gusci di gamberetti 15.
<p class = "jove_content"> considerando che gli isolati di proteine di semi sono stati ampiamente valutati come potenziali adesivi per legno, la procedura di isolamento comporta alcalina corrosivo e reagenti acidi e rende adesivi isolare basata relativamente costoso e meno favorevole all'ambiente 16. Così, alcuni pasti seme sgrassate (farine) con o senza trattamento sono stati anche testati per fini adesivo, anche se le proprietà adesive di questi pasti non eseguono nonché proteine isolate 17-19. Abbiamo sequenza frazionata pasto di semi di cotone (CM) in diverse frazioni, e ha esaminato la loro forza adesiva in impiallacciature di legno bonding 20,21. La frazione solida insolubile in acqua (cotone lavato seguito pasto-WCM) potrebbe essere usato come adesivi per legno, paragonabili alle proteine di cotone isolato (CSPI), e sarebbe meno costosa per la preparazione di CSPI.Forza adesiva e resistenza all'acqua sono due parametri critici per valutare le prestazioni diun potenziale materiale adesivo. Qui, la forza adesiva è riportato come la resistenza al taglio a rottura del legame giro di ogni campione di legno. Resistenza all'acqua dell'adesivo viene misurato dalla variazione nella resistenza al taglio per trazione del campione di legno legati a rottura a causa di ammollo acqua. Utilizzando sgrassate di cotone e soia pasti come materie prime, questo protocollo fornisce un modo semplice e diretto per preparare e vegetali di prova prodotti a base di semi-come adesivi legno. Questo protocollo sarebbe utile nel facilitare lo sforzo nella ricerca di formulazioni più economiche e rispettose dell'ambiente di adesivi naturali del legno a base di prodotti.
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Protocol
1. di cotone e prodotti a base di farina di soia (Figura 1)
- Ottenere le materie prime, cotone sgrassato e pasti a base di soia, dalle fonti disponibili in commercio.
- Ottenere il pasto lavorando macinando pasto solido sgrassata in un mulino campione ciclone per passare una schermata di acciaio 0,5 millimetri 16.
- Preparare i pasti acqua lavato dai pasti di lavoro dopo l'estrazione di acqua (25 g farina 200 ml di acqua) per separare i componenti solubili in acqua nei pasti 21.
- Preparare proteine isolate di pasti di lavoro di estrazione alcali e precipitazioni acide 16.
2. Preparazione di legno impiallacciatura strisce
- Impiallacciatura di legno (1,59 millimetri di spessore) ottenuti da una fonte disponibile in commercio in strisce larghe 25,4 millimetri per 88,9 millimetri lunghi.
- Matita segnare una linea attraverso le venature del legno a 25,4 mm (1,0 ") di lunghezza da una estremità di ogni striscia Etichetta queste strisce appropriato con testare trattamenti o numeri 5.. -10 paia di legno sono preparati per ogni variabile test.
3. Preparazione di Adhesive Fanghi
- Calcolare la quantità di acqua lavato pasto necessaria per i campioni di legno per test, dal tasso di applicazione (ad esempio, 4 mg secco contenuto cm -2) x area totale di legame (ad esempio, 581 centimetri 2 su 90 listelli di legno con 2,54 x 2,54 centimetri zona di incollaggio ciascuna) più circa il 30% in più per enoughness (cioè, 4 x 581 x 130% 3 g di acqua lavato pasto per l'esempio).
- Mescolare acqua pasto lavato con acqua deionizzata (3:25 w / w), e mescolare con un bastoncino magnetico per 2 ore in un bicchiere sigillato con Parafilm.
4. Preparazione di Bonded legno campioni
- Spazzolare liquami adesivo su una delle estremità delle strisce impiallacciatura di legno che coprono 2 25,4 mm (1,0 ") di lunghezza di aria secca per 10 - 15 min. O fino cattivo gusto.
- Spazzola un secondo strato di boiacca adesiva sulla parte superiore del primo strato e asciugare di nuovo. La quantità di adesivo seccoPreparazione applicato è di circa 4,5 mg secco solido per cm 2 di incollaggio sono di ogni striscia di legno.
- Sovrapporre l'area rivestita adesiva appiccicoso (25,4 x 25,4 millimetri o 1,0 "x 1,0") di strisce di impiallacciatura di legno 2. Hot-press utilizzando un banco riscaldata Premere a 100 ° C per 20 minuti ad una pressione di 400 psi (2,8 MPa). Nota la pressione è la forza applicata dalla stampa diviso per l'area di sovrapposizione dei campioni di legno. Questi parametri di legame possono essere modificati come necessario per ciascuna variabile test.
- Raffreddare e condizionare i campioni di legno legati per 48 ore in una camera di condizionamento o di un incubatore con controllo dell'umidità (temperatura di 22 - 23 ° C ed umidità relativa del 50 - 60%; la figura 2).
5. resistenza all'acqua Experiments
- Immergere i campioni di legno incollati, dopo condizionamento iniziale, in acqua corrente per 48 h in un vassoio di plastica a RT (22 - 23 ° C). Gli esemplari bagnato dopo ammollo sono testati immediatamente per il taglioresistenza alla rottura e segnalato come resistenza all'acqua. L'acqua in eccesso sulla superficie rivestimento può essere rimosso tamponando delicatamente con carta velina prima di misurazioni.
- Immergere un'altra serie di campioni di legno incollati, dopo condizionamento iniziale, in un bagno di acqua a 63 ° C per 4 ore, poi si essicca a condizioni ambientali (temperatura di 22 - 23 ° C ed umidità relativa del 50 - 60%) O / N (18 - 20 ore). Ripetere il ciclo di immersione asciugatura volta con un tempo di asciugatura 48 hr. I campioni essiccati vengono poi testati per la resistenza al taglio in pausa e riportati come forza adesiva imbevuto.
6. Misure Lap Shear Forza
- Montare un campione di legno incollate nelle Scaglie di pesce morsetti a cuneo reticolati 32 x 40 mm su un Tester Materials con una pressione di presa di 7 MPa, e impostare la velocità della traversa a 1 mm min -1.
- Misurare e registrare la resistenza al taglio a rottura per ogni campione di legno incollati. I risultati delle misurazioni multiple vengono mediate per ciascuna forma adesivalamento e variabile del test.
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Representative Results
Il rendimento di ciascuna formulazione adesiva è determinata dalla resistenza al taglio del campione di legno legati a rottura e valori variano a seconda delle dimensioni della impiallacciatura di legno utilizzato. Per esempio, nella tabella 1, i valori di resistenza adesiva asciutti e bagnati dei provini incollati sono inferiori quando si utilizzano nastri di acero sottili e stretti (vedi cotone-1), in contrasto con le strisce più spesse e più ampia di cotone-2 raccomandate nel protocollo, utilizzando la stessa formulazione adesiva a base di cotone-. Anche osservato erano più campioni di guasto legno durante adesivi misure di resistenza al taglio di impiallacciature di legno sottili e strette. Specificamente, 3 del pasto sgrassata, 4 del pasto lavato, e tutti 10 della proteina isolare fallito nel grano legno piuttosto che al giunto adesivo in campioni incollati secco, e quando si utilizzano le stesse tre formulazioni adesive, rispettivamente 0, 6 e 9 dei campioni imbevuti fallito nel venature del legno. Ciò indica che iladesivo è più forte del legno sottile strisce 21. Un'osservazione generale sembra applicabile sia materie prime utilizzate. Cioè, le prestazioni dell'adesivo dell'acqua lavato cotone pasto è paragonabile a quella della proteina di cotone isolare. D'altra parte, per prodotti di soia, forze sia secco e imbevuti del pasto lavabile sono simili a quelli della farina sgrassata rispetto a quelle di isolato proteico, che può riflettere la differenza di composizione chimica della farina di semi di cotone e farina di soia.
Tabella 2 confrontato la resistenza a taglio di secco, umido, e campioni imbevuti legati a 100 ° C con acqua lavato pasto di semi di cotone e quattro tipi di legno. La resistenza al taglio è nell'ordine: secco> imbevuto> bagnato per tutti e quattro i tipi di legno, indicando la stessa tendenza che l'acqua indebolisce la forza di legame di questi campioni di legno, e parte della forza di legame adesivo viene recuperata dopo l'essiccazione. La resistenza al taglio secco di pioppo, abete Douglas, e quercia biancasono fondamentalmente lo stesso, ma la forza secco è inferiore con noce. La piccola differenza rende l'impatto del tipo di legno sulla forza adesiva asciutta soltanto significativo a P = 0,1. L'impatto del tipo di legno è più statisticamente significativo sui dati di resistenza al taglio umido e bagnato con P <0.001. In realtà, l'ordine della resistenza a umido e imbevuto dei provini incollati per i 4 boschi non è uguale a quella della resistenza a secco. Attribuiamo questa osservazione alla differenza nel grado di espansione (gonfiore) di ogni tipo di legno durante ammollo; il tasso di espansione del impiallacciatura di legno può diventare incompatibile con l'adesivo e potrebbe esercitare determinate sollecitazioni per abbassare la forza adesiva del giunto collante. Sun e Bian 22 proposto che i tipi di legno con elevato lineare o l'espansione del volume di massa avrebbero maggiore stress da contrazione durante l'essiccazione, il che spiega in parte i più alti tassi di delaminazione di acero e coppie di pioppo di noce e pino durante il loro water-immersione test.
Figura 1. Seed materiali a base di farina di Top -. Cotone, fondo - soia. Da sinistra a destra:. Farina sgrassata, pasto di lavoro, lavabile pasto e proteine isolate Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 2. campioni lignei incollati accantonati per il condizionamento (temperatura di 22 - 23 ° C ed umidità relativa del 50 - 60%) sinistro 5, pioppo.; Destra 5, noce. La zona franca è mostrato (25,4 x 25,4 millimetri o 1,0 "x 1,0") tra le linee rosse alla coppia più di sinistra. Plfacilità clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
| Adesivo | Resistenza a secco | Forza Soaked |
| Cotone-1 ‡: | ||
| Pasto sgrassata | 1.49 ± 0.14 a | 1.37 ± 0.17 a |
| Acqua pasto lavato | 1.55 ± 0.11 a | 1.55 ± 0.15 b |
| Proteine isolate | 1.53 ± 0.18 a | 1.53 ± 0.14 b |
| Cotone-2 $: | ||
| Pasto sgrassata | ND # | ND # |
| Acqua pasto lavato | 3.26 ± 0.50 a | 2.38 ± 0.51 a |
| Proteine isolate | 3.6977; 1.13 un | 2.39 ± 0.61 a |
| Soia $: | ||
| Pasto sgrassata | 2.40 ± 0.50 a | 1.25 ± 0.19 a |
| Acqua pasto lavato | 2.29 ± 0.39 a | 1.60 ± 0.37 a |
| Proteine isolate | 3.51 ± 0.33 b | 3.76 ± 0.90 b |
‡ adesivi sono stati applicati a listelli sottili e strette (0,99 millimetri di spessore x 12,7 millimetri lunghezza larghezza x 25,4 mm).
$ adesivi sono stati applicati a listelli più spessi e più ampie come descritto nel protocollo (1,59 millimetri di spessore x 25,4 millimetri lunghezza x larghezza 25,4 mm).
# Non determinato.
Tabella 1. Resistenza al taglio (MPa) di strisce di legno di acero asciutti e bagnati legato a 100 ° C con farina sgrassata, lavabile pasto, e proteine isolate di cotone e soia. P = 0.05. Il pacchetto di analisi dei dati in Microsoft Excel 2007 è stato utilizzato per l'analisi statistica.
| Di legno | Resistenza a secco | Forza Wet |
| Pioppo | 4.52 ± 0.54 | 1.73 ± 0.20 |
| Douglas | 4.30 ± 0.96 | 2.24 ± 0.14 |
| Noce | 3.59 ± 0.23 | 1.78 ± 0.10 |
| Quercia bianca | 4.33 ± 0.32 | 1.66 ± 0.25 |
| Livello di significatività (P> F) | 0.1 | <0.001 |
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Discussion
Questo articolo presenta una procedura di base per la preparazione e prodotti come adesivi di legno vegetale seed test-based. I fanghi adesivi exampled in questo protocollo sono semplicemente il prodotto farina di semi scremato e dell'acqua. Varie formulazioni adesive possono essere raggiunti mediante aggiunta di reagenti di prova (come dodecil solfato di sodio, bisolfito di sodio o olio tung) 5,6,23 e / o variazioni di condizioni (quali pH, rapporto tra solido e acqua) miscelazione 3,24 , 25. Occorre anche Regolazione della formulazione adesiva se le proprietà reologiche del liquame adesivo non sono adatti per l'applicazione adeguata ai listelli.
I materiali di prova solido-superficie, impiallacciature di legno, sono prodotti naturali in modo che ci si può aspettare di alta variazione di texture di legno e rugosità superficiale. Per questo motivo, il test replica 3-10 sono stati riportati in letteratura. A causa di questi variazione e altri fattori noti e ignoti, non è raro vedere grandedeviazioni standard (> 10%) osservati nelle misure di resistenza al taglio, come in Tabella 1 e la letteratura 6-8,12,25, e questo può compromettere alcune analisi statistica a P ≤ 0,05. Così, alcune carte semplicemente presentare i dati con deviazioni standard, poi confrontare e discutere senza statistica analisi di significatività (ad esempio, 7,8,12,26). Questo approccio rende ancora certo senso, mostrando tendenze generali di influenza da variabili di test.
Va notato che la misurazione della resistenza al taglio è anche sensibile alle dimensioni del campione ei risultati numerici non possono essere confrontati tra diverse geometrie. I valori più elevati di resistenza al taglio di cotone-2 di cotone-1 in Tabella 1 sono apparentemente a causa di campioni di legno più spessi e più ampie utilizzati per cotone-2. È stato riferito che la forza di un giunto a sovrapposizione-shear può variare con la lunghezza totale del campione anche per un ov fissaLunghezza ERLAP 27. Così, il confronto può essere effettuato solo tra i campioni nella stessa serie di prove, non tra diverse geometrie di test, come tra cotone-2 e soia (Tabella 1). Maggiori informazioni sugli effetti della geometria e materiali proprietà sulla frattura di giunti singoli lap-taglio può essere trovato in Kafkalidis e Thouless 27.
La resistenza al taglio è stato testato in riferimento alla Society for Testing and Materials (ASTM) standard Metodo D-906 22. Questo protocollo presenta due metodi comunemente utilizzati per la valutazione della resistenza all'acqua: (1) wet raf- la resistenza al taglio dei provini incollati misurati immediatamente dopo immersione in acqua di rubinetto a 23 ° C per 48 ore, che era basato su ASTM standard D1151- 00 11; e (2) imbevuto raf- la resistenza al taglio dei provini incollati misurati dopo ammollo - cicli di asciugatura, che era simile alla norma nazionale cinese per il compensato (GB / T 17657-1999 ASTM D1151-00 11. Alcuni giornali riportano resistenza all'acqua solo 5, o la forza imbevuto solo 6 o entrambi 11. È anche importante sottolineare che la forza imbevuto di questo protocollo è misurata dopo due cicli di immersione a 63 ° C per 4 ore e l'essiccazione a RT O / N (18 - 20 hr) 6. Alcuni ricercatori misurano immersi forza dopo un processo di immersione e asciugatura più lungo a temperatura ambiente (ad esempio, 48 ore di ammollo e 2 a 7 giorni di essiccazione sia a 23 ° C), 11,25. A nostro parere, si può scegliere uno dei due metodi in base alla loro disponibilità di tempo sperimentale e loro obiettivi di progetto.
In questo lavoro, abbiamo testato la forza adesiva con i singoli campioni comuni a due strati. Sebbene questo approccio è più utilizzato (ad esempio, 4,6,9,11), complicato o multipli sovrapposti campioni di legno sono essere utilizzati anche nelle prove adesivi (ad esempio, due giunti 2 Layer tre listelli 7,22 29.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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
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