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.
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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 componentes solúveis em água nas refeições 21.
- Prepare isolados de proteína das refeições de trabalho por extração alcalina e precipitação ácida 16.
2. Preparação de tiras de madeira para folheados
- Folheados cortar madeira (1,59 mm de espessura) obtidas de uma fonte comercialmente disponível em tiras 25,4 milímetros de largura por 88,9 milímetros de comprimento.
- Pencil marcar uma linha em todo o grão de madeira de 25,4 mm (1,0 ") comprimento de uma ponta de cada tira de etiquetas estas tiras de forma adequada com a testar tratamentos ou números 5.. -10 pares de madeira são preparados para cada variável de teste.
3. Preparação de Adesivo Lodos
- Calcula-se a quantidade de farinha de água lavada necessária por as amostras de madeira para o teste, por dose de aplicação (por exemplo, 4 mg de matéria seca -2 cm) x área total de ligação (por exemplo, 2 581 centímetros de 90 tiras de madeira, com área de união 2,54 x 2,54 centímetros cada), mais cerca de 30% a mais para enoughness (ou seja, 4 x 581 x 130% 3 g de água de alimentação para o lavado exemplo).
- Misturar água de alimentação lavada com água desionizada (3:25 w / w), e agitar com uma barra de agitação magnética durante 2 horas num copo selado com Parafilm.
4. Preparação de amostras de madeira Bonded
- Escove pasta adesiva em uma final de tiras de verniz 2 madeira que cobrem 25,4 milímetros (1,0 ") de comprimento Ar seco para 10 -. 15 min ou até brega.
- Escova de uma segunda camada de pasta adesiva em cima da primeira camada e secar ao ar novamente. A quantidade de adesivo secopreparação aplicada é de cerca de 4,5 mg sólido seco por 2 cm de ligação são de cada tira de madeira.
- Sobreponha o adesivo área revestida brega (25,4 x 25,4 milímetros ou 1,0 "x 1,0") de tiras de verniz 2 madeira. De prensagem a quente usando uma bancada Prima aquecida a 100 ° C durante 20 min, a uma pressão de 400 psi (2,8 MPa). Anotar a pressão é a força aplicada pela prensa dividida pela área sobreposta das amostras de madeira. Estes parâmetros de ligação pode ser alterado conforme necessário para cada variável de teste.
- Arrefecer e condicionar as amostras de madeira ligadas por 48 horas em um ambiente condicionado ou numa incubadora com controlo de humidade (temperatura de 22 - 23 ° C e humidade relativa de 50 - 60%; Figura 2).
5. Experimentos Resistência à água
- Mergulhar os espécimes de madeira ligadas, após o condicionamento inicial, em água da torneira durante 48 h num tabuleiro de plástico à temperatura ambiente (22-23 ° C). Os espécimes molhado após imersão são testados imediatamente para o cisalhamentoforça de ruptura e relatado como força molhada. O excesso de água sobre a superfície do folheado pode ser removido por batendo suavemente com o tecido de papel antes das medições.
- Imergir um outro conjunto de amostras de madeira coladas, após o condicionamento inicial, em um banho de água a 63 ºC durante 4 h, em seguida seco em condições ambientais (temperatura de 22 - 23 ° C e humidade relativa de 50 - 60%) S / N (18 - 20 h). Repetir o ciclo de imersão de secagem uma vez com um tempo de secagem de 48 horas. As amostras secas são então testados para a resistência ao corte na rotura e relatado como força adesiva embebido.
6. Medidas Lap Resistência ao cisalhamento
- Montar uma amostra de madeira ligadas para as 32 x 40 milímetros Fishscale garras em cunha em grade em um Tester Materiais com uma pressão de aperto de 7 MPa, e definir a velocidade de cruzeta a 1 mm min -1.
- Meça e registre a resistência ao cisalhamento na ruptura para cada amostra de madeira ligadas. Os resultados das medições múltiplas são calculados para cada forma de adesivoulação e variável de teste.
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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 protocolo, utilizando a mesma formulação do adesivo à base de semente de algodão. Também foram mais espécimes de falha na madeira durante as medições de tensão de cisalhamento adesivas de lâminas de madeira finas e estreitas observado. Especificamente, 3 da refeição sem gordura, 4 da refeição lavou-se e todos os 10 da proteína isolado falhou na grão de madeira, em vez de na articulação adesivo em amostras ligadas secas, e quando se usa os mesmos três formulações adesivas, respectivamente, 0, 6 e 9 dos espécimes embebidos falhou na grão de madeira. Isto indica que oadesivo é mais forte do que a madeira fina tiras 21. Uma observação geral parece ser aplicável a ambas as matérias-primas utilizadas. Isto é, o desempenho adesivo de água lavada farelo de algodão é comparável à de isolado de proteína de semente de algodão. Por outro lado, para os produtos de soja, a intensidade de ambos embebidos e secos da água de alimentação lavadas são semelhantes aos de farinha desengordurada do que para os do isolado de proteína, que pode reflectir as diferenças na composição química do farelo de semente de algodão e farinha de soja.
Tabela 2 em comparação a resistência ao corte da seco molhado, e os espécimes embebidos, aglomeradas a 100 ° C, utilizando água de farelo de algodão e lavou-se quatro tipos de madeira. A resistência ao corte é da ordem: seco> embebido> molhada para todos os quatro tipos de madeira, indicando que a mesma tendência de água enfraquece a resistência de união entre estas amostras de madeira, e uma parte da força de ligação adesiva é recuperada após a secagem. A resistência ao corte seco de álamo, Douglas fir, e carvalho brancosão basicamente as mesmas, mas a resistência mecânica em seco é inferior com noz. A pequena diferença faz com que o impacto do tipo de madeira sobre a força adesivo seco apenas significativa em P = 0,1. O impacto do tipo de madeira é mais estatisticamente significativo nos dados de força de cisalhamento molhadas e embebido com P <0,001. Na realidade, a fim de a resistência em húmido e embebido dos espécimes ligados para as madeiras 4 não é igual ao da resistência a seco. Atribuímos esta observação à diferença no grau de expansão (inchaço) de cada tipo de madeira durante a embebição; a taxa de expansão do folheado de madeira pode tornar-se incompatível com o adesivo e poderia exercer determinados esforços para diminuir a força adesiva da joint bond. Sun e Bian 22 propôs que tipos de madeira com maior linear ou expansão de volume em massa teria maior estresse de contração durante a secagem, o que explica em parte as taxas mais elevadas de delaminação de bordo e pares de álamo que noz e pinheiros durante a sua water-testes de imersão.
Figura 1. As sementes de materiais à base de farinha de Top -. Algodão, fundo - soja. Da esquerda para a direita:. Refeição sem gordura, farinha de trabalho, água lavada refeição e isolado de proteína por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2. amostras de madeira coladas reservada para condicionado (temperatura de 22 - 23 ° C e umidade relativa de 50 - 60%) Esquerda 5, álamo.; Direita 5, noz. A área alfandegada (25,4 x 25,4 milímetros ou 1,0 "x 1,0") é mostrado entre as linhas vermelhas no par mais à esquerda. Plfacilitar clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Adesivo | Resistência mecânica em seco | Força Soaked |
| Cottonseed-1 ‡: | ||
| Refeição desengordurada | 1,49 ± 0,14 um | 1,37 ± 0,17 um |
| Água lavada refeição | 1,55 ± 0,11 um | 1,55 ± 0,15 b |
| Isolado proteico | 1,53 ± 0,18 um | 1,53 ± 0,14 b |
| Cottonseed-2 $: | ||
| Refeição desengordurada | ND # | ND # |
| Água lavada refeição | 3,26 ± 0,50 um | 2,38 ± 0,51 a |
| Isolado proteico | 3,6977; 1,13 a | 2,39 ± 0,61 um |
| Soja $: | ||
| Refeição desengordurada | 2,40 ± 0,50 um | 1,25 ± 0,19 um |
| Água lavada refeição | 2,29 ± 0,39 um | 1,60 ± 0,37 um |
| Isolado proteico | 3,51 ± 0,33 b | 3,76 ± 0,90 b |
‡ Os adesivos foram aplicados em tiras de madeira mais finos e estreitos (0,99 milímetros de espessura x 12,7 milímetros de largura x 25,4 milímetros de comprimento).
$ Adhesives foram aplicados a tiras de madeira mais espessas e mais largas, tal como descrito no protocolo (1,59 mm de espessura x 25,4 milímetros de largura por 25,4 mm de comprimento).
# Não classificado.
Tabela 1. Resistência ao cisalhamento (MPa) de tiras de madeira de bordo secas e encharcadas ligado a 100 ° C com farinha desengordurada, água lavada refeição, e isolado protéico de caroço de algodão e soja. P = 0,05. O pacote de análise de dados em Microsoft Excel 2007 foi utilizado para a análise estatística.
| Madeira | Resistência mecânica em seco | Resistência à humidade |
| Álamo | 4,52 ± 0,54 | 1,73 ± 0,20 |
| Douglas fir | 4,30 ± 0,96 | 2,24 ± 0,14 |
| Nogueira | 3,59 ± 0,23 | 1,78 ± 0,10 |
| O carvalho branco | 4,33 ± 0,32 | 1,66 ± 0,25 |
| O nível de significância (P> F) | 0,1 | <0,001 |
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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 sólidos e água) 3,24 , 25. Ajustamento da formulação adesiva é também necessária se as propriedades reológicas da pasta adesiva, não são adequados para aplicação adequada às tiras de madeira.
Os materiais de teste-superfície sólida, lâminas de madeira, são produtos naturais, de modo que pode-se esperar uma alta variação de texturas de madeira e rugosidade da superfície. Por este motivo, ensaios replica 3-10 foram relatados na literatura. Devido a estas variações e outros fatores conhecidos e desconhecidos, não é raro ver grandedesvios padrão (> 10%) observada nas medições de força de cisalhamento, como na Tabela 1 e na literatura 6-8,12,25, e isso pode comprometer uma análise estatística da P ≤ 0,05. Assim, alguns papéis simplesmente apresentar os dados com os desvios-padrão, em seguida, comparar e discuti-las sem uma análise significância estatística (por exemplo, 7,8,12,26). Esta abordagem ainda faz algum sentido, mostrando as tendências gerais da influência de variáveis de teste.
Deve notar-se que a medição da resistência ao corte é igualmente sensível às dimensões das amostras e os resultados numéricos não podem ser comparadas entre os diferentes geometrias. Os maiores valores de resistência ao cisalhamento de caroço de algodão-2 do que Cottonseed-1 da Tabela 1 são aparentemente devido a amostras de madeira mais espessas e mais largos usados para Cottonseed-2. Relata-se que a força de uma junta sobreposta-cisalhamento pode variar com o comprimento total da amostra, mesmo para um ov fixadocomprimento ERLAP 27. Assim, a comparação só pode ser feita entre as amostras no mesmo conjunto de testes, não entre diferentes geometrias de ensaio, tais como entre 2 e de semente de algodão-soja (Tabela 1). Mais informações sobre os efeitos da geometria e das propriedades do material sobre a fractura das juntas individuais colo-cisalhamento pode ser encontrado em Kafkalidis e Thouless 27.
A resistência ao cisalhamento foi testado em referência à Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM) Método Padrão D-906 22. Este protocolo apresenta dois métodos comuns utilizados para a avaliação da resistência à água: (1) a força de cisalhamento refor- húmida dos espécimes ligados medidos imediatamente após a imersão em água da torneira a 23 ° C durante 48 h, que se baseou na norma ASTM D1151- 00 11; e (2) embebido forta- a resistência ao cisalhamento dos espécimes ligados medidos depois de imersão - ciclos de secagem, que foi semelhante ao padrão nacional chinês para a madeira compensada (GB / T 17657-1999 norma ASTM D1151-00 11. Alguns trabalhos relatam força molhada apenas 5, ou a força embebido apenas 6, 11 ou ambos. Também é importante ressaltar que a força embebido neste protocolo é medida após dois ciclos de imersão a 63 ° C durante 4 horas e secagem a RT O / N (18-20 horas) 6. Alguns pesquisadores medem embebido força após um longo processo de imersão e secagem à temperatura ambiente (isto é, 48 horas de imersão e 2- para 7 dias de secagem, tanto a 23 ° C) 11,25. Em nossa opinião, pode-se escolher qualquer método com base na sua disponibilidade de tempo experimental e seus objetivos do projeto.
Neste trabalho, nós testamos a força adesiva com o único de dois espécimes de camada comuns. Embora esta abordagem seja mais amplamente utilizada (por exemplo, 4,6,9,11), mais complicado ou múltiplos sobrepostos amostras de madeira também ser utilizados nos ensaios de adesivos (por exemplo, duas juntas de 2-camadas com três tiras de madeira 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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