הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

הכנה ובדיקה של דבקי עץ מבוססי ארוחת זרעי צמח

8.3K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/52557

⸱

5 במרץ 2015

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

במאמר זה

סיכום

כדי להקל על המאמץ בחיפוש אחר ניסוחים חסכוניים וידידותיים יותר לסביבה של דבקי עץ מבוססי מוצר טבעי, עבודה זו מדגימה את ההכנה והבדיקה של דבקי עץ מבוססי זרעי צמחים. פרוטוקול זה מאפשר להעריך מוצרים חקלאיים מבוססי זרעי צמחים כמועמדים מתאימים להחלפת דבקי עץ על בסיס סינתטי.

תקציר

לאחרונה, העניין במוצרים מבוסס ארוחת זרע צמח כמו דבקי עץ גדל בהתמדה, כחומרי גלם אלו צמח נחשבים מתחדשים וידידותית לסביבה. מוצרים טבעיים אלה עשויים לשמש כחלופות לדבקים מבוססי נפט ללהקל על חששות קיימות סביבתיים ו. עבודה זו מדגימה את ההכנה ובדיקה של דבקי עץ הצמח מבוסס זרע באמצעות זרעי כותנה וארוחת סויה כחומר גלם. בנוסף לארוחות שלא טופלו, מים שטפו ארוחות ומבודדות חלבון מוכנים ונבדק. slurries דבק מוכן על ידי ערבוב מוצר ארוחה המיובש בהקפאה במים ללא יונים (03:25 w / w) עבור שעה 2. כל הכנת דבק מוחלת על קצה אחד של רצועות פורניר עץ 2 בעזרת מברשת. אזורי דבק דביק המצופים של רצועות פורניר העץ הם לקקו והדביקו על ידי לחיצה על-חם. חוזק הדבקה הוא כפי שדווח כוח הגזירה של דגימת עץ ערובה בהפסקה. התנגדות מים של הדבקים נמדדת על ידיהשינוי בכוח הגזירה של עץ הערובה דגימות בהפסקה לאחר שריה במים. פרוטוקול זה מאפשר להעריך מוצרים חקלאיים המבוססים על זרעי צמח כמועמדים מתאימים להחלפה של דבקי עץ מבוסס סינטטיים. התאמות לניסוח הדבק עם או בלי תוספות ותנאי מליטה יכולות לייעל מאפייני ההדבקה שלהם ליישומים מעשיים שונים.

מבוא

מליטה הדבקה של עץ ממלא תפקיד הולך וגדל בתעשיית מוצר היער ומהווה גורם מרכזי ליעילות ניצול משאבי עץ 1. העניין בשימוש בדבקים המבוססים על מוצרים טבעיים לעץ גדל בהתמדה מ 1930 להגיע לשיא בסביבות שנתי 1960 2. לאחר תקופה זו, המחיר של דבקים מבוססי נפט הפך כל כך נמוך שהם נעקרו דבקי חלבון ממספר שווקים מסורתיים. בשני העשורים האחרונים, מגמה זו התהפכה עם עניין מחודש בשימוש בחומרים שאינם מתחדש, מתכלה, ויותר מקובלת לסביבה. משאבי טבע אלה כוללים, אך אינם מוגבלים ל, חלבון סויה 3-5, חלבון כותנה 6, סובין אורז 7, גלוטן חיטה 8, מסתננים תבואה חלבון 9, חלבון קנולה ושמן 10-12, ליגנין מדורה וקני סוכר פסולת 13 , 14, ורבים-סוכרים הנגזרים מפגזי שרימפס 15.

בעוד שבודד חלבון זרע נבדק באופן נרחב כדבקי עץ פוטנציאליים, הליך הבידוד כרוך אלקליין מאכל וחומרים כימי חומצי וזה גורם לי דבקים המבוסס על בודד יקר יחסית ופחות ידידותית לסביבה 16. לכן, כמה ארוחות נטולות שומן זרע (קמחים) עם או בלי טיפול גם נבדקו לצורך דבק, למרות שמאפייני ההדבקה של ארוחות אלה לא לבצע, כמו גם חלבון מבודד 17-19. ברצף יש לנו מופרדים תערובת זרעי כותנה (CM) לשברים שונים, ובחנו את חוזק ההדבקה שלהם בחזיתות מעץ המליטה 20,21. החלק המוצק אינם מסיסים במים (כותנה שטפה להלן ארוחה-WCM) יכול לשמש כדבקי עץ, דומים לבודד חלבון כותנה (CSPI), ויהיה פחות יקר כדי להכין מאשר CSPI.

חוזק הדבקה ועמידות למים הם שני פרמטרים קריטיים בהערכת הביצועיםחומר הדבקה פוטנציאלי. כאן, חוזק ההדבקה הוא כפי שדווח כוח הגזירה בהפסקה של אג"ח חיקו של כל דגימת עץ. התנגדות מים של הדבק נמדדת על ידי השינוי בכוח גזירת חיק של דגימת עץ ערובה בהפסקה בשל שריה במים. באמצעות ארוחות כותנה וסויה נטולות שומן כחומר גלם, פרוטוקול זה מספק דרך פשוטה וישירה כדי להכין ומוצרים מבוססי זרע צמח מבחן כמו דבקי עץ. פרוטוקול זה יהיה מועיל בקידום המאמץ במחפש יותר ניסוחים כלכליים וידידותית לסביבה של דבקי עץ מבוסס מוצרים טבעיים.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. זרעי כותנה ומוצרים מבוססי סויה ארוחה (איור 1)

  1. השג את חומרי הגלם, כותנה נטולות שומן וארוחות סויה, ממקורות מסחריים זמינים.
  2. השג את הארוחה עובדת על ידי שחיקה הארוחה נטול שומן המוצקה בטחנת מדגם ציקלון לעבור מסך פלדת 0.5 מ"מ 16.
  3. להכין ארוחות שטפו מים מהארוחות לעבוד אחרי מיצוי במים (ארוחת 25 גרם: 200 מיליליטר מים) כדי להפריד בין רכיבים מסיסים במים בארוחות 21.
  4. הכן חלבון מבודד מהארוחות עובדות על ידי מיצוי אלקלי ומשקעי חומצת 16.

2. הכנת רצועות עץ פורניר

  1. חזיתות מעץ חתוך (1.59 מ"מ עובי) המתקבלות ממקור זמין מסחרי לרצועות רחבות 25.4 מ"מ על ידי מ"מ 88.9 ארוך.
  2. עיפרון לסמן קו על פני התבואה העץ ב25.4 מ"מ (1.0 ") באורך מקצה אחד של כל רצועה לייבל הרצועות האלה כיאות עם בדיקת טיפולים או מספרים 5.. -10 זוגות עץ מוכנים לכל משתנה בדיקה.

3. הכנת הדבק slurries

  1. לחשב את כמות מים שטפו הארוחה נדרשת לכל דגימות העץ לבדיקה, על ידי קצב יישום (לדוגמא, 4 -2 סנטימטרים תוכן מ"ג יבשים) x כולל שטח מליטה (למשל, 581 סנטימטר 2 של 90 רצועות עץ עם שטח מליטה 2.54 x 2.54 סנטימטרים כל אחד) בתוספת כ -30% נוספים עבור enoughness (כלומר, 4 x 581 x 130% 3 גרם של מים שטף ארוחה לדוגמה).
  2. מערבבים ארוחה שטפה מים עם מים ללא יונים (03:25 w / w), ומערבבים עם בר ומערבב מגנטי עבור שעה 2 בכוס אטומה עם Parafilm.

4. הכנת דוגמאות עץ בונדד

  1. לצחצח slurry דבק על קצה אחד של רצועות פורניר עץ 2 מכסות 25.4 מ"מ אורך (1.0 ") Air-יבש במשך 10 -. 15 דקות או עד דביק.
  2. לצחצח שכבה שנייה של slurry דבק על גבי השכבה הראשונה ואוויר היבש שוב. הסכום של דבק יבשההכנה מיושמת היא כ -4.5 מ"ג יבשים מוצקה לסנטימטר 2 של מליטה הן של כל רצועת עץ.
  3. חפיפת אזור הדבק דביק המצופה (מ"מ 25.4 x 25.4 או 1.0 "x 1.0") של רצועות פורניר עץ 2. Hot-עיתונות באמצעות מחומם לחץ benchtop ב 100 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות בלחץ של 400 psi (2.8 MPA). שים לב ללחץ הוא הכח המופעל על ידי העיתונות מחולקת באזור החופף של דגימות העץ. פרמטרים מליטה אלה עשויים להשתנות בהתאם לצורך לכל אחד ממשתני בדיקות.
  4. מגניב ולהתנות את דגימות עץ ערובה במשך 48 שעות בחדר אוויר או חממה עם בקרת לחות (טמפרטורה של 22-23 מעלות צלזיוס ולחות היחסית של 50 - 60%; איור 2).

5. ניסויי התנגדות המים

  1. לטבול את דגימות עץ ערובה, לאחר מיזוג ראשוני, במים ברז במשך 48 שעות במגש פלסטיק ב RT (22-23 מעלות צלזיוס). הדגימות הרטובות לאחר טבילה נבדקות באופן מיידי לגזירהכוח בהפסקה ודווח ככוח רטוב. עודפי מים על פני השטח הפורניר ניתן להסיר בעדינות על ידי מלטף עם רקמת נייר לפני מדידות.
  2. לטבול את קבוצה נוספת של דגימות עץ ערובה, לאחר מיזוג ראשוני, באמבט מים על 63 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות, ולאחר מכן יבש בתנאי חדר (טמפרטורה של 22-23 מעלות צלזיוס ולחות היחסית של 50 - 60%) O / N (18 - 20 שעות). חזור על מחזור הטבילה-ייבוש פעם אחת עם זמן ייבוש 48 שעות. אז הדגימות מיובשות, נבחנו צורך בכוח הגזירה בהפסקה ודווחו כחוזק הדבקה ספוג.

מדידות חוזק גזירה 6. Lap

  1. להתאים דגימת עץ ערובה לתוך אוחז 32 x 40 מ"מ fishscale gridded הטריז בTester חומרים עם לחץ מרתק של 7 מגפ"ס, ולקבוע את מהירות crosshead במ"מ 1 דק '-1.
  2. מדוד ורשום את כוח הגזירה בהפסקה לכל דגימת עץ ערובה. התוצאות של מדידות מרובות בממוצע עבור כל טופס דבקulation ומשתנה מבחן.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

הביצועים של כל ניסוח דבק נקבע על ידי כוח הגזירה של דגימת עץ ערובה בהפסקה והערכים משתנים בהתאם לממדים של פורניר העץ המשמש. לדוגמא, בטבלה 1, ערכי חוזק הדבקה יבשים ורטובים של דגימות ערובה הם נמוכים יותר כאשר רצועות דקות יותר וצרות יותר מייפל משמשות (ראה Cottonseed-1), בניגוד לרצועות עבות ורחבות יותר של זרעי כותנה-2 המומלצים ב פרוטוקול, תוך שימוש באותה הנוסחא מבוססת דבק כותנה. נצפה גם היו יותר דגימות כישלון עץ במהלך מדידות חוזק גזירה הדבקה של חזיתות מעץ דקות וצרות. בא...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

מאמר זה מציג הליך בסיסי להכנה ובדיקת זרע צמח מבוסס מוצרים כמו דבקי עץ. Slurries דבק exampled בפרוטוקול זה הוא פשוט מוצר זרע ארוחה נטול שומן ומים. ניתן להגיע ניסוחים דבקים שונים על ידי תוספת של חומרים כימיים בדיקות (כגון סולפט dodecyl נתרן, נתרן bisulfite או שמן טונג) 5,6,23 ו / או שינויים בתנאי ערבוב (כגון pH, יחס מוצק ומים) 3,24 , 25. התאמת ניסוח הדבק נחוצה גם אם את מאפייני rheological של slurry הדבק אינם מתאימים ליישום מתאים לרצועות העץ.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

למחברים אין מה לחשוף.

תודות

הנתונים המדווחים בעבודה זו הם חלק ממחקר התוכנית הלאומית של USDA-ARS 306 'מוצרים בעלי ערך מוסף מזרעי כותנה' הנתמך על ידי המימון הפנימי של הסוכנות. פרסום מאמר זה נתמך בחלקו על ידי כתב העת Journal of Visualized Experiments. אזכור שמות מסחריים או מוצרים מסחריים בפרסום זה נועד אך ורק למטרת מתן מידע ספציפי ואינו מרמז על המלצה או תמיכה של משרד החקלאות האמריקאי. USDA הוא ספק ומעסיק שוויון הזדמנויות. אנו מכירים בהערות הבונות של עורך המדע של JoVE ושל סוקרי עמיתים בתהליך הסקירה והתיקון.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
קמח זרעי כותנה נטול שומןקנטווד קו-אופקנטווד, לוס אנג'לס, ארה"ב
ארוחת סויה נטולת שומןקנטווד קו-אופקנטווד, לוס אנג'לס, ארה"ב
פורניר עץבהחלט ווד, בע"מ.מזרח אורורה, ניו יורק, ארה"ב
טחנת דגימת ציקלון (דגם 3010-014)UDY CorporationFort Collins, CO, ארה"ב
מכבש מחומם על שולחן (דגם 3856)Carver, Inc.Wabash, IN, ארה"ב
בודק חומריםZwick GmbH & Co.Ulm, גרמניה

מקורות

  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).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

גלה מאמרים נוספים

דבק נוזליקמח שטוף מיםבידודים חלבוניםדחיסה בחוםחוזק גזירהעמידות למיםדגימות עץ מודבקותבדיקת מתיחה
הכנה ובדיקה של דבקי עץ מבוססי ארוחת זרעי צמח
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.