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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

이러한 식물 원료 재생 및 환경 친화적 인 고려로 최근, 목재 접착제와 같은 식물 씨앗 식사 기반 제품에 대한 관심이 꾸준히 증가하고있다. 석유 기반의 접착제에 대한 대안이 환경 및 지속 가능성 우려를 완화하기 위해 이러한 천연 제품이 역할을 할 수있다. 이 작품은 원료로 목화씨와 콩가루를 사용하여 식물 씨앗 기반의 접착제 나무의 준비와 테스트를 보여줍니다. 미처리 식사 이외에, 물 세척하고, 식사 단백질 분리 물을 제조하여 시험된다. 접착제 슬러리는 2 시간 동안 (/ w w 3:25)을 탈 이온수로 동결 건조 음식 제품을 혼합함으로써 제조된다. 각 첩은 붓을 이용하여 두 베니어 스트립의 일단에인가된다. 목재 베니어 스트립의 점착 코팅 영역에 의해 겹쳐과 접착되는 가열 압착. 접착 강도는 휴식의 결합 나무 시편의 전단 강도로보고됩니다. 접착제의 내수성에 의해 측정된다결합 나무의 전단 강도의 변화는 물에 몸을 담근 후 휴식 표본. 이 프로토콜은 하나의 합성 기반의 목재 접착제의 대체에 적합한 후보로 식물 씨앗 기반의 농산물을 평가할 수 있습니다. 또는 첨가제 및 결합 조건없이 접착 제제에 대한 조정은 다양한 실제 응용 프로그램에 대한 자신의 접착 특성을 최적화 할 수 있습니다.

Introduction

나무의 접착 결합은 임산물 산업에서 증가하는 역할을 효율적으로 목재 자원 ^1을 이용하기위한 핵심 요소입니다. 나무 천연 제품 기반의 접착제의 사용에 대한 관심이 시간이 지나면, 석유 계 접착제의 가격들이 여러 재래 시장에서 단백질 접착제 난민 너무 낮은되었다. ^1960이 주위에 피크에 도달하기 위해 1930 년대부터 꾸준히 증가. 지난 20 년 동안,이 추세는 생분해 성, 신 재생 아르 물질의 사용에 대한 새로운 관심과 반전, 그리고 더 환경 적으로 수용하고있다. 이러한 천연 자원이 포함되지만 수수 사탕 수수 바 가스 ^{(13)로부터} 콩 단백질 ^3-5, 면실유 단백질 ⁶ 쌀겨 ⁷ 밀 글루텐 ⁸ 증류 곡물 단백질 ⁹ 캐놀라 단백질 및 오일 ^10-12, 리그닌, 이에 한정되지 않는다 ^14, 다당류는 새우 껍질 ^(15)에서 유래.

<종자 단백질 분리 물 반면 P 클래스 = "jove_content가"> 널리 전위 접착제 나무로 평가되고, 상기 분리 과정은 부식성 알칼리성 및 산성 시약을 포함하며 친환경 ¹⁶ 비교적 비싸고 덜 분리 계 접착제를 만든다. 단백질이 ^{17 ~ 19를} 분리 이러한 식사의 접착 특성뿐만 아니라 수행하지 않더라도 따라서, 또는 처리없이 일부 탈지 종자 식사 (가루)도, 접착 목적으로 테스트되었습니다. 우리는 순차적으로 다른 분수에 목화씨 식사 (CM)을 분별하고, 접합 우드 베니어 ^{(20, 21)에서의} 접착 강도를 조사 하였다. 불용성 고체 분획 (이후, 세정 면실유 소제 WCM)는 목화씨 단백질 단리 (CSPI)에 필적 목재 접착제로서 사용될 수 있으며, CSPI보다 적은 비용으로 제조하는 것이다.

접착 강도 및 내수성의 성능 평가에있어서의 두 가지 중요한 파라미터 인잠재적 접착 재료. 여기에, 접착 강도는 각각의 나무 표본의 무릎 결합의 휴식의 전단 강도로보고됩니다. 접착제의 내수성 인해 수침에 파단 접합 목재 표본의 랩 전단 강도의 변화에​​ 의해 측정된다. 원료로 탈지 목화씨 간장 식사를 사용하여,이 프로토콜은 목재 접착제와 같은 테스트 식물 씨앗 기반 제품을 제조하는 간단하고 간단한 방법을 제공합니다. 이 프로토콜은 천연물 기반의 접착제 나무의 경제적 및 환경 친화적 인 공법을 추구의 노력을 촉진하는데 도움이 될 것입니다.

Protocol

1. 목화씨와 간장 식사 기반 제품 (그림 1)

1. 시판 소스에서, 원료, 탈지 목화씨 간장 식사를 얻습니다.
2. 0.5 mm 스틸 화면 ^(16)을 통과 사이클론 샘플 공장에서 고체 탈지 식사를 연마 작업 식사를 얻습니다.
3. 식사 ^(21)에 수용성 성분을 분리 : 물 추출 (200 ml의 물 25g 식사) 후 작업 식사에서 물 세척 식사를 준비합니다.
4. 준비 단백질은 알칼리 추출 및 산 침전 ^(16)에 의해 작동 식사에서 분리합니다.

목재 베니어 스트립 2. 준비

1. 길이 88.9 mm에서 25.4 mm 폭 스트립에 시판 소스에서 얻은 컷 우드 베니어 (두께 1.59 mm).
2. . 연필은 각 스트립의 끝에서 25.4 mm (1.0 ") 길이의 나뭇결을 가로 질러 줄을 표시 적절하게 치료 또는 숫자를 테스트 이러한 스트립 레이블 5. -10 나무 쌍은 각각의 시험 변수에 대해 준비가되어 있습니다.

접착제 슬러리 3. 준비

1. 적용률의 테스트 용 목재 표본 필요한 당 물 세정 식사의 양을 계산한다 (예를 들어, 4 mg의 건조 콘텐츠 cm ^-2)은 총 결합 면적을 X (예를 들면, 581cm 2.54 X 2.54 cm 본딩 영역 ² (90)의 목재 스트립 각) 플러스 enoughness에 대한 약 30 % 추가 (즉, 물 4 X 581 X 130 % 3g)는 예를 들어 식사를 세척 하였다.
2. 탈 이온수 (w / w 3시 25분) 물 세척 식사를 혼합하고, 파라 필름으로 밀봉 커에 2 시간 동안 자기 교반 막대로 저어.

보세 목재 표본 4. 준비

1. 25.4 mm (1.0 ") 길이를 포함하는 2 베니어 스트립의 한쪽에 접착제 슬러리를 브러시 (10) 자연 건조 -. 15 분 또는 볼품까지.
2. 다시 1 층과 공기 건조의 상단에 접착제 슬러리의 2 층을 브러시. 건조 접착제의 양적용 준비 결합의 각각의 나무 스트립입니다 약 4.5 mg의 건조 cm ² 당 고체이다.
3. 2 베니어 스트립의 점착 코팅 된 영역을 오버랩 (25.4 X 25.4 mm 또는 1.0 "X 1.0"). 400 PSI (2.8 MPa의)의 압력에서 20 분 동안 100 ° C에서 벤치 탑 가열 프레스를 사용하여 핫 키를 누릅니다. 압력이 나무 샘플의 오버랩 영역으로 나눈 프레스에 의해인가되는 힘이다 참고. 각각의 시험에 필요한 변수 선택된 본딩 매개 변수가 변경 될 수있다.
4. 쿨 48 에어컨 룸에서 시간 또는 습도 조절 (22의 온도 – 23 ° C와 50의 상대 습도 – 60 %; 그림 2)와 인큐베이터의 결합 나무 표본을하는 조건입니다.

5. 물 저항 실험

1. (- 23 ° C (22)) RT에서 플라스틱 트레이에 48 시간 동안 수돗물에, 초기 조절 한 후, 결합 나무 표본을 담근다. 몸을 담근 후 젖은 표본 전단 즉시 테스트파단 강도와 습윤 강도로보고. 베니어 표면에 과량의 물을 부드럽게 이전에 측정에 종이 티슈로 두드 리듯 제거 할 수있다.
2. 4 시간 동안 63 ºC에서 물을 욕조에, 초기 조절 한 후, 실내 조건에서 다음 건조 결합 나무 표본의 또 다른 세트를 담가 (22의 온도 – 23 ° C와 50의 상대 습도 – 60 %) O / N (18 – 20 시간). 48 시간 건조 시간에 한 번 침수 건조 사이클을 반복합니다. 건조 된 시료는 휴식의 전단 강도 시험을 적신 접착 강도로보고됩니다.

6. 랩 전단 강도 측정

1. 7 MPa의 그립 압력으로 재료 시험기에 32 X 40mm fishscale 리딩 된 웨지 그립에 결합 나무 표본을 맞춘 분 ^-1 1mm의 크로스 헤드 속도를 설정합니다.
2. 측정하고 각각의 결합 나무 시편 휴식 전단 강도를 기록한다. 다수의 측정 결과는 각각의 접착제 형태에 대한 평균을위험률 및 테스트 변수입니다.

Representative Results

Discussion

이 논문은 준비 및 테스트 공장 목재 접착제와 같은 제품을 씨 기반하는 기본 과정을 소개합니다. 이 프로토콜에 예시 된 접착제 슬러리는 단순히 탈지 씨앗 식사 제품과 물을 수 있습니다. 각종 접착제 제형 (예 : 나트륨 도데 실 설페이트, 소듐 바이 설 파이트 또는 동유 같은) 테스트 시약 (예컨대 산도, 고체와 물의 비율 등) 혼합 조건에서 ^5,6,23 및 / 또는 변경할 ^3,24의 첨가에 의해 도달 될 수있다 ^25. 접착제 슬러리의 유동 학적 특성은 우드 스트립에 해당 어플리케이션에 적합하지 않은 경우, 접착제 조성물의 조정도 필요하다.

하나는 나무 텍스처와 표면 거칠기의 높은 변동을 예상 할 수 있도록 고체 표면 시험 재료, 우드 베니어는 천연 제품이다. 열 문헌에보고 된 – (3)에서 이러한 이유로, 테스트 복제. 이러한 변화와 다른 알려 지거나 알려지지 않은 요인으로 인해, 그것은 큰 볼 드문 일이 아니다표준 편차 (> 10 %)를 표 1 및 문헌 ^6-8,12,25 같이 전단 강도 측정에서 관찰하고, 이것은 P ≤ 0.05에서 통계적 분석을 저해 할 수있다. 따라서, 일부 논문 단순히 표준 편차 데이터를 제공하고 비교하고 통계적 유의성 분석없이 논의 (예 ^7,8,12,26). 이 방법은 아직 테스트 변수에서 영향의 일반적인 경향을 보여 몇 가지 의미가 있습니다.

이는 전단 강도의 측정은 또한 다른 형상들 사이를 비교할 수없는 샘플 치수와 수치 결과에 민감하다는 것을 주목해야한다. 표 1에서 목화씨-1보다 면화씨-2의 전단 강도 높은 값은 목화씨-2에 사용되는 두껍고 넓은 나무 표본에 분명히 때문이다. 이는 전단 접착 조인트의 강도가 심지어 고정 OV 대한 시험편의 전체 길이에 따라 달라질 수있는 것으로보고되고erlap 길이 ^(27). 따라서, 비교뿐만 아니라 그러한 면화씨 -2- 대두 (표 1)과 같은 다른 테스트 지오메트리 사이 테스트 동일한 세트의 샘플 사이에 만들어 질 수있다. 단일 무릎 전단 관절의 골절에 형상과 재료 특성의 영향에 대한 자세한 내용은 Kafkalidis과 Thouless ^(27)에서 찾을 수 있습니다.

전단 강도는 재료 시험 (ASTM) 표준 방법 D-906 ^(22)에 대한 미국 사회를 참조하여 시험 하였다. 이 프로토콜은 내수성의 평가에 사용되는 일반적인 두 가지 방법을 제시한다 : 48 시간, 23 ℃에서 수돗물에 몸을 담근 후 즉시 측정 된 결합 표본의 (1) 젖은 strength- 전단 강도 ASTM 표준 D1151-을 기반으로 한 00 ^(11); 합판 중국 국가 표준 (GB / T 1과 유사했다 건조 사이클, – (2) 침지 후에 측정 접합 시험편 strength- 전단강 흠뻑7657-1999 ASTM 표준 D1151-00 ^(11). 일부 용지는 습윤 강도 ^5, 또는 젖은 강도 만 ^6, 또는 둘 다 ^{(11)를보고.} (- 20 시간 18) ⁽⁶⁾ 또한이 프로토콜에 흠뻑 강도를 4 시간 동안 63 ° C에서 몸을 담글 및 RT O / N에서 건조의 2 사이클 후에 측정되는 것을 지적 가치가있다. 일부 연구자는 RT에 하나 이상 침지 및 건조 공정 후 강도를 담가 측정 ^{11,25 (즉,} 48 시간 몸을 담근과 2 ~ 7 일 모두 23 ° C에서 건조). 우리의 의견으로는, 하나는 실험 시간의 가용성 및 프로젝트 목표에 따라 두 방법 중 하나를 선택할 수 있습니다.

이 작품에서 우리는 단일 두 층 공동 표본과 접착 강도를 테스트했다. 이 접근법은 가장 널리 사용되지만 (예를 들면, ^4,6,9,11), 또는 더 복잡한 다중 목재 표본 또한 접착 시험 (에 사용될 수있는 중복 예, 세 우드 스트립 ^7,22 두 층이 조인트 </suP>, 3 나무 스트립 세 3 층 관절) ^29.

Materials

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