JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

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

في الآونة الأخيرة، والفائدة في بذور نبات المنتجات القائمة على وجبة ومواد لاصقة الخشب ازداد بشكل مطرد، حيث تعتبر هذه المواد الخام النباتية المتجددة والصديقة للبيئة. هذه المنتجات الطبيعية قد تكون بمثابة بدائل المواد اللاصقة يعتمد على النفط لتخفيف المخاوف البيئية والاستدامة. يوضح هذا العمل إعداد واختبار القائم على البذور والمواد اللاصقة مصنع الخشب باستخدام القطن وجبة فول الصويا كمواد خام. بالإضافة إلى وجبات الطعام غير المعالجة، وغسلها بالماء وجبات الطعام ويتم إعداد العزلات البروتين واختبار. يتم إعداد عجائن لاصقة عن طريق خلط منتج وجبة تجميد المجفف مع الماء منزوع الأيونات (03:25 ث / ث) لمدة 2 ساعة. يتم تطبيق كل إعداد اللصق إلى نهاية واحدة من 2 الخشب أشرطة القشرة باستخدام فرشاة. وملفوف المناطق لاصقة مبتذل المغلفة للشرائط القشرة الخشبية وصقها عن طريق الضغط على الساخن. وتفيد التقارير قوة لاصقة وقوة القص من العينة الخشب المستعبدين في الشوط الاول. يتم قياس مقاومة للماء من المواد اللاصقة التي كتبهاالتغير في قوة القص من الخشب المستعبدين العينات في استراحة بعد تمرغ المياه. هذا البروتوكول يسمح احد لتقييم المنتجات الزراعية القائمة على البذور النباتية والمرشحين المناسبين لاستبدال المواد اللاصقة الخشب القائم الاصطناعية. تعديلات على صياغة لاصقة مع أو من دون إضافات وشروط الترابط يمكن تحسين خواصها لاصقة للتطبيقات العملية المختلفة.

Introduction

الربط اللصق من الخشب يلعب دورا متزايدا في صناعة منتجات الغابات وعامل رئيسي للاستفادة من كفاءة موارد الأخشاب 1. الفائدة في استخدام مواد لاصقة القائمة على المنتجات الطبيعية للخشب زادت باطراد من 1930s للوصول إلى الذروة حوالي عام 1960 (2). وبعد هذه الفترة، وأصبح سعر المواد اللاصقة يعتمد على النفط منخفضة بحيث النازحين اللاصقة البروتين من العديد من الأسواق التقليدية. في العقدين الماضيين، وقد عكس هذا الاتجاه مع تجدد الاهتمام في استخدام المواد التي هي قابلة للتجديد، قابلة للتحلل، وأكثر قبولا من الناحية البيئية. وتشمل هذه الموارد الطبيعية، ولكن لا تقتصر على، بروتين الصويا 3-5، والبروتين بذرة القطن 6، 7 نخالة الأرز، القمح الغلوتين 8، البروتين تقطير الحبوب 9، البروتين الكانولا وزيت 10-12، اللجنين من الذرة وقصب السكر تفل 13 ، 14 عاما، والسكريات المستمدة من قذائف الروبيان 15.

<ص الطبقة = "jove_content"> في حين عزلات بروتين البذور تم تقييمها على نطاق واسع ومواد لاصقة الخشب المحتملة، وإجراء العزل ينطوي القلوية للتآكل والكواشف الحمضية ويجعل المواد اللاصقة القائمة على عزل-مكلفة نسبيا و 16 صديقة للبيئة أقل. وهكذا، كما تم اختبار بعض الوجبات البذور منزوع الدهن (دقيق) مع أو بدون العلاج لغرض لاصق، وعلى الرغم من أن خصائص لاصقة من هذه الوجبات لا يؤدون وكذلك البروتين يعزل 17-19. لقد مجزأة بالتتابع وجبة بذرة القطن (CM) إلى كسور مختلفة، وفحص قوة لاصقة في القشرة الخشبية الترابط 20،21. جزء صغير جدا صلب غير قابل للذوبان في الماء (بذرة القطن غسلها فيما بعد وجبة-WCM) ويمكن استخدام مواد لاصقة الخشب وقابلة للمقارنة إلى بروتين بذرة القطن عزل (CSPI)، وسيكون أقل تكلفة للتحضير من CSPI.

قوة لاصقة ومقاومة للماء هما المعلمات حاسمة في تقييم أداءمادة لاصقة المحتملة. هنا، يتم الإعلام عن قوة لاصقة وقوة القص في الشوط الاول من السندات حضن كل عينة الخشب. يتم قياس مقاومة للماء لاصقة من تغيير في قوة اللفة القص من العينة الخشب المستعبدين في الشوط الاول بسبب تمرغ المياه. باستخدام المنزوعة الدهن بذرة القطن وفول الصويا وجبات الطعام والمواد الخام، ويوفر هذا البروتوكول طريقة بسيطة ومباشرة لإعداد والمنتجات القائمة على بذور نبات اختبار مواد لاصقة الخشب. أن هذا البروتوكول أن تكون مفيدة في تسهيل الجهد في الحصول على مزيد من الصيغ الاقتصادية وصديقة للبيئة من المواد اللاصقة القائمة على المنتجات الطبيعية الخشب.

Protocol

1. القطن والمنتجات القائمة وجبة-الصويا (الشكل 1)

  1. الحصول على المواد الخام والقطن منزوع الدهن وجبات فول الصويا، من المصادر المتاحة تجاريا.
  2. الحصول على وجبة عمل عن طريق طحن وجبة المنزوعة الدهن الصلبة في طاحونة عينة الإعصار لتمرير 0.5 مم الشاشة الصلب 16.
  3. إعداد وجبات الطعام الماء غسلها من وجبات عمل بعد استخراج المياه (25 ز جبة: 200 مل من الماء) لفصل مكونات للذوبان في الماء في وجبات الطعام 21.
  4. إعداد البروتين يعزل من وجبات عمل عن طريق استخراج القلوي والحمضي هطول الأمطار 16.

2. إعداد أشرطة القشرة الخشبية

  1. القشرة قطع الخشب (1.59 مم) يتم الحصول عليه من مصدر متاح تجاريا إلى شرائح 25.4 مم واسعة من 88.9 ملم طويلة.
  2. قلم رصاص وضع علامة على الخط عبر الحبوب الخشب في 25.4 ملم (1.0 ") طول واحدة من نهاية كل قطاع تسمية هذه الشرائط بشكل مناسب مع اختبار العلاجات أو أرقام 5. -تم إعداد 10 أزواج الخشب لكل متغير الاختبار.

3. إعداد لاصق الطين

  1. حساب كمية وجبة المياه جرفت اللازمة في العينات الخشب للاختبار، من خلال معدل الطلب (على سبيل المثال، 4 ملغ الجاف المحتوى سم -2) × مجموع مساحة الرابطة (على سبيل المثال، 581 سم 2 من 90 شرائح الخشب مع 2.54 X 2.54 سم منطقة الترابط كل)، بالإضافة إلى حوالي 30٪ اضافية لenoughness (أي 4 × 581 X 130٪ 3 غرام من الماء يغسل وجبة لمدة المثال).
  2. مزيج الماء وجبة غسلها بالماء منزوع الأيونات (03:25 ث / ث)، ويحرك مع شريط مغناطيسي لمدة 2 ساعة في كوب مختومة مع بارافيلم.

4. إعداد الاستعبادي الخشب العينات

  1. فرشاة الطين اللاصق على واحدة من نهاية شرائح قشرة الخشب 2 تغطي 25.4 مم (1.0 ") طول الهواء الجاف لمدة 10 - 15 دقيقة أو حتى مبتذل.
  2. فرشاة طبقة ثانية من الطين اللاصق على الجزء العلوي من الطبقة الأولى والهواء الجاف مرة أخرى. كمية من مادة لاصقة الجافإعداد المطبق هو حوالي 4.5 ملغ جافة صلبة لكل سم 2 من الرابطة هي من كل قطاع الخشب.
  3. تتداخل لاصقة منطقة المغلفة مبتذل (25.4 X 25.4 مم أو 1.0 "س 1.0") من 2 الخشب أشرطة القشرة. الساخن الصحافة باستخدام الفوق ساخنة الصحافة في 100 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة عند ضغط 400 رطل لكل بوصة مربعة (2.8 ميجا باسكال). ملاحظة الضغط هو القوة المطبقة من قبل الصحافة مقسوما على مساحة المتراكبة من العينات الخشب. يمكن تغيير هذه المعايير الترابط حسب الحاجة لكل متغير الاختبار.
  4. بارد وحالة العينات الخشب المستعبدين لمدة 48 ساعة في غرفة تكييف أو حاضنة مع مراقبة الرطوبة (درجة الحرارة من 22-23 درجة مئوية والرطوبة النسبية من 50 - 60٪، الشكل 2).

5. تجارب المقاومة للماء

  1. تزج العينات الخشب المستعبدين، بعد تكييف الأولي، توجد فى ماء الصنبور لمدة 48 ساعة في علبة بلاستيكية في RT (22-23 درجة مئوية). ويتم اختبار العينات الرطب بعد تمرغ فورا للالقصقوة في الشوط الثاني وكما ذكرت قوة الرطب. المياه الزائدة على سطح القشرة يمكن إزالتها عن طريق الربت بلطف مع المناديل الورقية قبل القياسات.
  2. تزج مجموعة أخرى من العينات الخشب المستعبدين، بعد تكييف الأولي، في حمام مائي عند 63 درجة مئوية لمدة 4 ساعة، ثم الجافة في ظروف الغرفة (درجة حرارة 22-23 درجة مئوية والرطوبة النسبية من 50 - 60٪) O / N (18 - 20 ساعة). تكرار دورة الغمر التجفيف مرة واحدة مع 48 ساعة وقت التجفيف. ثم يتم اختبار العينات المجففة لقوة القص في الشوط الثاني وأفاد كما غارقة قوة لاصقة.

6. اللفة القص القوة القياسات

  1. تناسب عينة الخشب المستعبدين في 32 × 40 مم fishscale السيطرة إسفين الشبكية على اختبار المواد مع ضغط تجتاح من 7 ميجا باسكال، وضبط سرعة أخمص في 1 ملم دقيقة -1.
  2. قياس وتسجيل قوة القص عند الكسر لكل عينة الخشب المستعبدين. وبلغ متوسط ​​نتائج قياسات متعددة لكل شكل اللصقulation ومتغير الاختبار.

النتائج

يتم تحديد أداء كل صياغة لاصقة من قبل قوة القص من العينة الخشب المستعبدين في الشوط الثاني والقيم تختلف تبعا لأبعاد القشرة الخشبية المستخدمة. على سبيل المثال، في الجدول 1، والقيم قوة لاصقة الجافة وغارقة من العينات المستعبدين هي أقل عندما تستخدم أرق وأضيق شرائ...

Discussion

تقدم هذه الورقة الإجراء الأساسي لإعداد والمنتجات والمواد اللاصقة الخشب مصنع اختبار البذور المستندة. وعجائن لاصقة exampled في هذا البروتوكول هي ببساطة منزوع الدهن المنتج وجبة البذور والمياه. ويمكن الوصول إلى مختلف الصيغ لاصقة بإضافة الكواشف الاختبار (مثل كبريتات الصود?...

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Data reported in this work are part of the USDA-ARS National Program 306 Project 'Values-Added Products from Cottonseed' research supported by the Agency's in-house funding. Publication of this paper is supported in part by the Journal of Visualized Experiments. Mention of trade names or commercial products in this publication is solely for the purpose of providing specific information and does not imply recommendation or endorsement by the U.S. Department of Agriculture. USDA is an equal opportunity provider and employer. We acknowledge the constructive comments from JoVE science editor and peer reviewers in the review and revision process.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Defatted cottonseed mealKentwood Co-opKentwood, LA, USA
Defatted soy mealKentwood Co-opKentwood, LA, USA
Wood veneersCertainly Wood, Inc.East Aurora, NY, USA
Cyclone sample mill (model 3010-014)UDY CorporationFort Collins, CO, USA
Benchtop heated press (model 3856)Carver, Inc.Wabash, IN, USA
Materials testerZwick GmbH & Co.Ulm, Germany

References

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

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

97

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved