准备和植物种子膳食为基础的木材胶粘剂的测试

摘要

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.

摘要

最近，在植物种子粉为基础的产品如木材胶粘剂的兴趣不断增加，因为这些植物原料被认为是可再生能源和环境友好。这些天然产物可以作为替代的基于石油的粘合剂，以减轻环境和可持续性的担忧。这项工作演示了使用棉籽和大豆粉为原料的植物种子为基础的木材胶粘剂的制备和测试。此外，未经处理的餐点，用水洗净膳食和分离蛋白的制备和测试。粘合剂浆料是通过2小时搅拌冷冻干燥餐产物用去离子水（3点25瓦特/ w）的制备。每种粘合剂制剂施加到用刷子2木材单板条一端。木材单板条带的粘性粘合剂涂覆区域被研磨和胶合热压。粘合强度被报告为粘结木材试样断裂时的剪切强度。粘合剂的耐水性是通过测量在保税木材的剪切强度的变化，在试件浸水后休息。该协议允许一个评估植物种子为基础的农产品为合适人选的合成基木材胶粘剂替代。调整到具有或不具有添加剂和粘合条件的粘合剂配制剂可用于各种实际应用中优化其粘合性能。

引言

木材的粘接起着在森林产品工业中日益重要的作用，并且是有效地利用木材资源¹的关键因素。在使用天然产物型胶粘剂木材利率稳步上升，从20世纪30年代，以达到在1960年左右²峰值。在此之后，中石油为基础的粘合剂的价格变得如此之低，他们流离失所蛋白胶粘剂从几个传统市场。在过去的二十年里，这一趋势已经在使用的材料是可再生，可降解的新的兴趣逆转，更符合环保要求。这些天然资源包括但不限于，大豆蛋白^3-5，棉籽蛋白^6，米糠^7，小麦面筋^8，酒糟蛋白^9，低芥酸菜子蛋白质和油^10-12，木质素从高粱和甘蔗渣^{13 ，14，}和多糖衍生自虾壳^15。

鉴于种子蛋白质分离物已被广泛地评价为潜在木材胶粘剂，隔离过程涉及腐蚀性酸性和碱性试剂，它使分离物基粘合剂较昂贵和较少的环境友好型^16。因此，一些脱脂种子餐（粉）有或无治疗也已测试了用于粘合目的，即使这些膳食的粘合性能不执行以及蛋白分离物^17-19。我们顺序地分馏棉籽粕（CM）成不同的馏分，并检查其在粘接木材薄板^20,21的粘接强度。水不溶性的固体成分（以下，洗涤棉籽粕-WCM）可以用作木材粘合剂，媲美棉籽蛋白分离物（CSPI），并且将是制备比CSPI成本更低。

粘合强度和耐水性是在评估的性能的两个关键参数一个潜在的粘合剂材料。这里，粘合强度被报告为在每个木材试样的搭接键的断裂的剪切强度。粘合剂的耐水性是通过在粘合的木材试样断裂时的拉伸剪切强度的变化，由于浸水测量。使用脱脂棉籽和大豆膳食为原料，该协议提供了一个简单而直接的方式来准备和测试植物种子为基础的产品如木材胶粘剂。该协议将促进在寻求天然产物为基础的木材胶粘剂更多的经济型和环境友好剂型的努力有所帮助。

研究方案

1.棉籽和豆粕为基础的产品（图1）

1. 得到的原料，脱脂棉籽和大豆粗粉，从市售来源。
2. 研磨固体脱脂一顿旋风磨样品通过0.5mm的钢化屏¹⁶获得工作餐。
3. 分离水溶性成分的膳食^21:从水中提取（200毫升的水25克餐）后的工作餐准备清水洗净饭菜。
4. 准备分离蛋白的工作餐碱提酸沉淀^16。

2.准备的木单板条

1. 88.9毫米长的从市售来源成条状25.4毫米宽得到切木单板（1.59毫米厚）。
2. 铅笔从每个条的一端标记横跨木纹线在25.4毫米（1.0"）长标签这些条带适当地检测处理或号码5。 -10木对为每个测试变量制备。

3.用胶粘剂的泥浆

1. 计算每个木标本进行检测需要用水冲洗餐量，通过施用量（ 如，4毫克干含量厘米^-2）×总粘接面积（ 如581 ^平方厘米90的木条与2.54×2.54厘米粘接面积各）加上约30％的额外enoughness（ 即，4×581×130个％3克水洗涤餐的例子）。
2. 混合水洗涤餐用去离子水（3点25分重量/重量），并搅拌用2小时在用Parafilm密封烧杯磁力搅拌棒。

4.准备保税木标本

1. 刷胶粘剂浆到2木皮条覆盖25.4毫米（1.0"）长一端风干10 - 15分钟或直到俗气。
2. 再次刷上的第一层和风干的顶部粘合剂浆料的第二层。干粘合剂的量申请准备是约4.5毫克干每平方厘米²稳固的结合是每个木条。
3. 2木单板条重叠性粘接剂涂面积（25.4×25.4毫米或1.0"×1.0"）。热压用台式热压机在100℃下20分钟，在400磅（2.8兆帕）的压力下进行。注压力是由压由木样本的重叠面积除以所施加的力。根据需要，对于每个测试变量这些接合参数可以被改变。
4. 凉爽和调节所述粘结木材试样48小时在空调房间或湿度控制（22温度- 23℃和50的相对湿度％ - 60％; 图2）的培养箱。

5.耐水性试验

1. 浸入粘合木材试样，初始调理后，在自来水中48小时在塑料托盘在RT（22 - 23℃）。浸泡后的湿标本立即剪切测试断裂强度和报告为湿强度。上的单板表面过量的水可以通过与纸巾之前测量轻轻拍打去除。
2. 浸入另一组粘结木材的标本，初始调节之后，在水浴中于63ºC4小时，然后干燥，在室温条件下（22温度 - 23℃，50相对湿度 - 60％），O / N（18 - 20小时）。有48小时的干燥时间重复浸泡干燥循环一次。将干燥的试样，然后测试其断裂时的剪切强度并报告为浸泡粘合强度。

6.搭接剪切强度测量

1. 适合的粘合木材试样插入一个材料测试仪的32×40mm的耐鳞爆网格楔形夹具为7兆帕夹紧压力，并设定十字头速度为1mm分钟^-1。
2. 测量和断裂每个保税木材标本记录剪切强度。多次测量的结果的平均，每个粘接剂箔片不愿意将测试变量。

结果

各个粘合剂配方的性能是由粘结木材试样的剪切断裂力测定和值取决于所使用的木材单板的尺寸。例如，在表1中，接合试样的干燥和浸泡粘合强度值较低时更薄，更窄枫木条用于（参见棉籽-1），相对于棉籽-2的厚和更宽条建议的协议，使用相同的棉籽基粘合剂配方中。也观察到人在薄和窄木单板粘合剪切强度的测量更多的木材标本失败。具体而言，3脱脂粉，4洗涤膳食，并且所有10?...

讨论

本文提出了一种基本的程序，准备和测试植物种子为基础的产品如木材胶粘剂。 exampled在这个协议的粘接泥浆只是脱脂粕产品和水。各种粘合剂制剂可以通过加入测试试剂（如十二烷基硫酸钠，亚硫酸氢钠或桐油^）5,6,23和/或在混合条件下（如pH值，固体和水的比例）的变化^3,24的到达^25。还需要的粘合剂配方的调整，如果是该粘合剂浆料的流变学性质不适合用于相应的应用?...

材料

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