Herstellung und Prüfung der Pflanzensamen Speisen basierte Holzklebstoffe

Zusammenfassung

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.

Zusammenfassung

In letzter Zeit hat das Interesse an Pflanzensamenmehl-basierten Produkten wie Holzklebstoffe stetig erhöht, da diese pflanzlichen Rohstoffen gelten als erneuerbare und umweltfreundlich. Diese natürlichen Produkte können dienen als Alternative zu Erdöl-basierten Klebstoffen, um Umwelt- und Nachhaltigkeitsaspekten zu erleichtern. Diese Arbeit zeigt die Herstellung und Prüfung der Pflanzensamen basierende Holzklebstoffe mit Baumwollsamen und Sojamehl als Rohstoff. Neben unbehandeltem Mahlzeiten, Wasser gewaschen Mahlzeiten und Protein-Isolate werden hergestellt und getestet. Adhesive Schlämme werden durch Mischen einer gefriergetrockneten Mahlzeiten Produkt mit VE-Wasser (3.25 m / m) für 2 Stunden vorbereitet. Jede Klebstoffzubereitung auf einem Ende 2 Holzfurnierstreifen mit einem Pinsel aufgetragen. Die klebrigen Klebstoff beschichteten Bereiche der Holzfurnierstreifen werden durch überlappt und geklebt Heißpressen. Haftfestigkeit wird als die Scherfestigkeit der gebundenen Holzprobe Dehnung berichtet. Wasserbeständigkeit der Klebstoffe wird gemessendie Änderung der Scherfestigkeit des gebundenen Holzproben Dehnung nach Einweichen in Wasser. Dieses Protokoll erlaubt es, Pflanzensamen-basierten landwirtschaftlichen Produkten als geeignete Kandidaten für die Substitution synthetischer Basis Holzklebstoffe zu bewerten. Anpassungen der Klebstoffformulierung mit oder ohne Zusatzstoffen und Bindungsbedingungen könnten ihre Hafteigenschaften für verschiedene praktische Anwendungen zu optimieren.

Einleitung

Kleben von Holz spielt eine immer größere Rolle in der Waldprodukt-Industrie und ist ein Schlüsselfaktor für die effiziente Nutzung von Holzressourcen ^ein. Das Interesse an der Nutzung der natürlichen Produktbasierte Klebstoffe für Holz stieg stetig von den 1930er Jahren, um eine Spitze um 1960 ² zu erreichen. Nach Ablauf dieser Frist ist der Preis für Erdöl-basierten Klebstoffe wurde so niedrig, dass sie verschoben Proteinkleber aus mehreren traditionellen Märkten. In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich dieser Trend mit erneutem Interesse an der Verwendung von Materialien, die erneuerbare, die biologisch abbaubar sind umgekehrt, und umweltverträglicher. Diese natürlichen Ressourcen beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf, Sojaprotein ^3-5, Baumwollsamenprotein ^6, Reiskleie ^7, Weizengluten ^8, Getreideschlempe Protein ^9, Raps-Protein und Öl ^10-12, Lignin aus Sorghum und Zuckerrohrbagasse ¹³ begrenzt ^{, 14} und Polysacchariden aus Garnelenschalen ¹⁵ abgeleitet.

Während Samenprotein-Isolate wurden weithin als potenzielle Holzklebstoffe ausgewertet umfasst das Isolierungsverfahren ätzende alkalische und saure Reagenzien und es macht Isolat basierte Klebstoffe relativ teuer und weniger umweltfreundliche ^16. So haben einige entfetteten Samen Mahlzeiten (Mehl) mit oder ohne Behandlung auch für die Klebe Zweck getestet, obwohl die Hafteigenschaften dieser Mahlzeiten nicht durchführen sowie Proteinisolaten ^17-19. Wir haben der Reihe nach aufgetrennt Baumwollsamenmehl (CM) in verschiedene Fraktionen und untersuchten ihre Haftfestigkeit der Bindung Holzfurniere ^20,21. Das wasserunlösliche Feststoffanteil (nachfolgend gewaschen Baumwollsamenmehl-WCM) könnte als Holzklebstoffe, vergleichbar mit Baumwollsamenprotein-Isolat (CSPI) verwendet werden und wäre kostengünstiger herzustellen als CSPI sein.

Haftfestigkeit und Wasserbeständigkeit sind zwei kritische Parameter bei der Bewertung der Leistungeine potentielle Klebematerial. Hier wird die Haftfestigkeit als die Scherfestigkeit bei Bruch der Runde Bindung der einzelnen Holzprobe angegeben. Wasserbeständigkeit des Klebemittels durch die Änderung in der Überlappungsscherfestigkeit der verklebten Holzprobe Dehnung aufgrund Wasserbefeuchtungsfüße gemessen. Mit Baumwoll entfettet und Soja-Mahlzeiten als Rohstoffe, bietet dieses Protokoll eine einfache und unkomplizierte Weise und Testpflanzensamen basierende Produkte wie Holzklebstoffe vorzubereiten. Dieses Protokoll wäre hilfreich bei der Erleichterung der Bemühungen bei der Suche nach wirtschaftlicheren und umweltfreundliche Formulierungen der Naturstoffbasis Holzklebstoffe sein.

Protokoll

1. Baumwoll und Sojamehl-basierten Produkte (Abbildung 1)

1. Besorgen Sie sich die Rohstoffe, entfettet Baumwoll und Soja-Mahlzeiten, aus handelsüblichen Quellen.
2. Besorgen Sie sich die Arbeits Mahlzeit durch Schleifen der feste entfettetem Mehl in einem Zyklon Probenmühle, um eine 0,5 mm Stahl-Bildschirm ¹⁶ übergeben.
3. Bereiten Sie Wasser gewaschen Mahlzeiten aus den Arbeitsessen nach der Wasserextraktion (25 g Mehl 200 ml Wasser), um wasserlösliche Komponenten in den Mahlzeiten ²¹ zu trennen.
4. Bereiten Protein-Isolate aus den Arbeitsgerichte durch Alkaliextraktion und Säurefällung ^16.

2. Herstellung von Holzfurnier-Streifen

1. Schnittholzfurniere (1,59 mm dick) aus einer handelsüblichen Quelle in Streifen von 25,4 mm Breite und 88,9 mm Länge erhalten.
2. Bleistift markieren Sie eine Linie über die Holzmaserung auf 25,4 mm (1,0 ") Länge von einem Ende jedes Streifens Beschriften Sie diese Streifen in geeigneter Weise mit der Prüfung Behandlungen oder Zahlen 5.. -10 Holz-Paare werden für jede Testvariable erstellt.

3. Herstellung von Klebe Slurries

1. Berechnen Sie die Menge an Wasser gewaschen Mahlzeit benötigt pro den Holzproben für die Prüfung, durch Aufwandmenge (beispielsweise 4 mg Trockengehalt cm ^-2) x Gesamtbindungsfläche (zB 581 cm ² von 90 Holzleisten mit 2,54 x 2,54 cm Klebefläche jeweils) plus ca. 30% Zuschlag für enoughness (dh 4 x 581 x 130% 3 g Wasser gewaschen Mahlzeit für das Beispiel).
2. Mischen Sie Wasser gewaschen Mahlzeit mit VE-Wasser (3.25 g / g), und unter Rühren mit einem magnetischen Rührstab für 2 Stunden in einem Becherglas mit Parafilm verschlossen.

4. Herstellung von verleimten Holzproben

1. Bürsten Sie Haftschlämme auf ein Ende des 2 Holzfurnierstreifen abdecken 25,4 mm (1,0 ") Länge der Luft trocknen. 10 - 15 Minuten oder bis klebrig.
2. Pinsel eine zweite Klebstoffschicht-Aufschlämmung auf die Oberseite der ersten Schicht und der Luft trocknen wieder. Die Höhe der TrockenkleberZubereitung angewendet ist etwa 4,5 mg trockener Feststoff pro cm ² der Bindung sind jedes Holzleiste.
3. Überlappen die klebrigen Klebstoff beschichtete Fläche (25,4 x 25,4 mm bzw. 1,0 "x 1,0") von 2 Holzfurnierstreifen. Heißpresse mit einem Tisch beheizten Presse bei 100 ° C für 20 min bei einem Druck von 400 psi (2,8 MPa). Notiere den Druck der durch die Presse, geteilt durch die Überlappungsfläche der Holzproben ausgeübten Kraft. Diese Bindungsparameter können als für jeden Test variablen Bedarf geändert werden.
4. Kühlung und Konditionierung der gebundenen Holzproben für 48 Stunden im Klimaraum oder einem Inkubator mit Feuchtigkeitsregulierung (Temperatur von 22 - 23 ° C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 bis 60%; Abbildung 2).

5. Wasserbeständigkeit Experimente

1. Tauchen Sie die gebundene Holzproben nach anfänglichen Anlage, in Leitungswasser für 48 Stunden in einer Plastikschale bei Raumtemperatur (22-23 ° C). Die nassen Proben nach Einweichen werden sofort für die Scher getestetBruchfestigkeit und als Nassfestwiesen. Überschüssiges Wasser auf dem Furnieroberfläche kann durch leichtes klopfen mit Papiertaschentuch vor der Messung entfernt werden.
2. Tauchen Sie einen anderen Satz von gebundenen Holzproben nach anfänglichen Anlage, in einem Wasserbad bei 63 ° C 4 Stunden lang und dann bei Raumbedingungen getrocknet (Temperatur von 22 - 23 ° C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 bis 60%) O / N (18 - 20 h). Wiederholen Sie den Eintrocknungszyklus einmal mit einer 48 Stunden Trocknungszeit. Die getrockneten Proben werden dann für die Scherbruchfestigkeit geprüft und getränkt Haftfestigkeit angegeben.

6. Zugscherfestigkeit Messungen

1. Setzen Sie ein gebundene Holzprobe in die 32 x 40 mm Schuppengerasterten Keilspannköpfen auf einem Materialtester mit einem Greifdruck von 7 MPa, und stellen Sie die Kreuzkopfgeschwindigkeit von 1 mm min ^-1.
2. Messen und notieren Sie die Scherfestigkeit bei Bruch für jede gebundene Holzprobe. Die Ergebnisse von mehreren Messungen für jedes Klebeform gemitteltlation und Testvariable.

Ergebnisse

Leistung jeder Klebstofformulierung wird durch die Scherfestigkeit der verklebten Holzprobe Dehnung festgelegt und die Werte hängen von den Abmessungen der Holzfurnier verwendet abhängig. Zum Beispiel ist in Tabelle 1, sind die trockenen und getränkte Klebkraftwerte der geklebten Proben niedriger als dünner und schmaler Ahornleisten verwendet werden (siehe Baumwollsaat-1), im Gegensatz zu den dickeren und breiteren Streifen aus Baumwoll-2 in die empfohlene Protokoll unter Verwendung des gleichen Bau...

Diskussion

Dieser Beitrag stellt eine grundlegende Vorgehensweise zur Vorbereitung und Testpflanzensamen basierende Produkte wie Holzklebstoffe. Die Klebe Schlämmen in diesem Protokoll exampled sind einfach die entfetteten Samenmehl Produkt und Wasser. Verschiedene Klebstoffzusammensetzungen können durch Zugabe von Testreagenzien (wie Natriumdodecylsulfat, Natriumbisulfit oder Tungöl) ^5,6,23 und / oder Änderungen in den Mischbedingungen (zB pH-Wert, Verhältnis von Feststoff und Wasser) ^3,24 erreicht werd...

Materialien

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