Préparation et essai des adhésifs à base de bois-repas plante à graines

Résumé

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.

Résumé

Récemment, l'intérêt pour les produits à base de farine de graines de la plante comme les colles à bois a augmenté de façon constante, que ces matières premières végétales sont considérées comme renouvelables et respectueux de l'environnement. Ces produits naturels peuvent servir de solutions de rechange aux adhésifs à base de pétrole pour soulager les préoccupations environnementales et de durabilité. Ce travail démontre la préparation et l'essai des adhésifs à base de bois semences végétales en utilisant graines et du tourteau de soja comme matières premières. En plus des repas non traités, lavé à l'eau et repas isolats de protéines sont préparés et testés. Adhésif suspensions sont préparées en mélangeant un produit d'un repas lyophilisé avec de l'eau désionisée (03:25 p / p) pendant 2 heures. Chaque préparation adhesive est appliquée à une extrémité de deux bandes de placage de bois à l'aide d'un pinceau. Les zones revêtues adhésif collant des bandes de placage de bois sont à patte collée par pressage à chaud. La force d'adhérence est rapportée comme la résistance au cisaillement de l'échantillon de bois liées à la rupture. Résistance à l'eau des adhésifs est mesurée parla variation de la résistance au cisaillement du bois collé spécimens à la rupture après trempage de l'eau. Ce protocole permet d'évaluer les produits agricoles à base de semences de plantes comme des candidats appropriés pour la substitution d'adhésifs à base de bois synthétiques. Des ajustements à la formulation d'adhésif, avec ou sans additifs et conditions de collage pourraient optimiser leurs propriétés adhésives pour diverses applications pratiques.

Introduction

Le collage du bois joue un rôle croissant dans l'industrie des produits de la forêt et est un facteur clé pour utiliser efficacement les ressources de bois ^1. L'intérêt pour l'utilisation de colles naturelles basées sur les produits du bois a augmenté régulièrement dans les années 1930 pour atteindre un pic vers 1960 ^2. Après cette période, le prix des adhésifs à base de pétrole est devenu si bas qu'ils déplacées adhésifs de protéines de plusieurs marchés traditionnels. Dans les deux dernières décennies, cette tendance se est inversée avec un regain d'intérêt dans l'utilisation des matériaux qui sont renouvelables, biodégradables et plus acceptable pour l'environnement. Ces ressources naturelles comprennent, mais à titre non limitatif, des protéines de soja ^5.3, la protéine de graine de coton ^6, le son de riz ^7, gluten de blé ^8, la protéine de distillerie de grains ^9, la protéine de canola et l'huile ^{de 10 à 12,} la lignine à partir du sorgho et de la canne à sucre bagasse ^{13 , 14,} et des polysaccharides dérivés de carapaces de crevettes ^15.

considérant semences isolats de protéines ont été largement évaluée comme colles à bois possibles, la procédure d'isolement implique corrosif alcalin et des réactifs acides et il est à base d'adhésifs isolés relativement coûteux et moins respectueux de l'environnement ^16. Ainsi, certaines farines de graines dégraissées (des farines) avec ou sans traitement ont également été testés dans le but d'adhésif, même si les propriétés adhésives de ces repas ne réussissent pas aussi bien que les isolats de protéines ^{de 17 à 19.} Nous avons fractionné séquentiellement la farine de graines de coton (CM) en différentes fractions, et examiné leur force d'adhérence dans les placages en bois de liaison ^20,21. La fraction solide insoluble dans l'eau (coton lavé après un repas-WCM) pourrait être utilisé comme colles à bois, comparables à la protéine de graine de coton isolat (CSPI), et serait moins coûteux à préparer que CSPI.

La force d'adhérence et de résistance à l'eau sont deux paramètres essentiels pour évaluer les performances deun matériau adhésif potentiel. Ici, la force d'adhérence est rapportée comme la résistance au cisaillement à la rupture de la liaison à recouvrement de chaque spécimen de bois. Résistance à l'eau de l'adhésif est mesurée par la variation de la résistance au cisaillement de l'échantillon de bois liées à la rupture due à eau de trempage. Utilisation de graines de coton et de soja repas dégraissés comme matières premières, ce protocole offre un moyen simple et facile à préparer et les produits à base de graines végétales-test que les colles à bois. Ce protocole serait utile pour faciliter l'effort dans la recherche de formulations plus économiques et respectueux de l'environnement d'adhésifs naturels à base de produits ligneux.

Protocole

1. de coton et de produits à base de soja-Meal (Figure 1)

1. Obtenir les matières premières, coton dégraissé et des repas à base de soja, à partir de sources disponibles dans le commerce.
2. Obtenir le repas travail par meulage le repas extrait sec dégraissé dans un moulin de l'échantillon de cyclone pour passer un écran d'acier de 0,5 mm ^16.
3. Préparer des repas lavés d'eau des repas de travail après l'extraction de l'eau (25 g de repas: 200 ml d'eau) pour séparer les composants solubles dans l'eau dans les ²¹ repas.
4. Préparer les isolats de protéines de repas de travail par extraction alcaline et des précipitations acides ^16.

2. Préparation des bandes de bois de placage

1. placages de bois de coupe (1,59 mm d'épaisseur) obtenues à partir d'une source disponible dans le commerce en bandes de 25,4 mm de largeur par 88,9 mm de long.
2. Marque de crayon une ligne à travers le grain du bois à 25,4 mm (1,0 ") de longueur d'une extrémité de chaque bande étiqueter ces bandes de façon appropriée avec tester des traitements ou des numéros 5.. -10 paires de bois sont préparées pour chaque variable de test.

3. Préparation de l'adhésif coulis

1. Calculez le montant de la farine de lavé à l'eau nécessaire par les échantillons de bois pour les essais, par le taux d'application (par exemple, 4 mg sèche contenu cm ^-2) x zone de liaison totale (par exemple, 581 cm ² de 90 des bandes de bois avec 2,54 x 2,54 cm zone de collage chacun) plus de 30% supplémentaire pour enoughness (ie, 4 x 581 x 130% 3 g d'eau lavé repas pour l'exemple).
2. Mélanger l'eau repas lavé avec de l'eau déminéralisée (03:25 p / p), et remuer avec une barre d'agitation magnétique pendant 2 heures dans un bécher scellé avec Parafilm.

4. Préparation de stockage des bois spécimens

1. Badigeonner boue colle sur une extrémité de deux bandes de placage de bois couvrant 25,4 mm (1,0 ") de longueur Air-sec pour 10 -. 15 min ou jusqu'à ce que collante.
2. Badigeonner à nouveau une deuxième couche de pâte adhésive sur le dessus de la première couche et sécher à l'air. La quantité d'adhésif secpréparation appliquée est d'environ 4,5 mg solide sec par cm ² de liaison sont de chaque bande de bois.
3. Superposer l'adhésif zone revêtue collante (25,4 x 25,4 mm ou 1,0 "x 1,0") de deux bandes de placage bois. Chaud en utilisant une presse de laboratoire de presse chauffée à 100 ° C pendant 20 min sous une pression de 400 psi (2,8 MPa). Notez la pression est la force appliquée par la presse, divisée par la zone de chevauchement des échantillons de bois. Ces paramètres de liaison peuvent être modifiées selon les besoins pour chaque variable de test.
4. Refroidir et à conditionner les échantillons de bois collées pendant 48 heures dans une chambre de conditionnement ou un incubateur avec contrôle de l'humidité (température de 22-23 ° C et une humidité relative de 50 - 60%; figure 2).

5. Les expériences Résistance à l'eau

1. Plonger les échantillons de bois collées, après conditionnement initial, dans l'eau du robinet pendant 48 heures dans un bac en plastique à température ambiante (22-23 ° C). Les échantillons mouillés après trempage sont testés immédiatement pour l'cisaillementrésistance à la rupture et déclaré comme résistance à l'humidité. L'excès d'eau sur la surface de placage peut être éliminé par tapotant doucement avec du papier avant les mesures.
2. Plongez un autre ensemble d'échantillons de bois aggloméré, après conditionnement initial, dans un bain d'eau à 63 ºC pendant 4 heures, puis sécher dans les conditions ambiantes (température de 22-23 ° C et une humidité relative de 50 à 60%) O / N (18 - 20 h). Répéter le cycle de séchage par immersion une fois avec un temps de séchage de 48 heures. Les échantillons séchés sont ensuite testés pour la résistance au cisaillement à la rupture et signalé que la force adhésive imbibé.

6. Eprouvette de cisaillement Mesures

1. Monter un échantillon de bois collées dans les 32 x 40 mm Fishscale poignées de coin maillées sur un testeur Matériaux avec une pression de serrage de 7 MPa, et régler la vitesse de la tête à 1 mm min ^-1.
2. Mesurer et enregistrer la résistance au cisaillement à la rupture pour chaque échantillon de bois aggloméré. Les résultats de plusieurs mesures sont en moyenne pour chaque forme adhésiveulation et variable de test.

Résultats

La performance de chaque formulation d'adhésif est déterminée par la résistance au cisaillement de l'échantillon de bois liées à la rupture et les valeurs varient en fonction des dimensions de la feuille de placage de bois utilisé. Par exemple, dans le tableau 1, les valeurs d'adhérence secs et imbibés des échantillons liés sont plus faibles lorsque plus minces et étroites bandes de l'érable sont utilisés (voir coton-1), par opposition aux bandes plus épaisses et plus lar...

Discussion

Cet article présente une procédure de base pour préparer et plante test semences à base de produits comme les colles à bois. Les suspensions adhésives exampled dans ce protocole sont simplement le produit de la farine de graines dégraissée et de l'eau. Diverses formulations d'adhésifs peut être atteint par addition de réactifs d'essai (telles que le dodécylsulfate de sodium, le bisulfite de sodium ou l'huile de tung ^5,6,23) et / ou des changements dans les conditions de mélange (t...

matériels

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