הכנה ובדיקה של דבקי עץ מבוססי ארוחת זרעי צמח

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

לאחרונה, העניין במוצרים מבוסס ארוחת זרע צמח כמו דבקי עץ גדל בהתמדה, כחומרי גלם אלו צמח נחשבים מתחדשים וידידותית לסביבה. מוצרים טבעיים אלה עשויים לשמש כחלופות לדבקים מבוססי נפט ללהקל על חששות קיימות סביבתיים ו. עבודה זו מדגימה את ההכנה ובדיקה של דבקי עץ הצמח מבוסס זרע באמצעות זרעי כותנה וארוחת סויה כחומר גלם. בנוסף לארוחות שלא טופלו, מים שטפו ארוחות ומבודדות חלבון מוכנים ונבדק. slurries דבק מוכן על ידי ערבוב מוצר ארוחה המיובש בהקפאה במים ללא יונים (03:25 w / w) עבור שעה 2. כל הכנת דבק מוחלת על קצה אחד של רצועות פורניר עץ 2 בעזרת מברשת. אזורי דבק דביק המצופים של רצועות פורניר העץ הם לקקו והדביקו על ידי לחיצה על-חם. חוזק הדבקה הוא כפי שדווח כוח הגזירה של דגימת עץ ערובה בהפסקה. התנגדות מים של הדבקים נמדדת על ידיהשינוי בכוח הגזירה של עץ הערובה דגימות בהפסקה לאחר שריה במים. פרוטוקול זה מאפשר להעריך מוצרים חקלאיים המבוססים על זרעי צמח כמועמדים מתאימים להחלפה של דבקי עץ מבוסס סינטטיים. התאמות לניסוח הדבק עם או בלי תוספות ותנאי מליטה יכולות לייעל מאפייני ההדבקה שלהם ליישומים מעשיים שונים.

Introduction

מליטה הדבקה של עץ ממלא תפקיד הולך וגדל בתעשיית מוצר היער ומהווה גורם מרכזי ליעילות ניצול משאבי עץ ^1. העניין בשימוש בדבקים המבוססים על מוצרים טבעיים לעץ גדל בהתמדה מ 1930 להגיע לשיא בסביבות שנתי 1960 ^2. לאחר תקופה זו, המחיר של דבקים מבוססי נפט הפך כל כך נמוך שהם נעקרו דבקי חלבון ממספר שווקים מסורתיים. בשני העשורים האחרונים, מגמה זו התהפכה עם עניין מחודש בשימוש בחומרים שאינם מתחדש, מתכלה, ויותר מקובלת לסביבה. משאבי טבע אלה כוללים, אך אינם מוגבלים ל, חלבון סויה ^3-5, חלבון כותנה ^6, סובין אורז ^7, גלוטן חיטה ^8, מסתננים תבואה חלבון ^9, חלבון קנולה ושמן ^10-12, ליגנין מדורה וקני סוכר פסולת ^{13 , 14,} ורבים-סוכרים הנגזרים מפגזי שרימפס ^15.

בעוד שבודד חלבון זרע נבדק באופן נרחב כדבקי עץ פוטנציאליים, הליך הבידוד כרוך אלקליין מאכל וחומרים כימי חומצי וזה גורם לי דבקים המבוסס על בודד יקר יחסית ופחות ידידותית לסביבה ^16. לכן, כמה ארוחות נטולות שומן זרע (קמחים) עם או בלי טיפול גם נבדקו לצורך דבק, למרות שמאפייני ההדבקה של ארוחות אלה לא לבצע, כמו גם חלבון מבודד ^17-19. ברצף יש לנו מופרדים תערובת זרעי כותנה (CM) לשברים שונים, ובחנו את חוזק ההדבקה שלהם בחזיתות מעץ המליטה ^20,21. החלק המוצק אינם מסיסים במים (כותנה שטפה להלן ארוחה-WCM) יכול לשמש כדבקי עץ, דומים לבודד חלבון כותנה (CSPI), ויהיה פחות יקר כדי להכין מאשר CSPI.

חוזק הדבקה ועמידות למים הם שני פרמטרים קריטיים בהערכת הביצועיםחומר הדבקה פוטנציאלי. כאן, חוזק ההדבקה הוא כפי שדווח כוח הגזירה בהפסקה של אג"ח חיקו של כל דגימת עץ. התנגדות מים של הדבק נמדדת על ידי השינוי בכוח גזירת חיק של דגימת עץ ערובה בהפסקה בשל שריה במים. באמצעות ארוחות כותנה וסויה נטולות שומן כחומר גלם, פרוטוקול זה מספק דרך פשוטה וישירה כדי להכין ומוצרים מבוססי זרע צמח מבחן כמו דבקי עץ. פרוטוקול זה יהיה מועיל בקידום המאמץ במחפש יותר ניסוחים כלכליים וידידותית לסביבה של דבקי עץ מבוסס מוצרים טבעיים.

Protocol

1. זרעי כותנה ומוצרים מבוססי סויה ארוחה (איור 1)

1. השג את חומרי הגלם, כותנה נטולות שומן וארוחות סויה, ממקורות מסחריים זמינים.
2. השג את הארוחה עובדת על ידי שחיקה הארוחה נטול שומן המוצקה בטחנת מדגם ציקלון לעבור מסך פלדת 0.5 מ"מ ^16.
3. להכין ארוחות שטפו מים מהארוחות לעבוד אחרי מיצוי במים (ארוחת 25 גרם: 200 מיליליטר מים) כדי להפריד בין רכיבים מסיסים במים בארוחות ^21.
4. הכן חלבון מבודד מהארוחות עובדות על ידי מיצוי אלקלי ומשקעי חומצת ^16.

2. הכנת רצועות עץ פורניר

1. חזיתות מעץ חתוך (1.59 מ"מ עובי) המתקבלות ממקור זמין מסחרי לרצועות רחבות 25.4 מ"מ על ידי מ"מ 88.9 ארוך.
2. עיפרון לסמן קו על פני התבואה העץ ב25.4 מ"מ (1.0 ") באורך מקצה אחד של כל רצועה לייבל הרצועות האלה כיאות עם בדיקת טיפולים או מספרים 5.. -10 זוגות עץ מוכנים לכל משתנה בדיקה.

3. הכנת הדבק slurries

1. לחשב את כמות מים שטפו הארוחה נדרשת לכל דגימות העץ לבדיקה, על ידי קצב יישום (לדוגמא, 4 ^-2 סנטימטרים תוכן מ"ג יבשים) x כולל שטח מליטה (למשל, 581 סנטימטר ² של 90 רצועות עץ עם שטח מליטה 2.54 x 2.54 סנטימטרים כל אחד) בתוספת כ -30% נוספים עבור enoughness (כלומר, 4 x 581 x 130% 3 גרם של מים שטף ארוחה לדוגמה).
2. מערבבים ארוחה שטפה מים עם מים ללא יונים (03:25 w / w), ומערבבים עם בר ומערבב מגנטי עבור שעה 2 בכוס אטומה עם Parafilm.

4. הכנת דוגמאות עץ בונדד

1. לצחצח slurry דבק על קצה אחד של רצועות פורניר עץ 2 מכסות 25.4 מ"מ אורך (1.0 ") Air-יבש במשך 10 -. 15 דקות או עד דביק.
2. לצחצח שכבה שנייה של slurry דבק על גבי השכבה הראשונה ואוויר היבש שוב. הסכום של דבק יבשההכנה מיושמת היא כ -4.5 מ"ג יבשים מוצקה לסנטימטר ² של מליטה הן של כל רצועת עץ.
3. חפיפת אזור הדבק דביק המצופה (מ"מ 25.4 x 25.4 או 1.0 "x 1.0") של רצועות פורניר עץ 2. Hot-עיתונות באמצעות מחומם לחץ benchtop ב 100 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות בלחץ של 400 psi (2.8 MPA). שים לב ללחץ הוא הכח המופעל על ידי העיתונות מחולקת באזור החופף של דגימות העץ. פרמטרים מליטה אלה עשויים להשתנות בהתאם לצורך לכל אחד ממשתני בדיקות.
4. מגניב ולהתנות את דגימות עץ ערובה במשך 48 שעות בחדר אוויר או חממה עם בקרת לחות (טמפרטורה של 22-23 מעלות צלזיוס ולחות היחסית של 50 - 60%; איור 2).

5. ניסויי התנגדות המים

1. לטבול את דגימות עץ ערובה, לאחר מיזוג ראשוני, במים ברז במשך 48 שעות במגש פלסטיק ב RT (22-23 מעלות צלזיוס). הדגימות הרטובות לאחר טבילה נבדקות באופן מיידי לגזירהכוח בהפסקה ודווח ככוח רטוב. עודפי מים על פני השטח הפורניר ניתן להסיר בעדינות על ידי מלטף עם רקמת נייר לפני מדידות.
2. לטבול את קבוצה נוספת של דגימות עץ ערובה, לאחר מיזוג ראשוני, באמבט מים על 63 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות, ולאחר מכן יבש בתנאי חדר (טמפרטורה של 22-23 מעלות צלזיוס ולחות היחסית של 50 - 60%) O / N (18 - 20 שעות). חזור על מחזור הטבילה-ייבוש פעם אחת עם זמן ייבוש 48 שעות. אז הדגימות מיובשות, נבחנו צורך בכוח הגזירה בהפסקה ודווחו כחוזק הדבקה ספוג.

מדידות חוזק גזירה 6. Lap

1. להתאים דגימת עץ ערובה לתוך אוחז 32 x 40 מ"מ fishscale gridded הטריז בTester חומרים עם לחץ מרתק של 7 מגפ"ס, ולקבוע את מהירות crosshead במ"מ 1 דק ^'-1.
2. מדוד ורשום את כוח הגזירה בהפסקה לכל דגימת עץ ערובה. התוצאות של מדידות מרובות בממוצע עבור כל טופס דבקulation ומשתנה מבחן.

תוצאות

הביצועים של כל ניסוח דבק נקבע על ידי כוח הגזירה של דגימת עץ ערובה בהפסקה והערכים משתנים בהתאם לממדים של פורניר העץ המשמש. לדוגמא, בטבלה 1, ערכי חוזק הדבקה יבשים ורטובים של דגימות ערובה הם נמוכים יותר כאשר רצועות דקות יותר וצרות יותר מייפל משמשות (ראה Cottonseed-1), ב...

Discussion

מאמר זה מציג הליך בסיסי להכנה ובדיקת זרע צמח מבוסס מוצרים כמו דבקי עץ. Slurries דבק exampled בפרוטוקול זה הוא פשוט מוצר זרע ארוחה נטול שומן ומים. ניתן להגיע ניסוחים דבקים שונים על ידי תוספת של חומרים כימיים בדיקות (כגון סולפט dodecyl נתרן, נתרן bisulfite או שמן טונג) ^5,6,23 ו / או שינ...

Materials

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