植物種子ミールベースの​​木材接着剤の調製および試験

要約

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.

要約

これらの植物原料を再生可能な、環境に優しいと考えられているように最近では、木材接着剤などの植物種子ミールベースの​​製品への関心が着実に増加している。これらの天然物は、環境持続可能性の懸念を緩和するために、石油系接着剤の代替物として機能することができる。この作品は、原料として綿実油および大豆ミールを用いて植物種子ベースの木材接着剤の準備とテストを示しています。未処理の食事に加えて、水は食事を洗浄し、タンパク質単離物を調製し、試験する。接着剤スラリーを2時間（w / wの3時25）、脱イオン水で凍結乾燥ミール製品を混合することによって調製される。各貼付製剤は、ブラシを使用して2木材ベニアストリップの一端に印加される。粘着性の接着剤は、木材ベニヤストリップはホットプレスによってラップと接着されているの領域を被覆した。接着強度は、破断時の接合木材片のせん断強度として報告されている。接着剤の耐水性により測定される集成材のせん断強度の変化は、水浸漬後にブレークで標本。このプロトコルは1つが、合成ベースの木材接着剤の置換のための適切な候補として植物種子ベースの農産物を評価することができます。または添加剤や接着条件なしの接着剤配合の調整は、様々な実用的なアプリケーションのために彼らの接着特性を最適化することができます。

概要

木材の接着は、森林製品産業の増加役割を果たしており、効率的な木材資源^1を利用するための重要な要因である。木材のための天然物ベースの接着剤の使用への関心はこの期間の後、石油系接着剤の価格は、彼らがいくつかの伝統的な市場からのタンパク質接着剤を避難ほど低くなった。1960年²付近にピークに到達するために、1930年代から着実に増加した。過去20年間では、この傾向は、再生可能な生分解性、そしてより環境に許容される材料の使用における新たな関心が逆しています。これらの天然資源は、綿実タンパク質^6、米ぬか^7、小麦グルテン^8、蒸留穀物タンパク質^9、キャノーラタンパク質および油^10-12、ソルガムからリグニン及びサトウキビバガス^13が挙げられるが、これらに限定されるものではないが、大豆タンパク質^{3-5 、14、}エビの殻¹⁵から導出多糖類。

種子タンパク質単離物は、広く潜在木材接着剤として評価されているのに対し、単離手順は、腐食アルカリ性および酸性の試薬 ​​を含み、それは、比較的高価少ない環境に優しい¹⁶の接着剤ベースを分離することができます。このように、治療の有無にかかわらず、いくつかの脱脂シードの食事（粉）も、タンパク質が^17〜19を隔離するように、これらの食事の粘着特性が同様に機能しないにもかかわらず、接着剤の目的のためにテストされています。私たちは、順次異なる画分に綿実粕（CM）を分画し、接合木材ベニヤ^20,21での接着強度を調べた。水不溶性固形分（以下、洗浄綿実粕、WCM）は綿実油タンパク質単離物（CSPI）に匹敵する、木材接着剤として使用することができ、CSPIも調製することが低コストになる。

接着強度および耐水性の性能を評価する2つの重要なパラメータである潜在的な接着材料。ここで、接着強さは、各木材片のラップ結合の破断時の剪断強度として報告される。接着剤の耐水性は、水浸漬の破断時の集成試料の重ね剪断強度の変化によって測定される。原料として脱脂綿実油と大豆の食事を使用して、このプロトコルは、木材接着剤として、テスト植物種子ベースの製品を製造するためのシンプルで簡単な方法を提供します。このプロトコルは、天然物ベースの木材接着剤の多くの経済的、環境に配慮した製剤を求める中で努力を促進する上で参考になる。

プロトコル

1.綿実油と大豆ミールベースの​​製品（図1）

1. 市販の供給源から、原材料、脱脂綿実油と大豆の食事を取得します。
2. 0.5ミリメートルの鋼スクリーン^16を通過させるようにサイクロンサンプルミルで固形脱脂食事を粉砕することにより作業の食事を取得します。
3. 食事²¹中の水溶性成分を分離する：水抽出（200ミリリットル水25グラムの食事）後に作業し、食事からの水で洗浄食事を準備。
4. タンパク質はアルカリ抽出し、酸沈殿¹⁶で作業し、食事から隔離する準備します。

ウッド単板ストリップの調製

1. ストリップ長い88.9ミリメートル、幅25.4ミリメートルに市販のソースから取得したカット木材ベニア（1.59ミリメートルの厚さ）。
2. 鉛筆は、各ストリップの一端から長さ25.4ミリメートル（1.0 "）で木目を越え行をマーク適切にテストする治療法または数字でこれらのストリップにラベルを付け5。。 -10木材対は、各テストの変数が用意されている。

接着剤スラリーの調製

1. 適用率（ 例えば、4 mgの乾燥含有センチ^-2）により、テスト用の木材標本ごとに必要な水洗浄し、食事の量を計算し、総接着面積（ 例えば、2.54 X 2.54センチメートル接合面積の90木材片の581センチメートル^×2各）プラスenoughness約30％の追加（ すなわち、水の4×581のx 130％3g）を、例えば、食事をした。
2. 脱イオン水（3：25 w / w）の水で洗浄食事を混合し、パラフィルムで密封し、ビーカー中で2時間、磁気撹拌棒で撹拌する。

集成材試験片の4準備

1. 25.4ミリメートル（1.0 "）の長さをカバーする2木材ベニヤストリップの一端に接着剤スラリーを磨き空気乾燥10のために - 。15分または粘着性まで。
2. 再び第1層の上部と空気乾燥で接着剤スラリーの第二の層を磨く。乾燥した接着剤の量製剤が適用ボンディング1cm ²当たり乾燥固体約4.5mg、各木材片であるている。
3. 2木材ベニヤストリップの粘着性の接着剤コーティングされた領域をオーバーラップ（25.4 X 25.4ミリメートルまたは1.0 "×1.0"）。 400 PSI（2.8メガパスカル）の圧力で20分間、100℃でベンチトップ加熱プレスを使用したホットプレス。圧力は木材サンプルの重なり面積で割っプレスによって加えられた力であることに注意してください。各試験の変数に必要に応じてこれらの接合のパラメータを変更してもよい。
4. クール空調室や湿度制御（22の温度- 23℃、相対湿度50 - 60％; 図2）インキュベーター中で48時間集成試料を調整。

5.水の抵抗実験

1. （ - 23°C 22）、室温でプラスチックトレーで48時間水道水に、初期状態調節した後、結合した木材標本を浸し。浸漬後の湿った標本は、せん断のためにすぐにテストされている破断強度と湿潤強度として報告した。ベニヤの表面上の過剰の水は穏やかに測定前にティッシュペーパーで軽く叩くことにより除去することができる。
2. 18 O / N（室内条件（60％ - - 23℃、相対湿度50 22の温度）で乾燥、次いで、4時間63ºCの水浴中で、最初のコンディショニングの後、結合した木材片の別のセットを浸し - 20時間）。 48時間の乾燥時間で一回浸漬乾燥サイクルを繰り返します。乾燥した試験片は、その後破断時のせん断強度について試験し、浸した接着強度として報告されている。

6.ラップせん断強度の測定

1. 7メガパスカルの把持圧力で材料試験機上の32×40ミリメートル耐つまとびグリッドウェッジグリップに結合した木材片を取り付け、そして分^-1 1ミリメートルで、クロスヘッド速度を設定。
2. 各結合した木材標本のための破断時のせん断強度を測定し、記録します。複数の測定の結果は、各接着剤形のために平均化されるulationとテスト変数。

結果

各接着剤配合物の性能は、破断時の接合木材片のせん断強度によって決定された値が使用される木材単板の寸法に応じて変化する。で推奨綿実油-2のより厚い、より広いストリップとは対照的に、例えば、 表1に、接合試験片の乾燥および浸漬し、接着強度の値は、（綿実油-1を参照）より薄く、狭いメープルストリップを使用する場合に低い同じ綿実油系接着剤製剤を使用して?...

ディスカッション

本稿では、木材接着剤として植物種子ベースの製品を準備し、テストするための基本的な手順を提示します。このプロトコルでexampled接着剤スラリーは単に脱脂粕製品および水である。種々の接着剤配合物（例えば、ドデシル硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウムまたはキリ油など）の試験試薬（例えば、pH、固体と水の比）混合条件で^5,6,23および/ ​​または変更^3,24を添?...

資料

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